特開 2020-7173 水素を用いた発電システム、及び、水素発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-7173(P2020-7173A)

(43)【公開日】2020年1月16日

(54)【発明の名称】水素を用いた発電システム、及び、水素発生装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/06 20060101AFI20191213BHJP

   C01B 3/08 20060101ALI20191213BHJP

   H01M 8/065 20160101ALI20191213BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20191213BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20191213BHJP

【ＦＩ】

   C01B3/06

   C01B3/08 Z

   H01M8/065

   H01M8/0438

   H01M8/04746

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2018-127443(P2018-127443)

(22)【出願日】2018年7月4日

(71)【出願人】

【識別番号】390029012

【氏名又は名称】株式会社エスイー

(74)【代理人】

【識別番号】100144048

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 智弘

(74)【代理人】

【識別番号】100186679

【弁理士】

【氏名又は名称】矢田 歩

(74)【代理人】

【識別番号】100214226

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 博文

(72)【発明者】

【氏名】滝沢 力

(72)【発明者】

【氏名】森元 峯夫

(72)【発明者】

【氏名】坂本 雄一

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AC15

5H127BA01

5H127BA16

5H127BA17

5H127BA21

5H127BA22

5H127BA59

5H127DB76

5H127DB77

5H127DC81

5H127DC82

5H127DC83

5H127EE12

(57)【要約】

【課題】水素の発生量の制御が行いやすく、効率よく水素を発生させることが可能な水素発生装置、及び、水素発生装置で発生した水素を用いた発電システムを提供する。
【解決手段】本発明の水素を用いた発電システム（１）は、発電装置と、発電装置に供給する水素を発生させる水素発生装置（２）と、を備え、水素発生装置（２）は、水溶液（１１）を貯蔵する水溶液貯蔵部（１０）と、水溶液（１１）との反応で水素の発生が可能な状態のマグネシウムを含む原料（２１）を貯蔵する原料貯蔵部（２０）と、原料貯蔵部（２０）から水溶液貯蔵部（１０）に向けて原料（２１）を供給する原料供給機構（３０）と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素を用いた発電システムであって、
前記発電システムは、
発電装置と、
前記発電装置に供給する前記水素を発生させる水素発生装置と、を備え、
前記水素発生装置は、
水溶液を貯蔵する水溶液貯蔵部と、
前記水溶液との反応で前記水素の発生が可能な状態のマグネシウムを含む原料を貯蔵する原料貯蔵部と、
前記原料貯蔵部から前記水溶液貯蔵部に向けて前記原料を供給する原料供給機構と、を備えることを特徴とする発電システム。

【請求項2】

前記水溶液貯蔵部は、前記水溶液より上側となる前記水溶液の存在しない上部空間を備え、
前記原料供給機構は、前記上部空間側から前記水溶液に向けて前記原料を供給するように設けられており、
前記水素発生装置は、
前記上部空間の圧力を測定する圧力測定装置と、
前記圧力測定装置の圧力の測定結果に基づいて、前記原料供給機構を駆動させ、前記水溶液に向けて供給する前記原料の供給量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。

【請求項3】

前記水溶液貯蔵部は、
前記上部空間の下側となる前記水溶液の存在する下部空間と、
前記下部空間内を上下に仕切る仕切部と、
前記仕切部より下側に設けられ、前記水溶液を排水する排水口と、
前記仕切部より上側に設けられ、前記水溶液を供給する給水口と、を備え、
前記仕切部は、前記原料と前記水溶液との反応で生成した副生成物が前記仕切部より下側に沈殿可能に設けられた複数の貫通孔を備えることを特徴とする請求項２に記載の発電システム。

【請求項4】

前記水素発生装置は、
前記排水口からの前記水溶液の排水を制御する排水制御弁と、
前記給水口からの前記水溶液の給水を制御する給水制御弁と、を備え、
前記制御部は、前記水溶液に向けて供給する前記原料の供給量に基づいて、前記排水制御弁、及び、前記給水制御弁を制御することを特徴とする請求項３に記載の発電システム。

【請求項5】

前記発電システムは、前記水素が前記水溶液貯蔵部から前記発電装置に至るまでの間に設けられ、前記水溶液貯蔵部で発生した前記水素を貯蔵できるバッファ機構を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発電システム。

【請求項6】

前記発電システムは、前記水素が前記水溶液貯蔵部から前記発電装置及び前記バッファ機構に至るまでの間に設けられた純化機構を備え、
前記純化機構は、
第１脱水部及び第１不純物気体除去部を有する第１純化部と、
第２脱水部及び第２不純物気体除去部を有する第２純化部と、を備え、
前記第１純化部を通過させて前記水素を前記発電装置又は前記バッファ機構に供給するときに前記第２純化部の前記第２脱水部を乾燥処理可能とされ、前記第２純化部を通過させて前記水素を前記発電装置又は前記バッファ機構に供給するときに前記第１純化部の前記第１脱水部を乾燥処理可能とされていることを特徴とする請求項５に記載の発電システム。

【請求項7】

前記発電システムは、前記水素が前記水溶液貯蔵部から前記発電装置に至るまでの間に設けられた純化機構を備え、
前記純化機構は、
第１脱水部及び第１不純物気体除去部を有する第１純化部と、
第２脱水部及び第２不純物気体除去部を有する第２純化部と、を備え、
前記第１純化部を通過させて前記水素を前記発電装置に供給するときに前記第２純化部の前記第２脱水部が乾燥処理可能とされ、前記第２純化部を通過させて前記水素を前記発電装置に供給するときに前記第１純化部の前記第１脱水部が乾燥処理可能とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発電システム。

【請求項8】

水素発生装置であって、
前記水素発生装置は、
水溶液を貯蔵する水溶液貯蔵部と、
前記水溶液との反応で水素の発生が可能な状態のマグネシウムを含む原料を貯蔵する原料貯蔵部と、
前記原料貯蔵部から前記水溶液貯蔵部に向けて前記原料を供給する原料供給機構と、を備えることを特徴とする水素発生装置。

【請求項9】

前記水溶液貯蔵部は、前記水溶液より上側となる前記水溶液の存在しない上部空間を備え、
前記原料供給機構は、前記上部空間側から前記水溶液に向けて前記原料を供給するように設けられており、
前記水素発生装置は、
前記上部空間の圧力を測定する圧力測定装置と、
前記圧力測定装置の圧力の測定結果に基づいて、前記原料供給機構を駆動させ、前記水溶液に向けて供給する前記原料の供給量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする請求項８に記載の水素発生装置。

【請求項10】

前記水溶液貯蔵部は、
前記上部空間の下側となる前記水溶液の存在する下部空間と、
前記下部空間内を上下に仕切る仕切部と、
前記仕切部より下側に設けられ、前記水溶液を排水する排水口と、
前記仕切部より上側に設けられ、前記水溶液を供給する給水口と、を備え、
前記仕切部は、前記原料と前記水溶液との反応で生成した副生成物が前記仕切部より下側に沈殿可能に設けられた複数の貫通孔を備えることを特徴とする請求項９に記載の水素発生装置。

【請求項11】

前記水素発生装置は、
前記排水口から排水される前記水溶液の排水量を制御する排水制御弁と、
前記給水口から給水される前記水溶液の給水量を制御する給水制御弁と、を備え、
前記制御部は、前記水溶液に向けて供給する前記原料の供給量に基づいて、前記排水制御弁、及び、前記給水制御弁を制御することを特徴とする請求項１０に記載の発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は水素を用いた発電システム、及び、水素発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、単位時間当たりの水素発生量が安定しないと、発生した水素を燃料電池に供給して発電するような場合、電力の出力が安定しなくなるという問題に対応して、水素化マグネシウムの加水分解反応が行われる反応容器を備え、該反応容器へ水又は酸性溶液を供給することによって、水素を発生させる水素発生装置において、反応容器の底部に、水素化マグネシウム装填用の高さが異なる複数の筒部が立設してあり、更に、最も高い筒部の上方から、該筒部に装填された水素化マグネシウムに水又は酸性溶液を滴下する滴下部を備えることを特徴とする水素発生装置が開示されている。

【0003】

そして、特許文献１では、高さが高い筒部に水又は酸性溶液が滴下されるため、最も高い筒部に装填された水素化マグネシウムから加水分解反応が開始され、水素を発生し、水又は酸性溶液の滴下が続くと、最も高い筒部から水又は酸性溶液が溢れて、次に高さが高い筒部へ水又は酸性溶液が供給され、水素を発生することで、単位時間当たりの水素発生量の変動を抑えて、水素を安定的に生成することが可能になることが説明されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１３３２３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、例えば、水素化マグネシウムに水を滴下させ、加水分解反応で水素が発生すると、副生成物として水酸化マグネシウムが生成されることになる。

【0006】

このため、水素化マグネシウムが装填された筒部に水を滴下させると、充填された水素化マグネシウムの表面上には、水の滴下によって生成された水酸化マグネシウムの層が形成される。

【0007】

そうすると、後続の水の滴下の際に、水素化マグネシウムの加水分解反応が阻害され、効率よく、水素を発生できないおそれがある。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水素の発生量の制御が行いやすく、効率よく水素を発生させることが可能な水素発生装置、及び、水素発生装置で発生した水素を用いた発電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の発電システムは、水素を用いた発電システムであって、前記発電システムは、発電装置と、前記発電装置に供給する前記水素を発生させる水素発生装置と、を備え、前記水素発生装置は、水溶液を貯蔵する水溶液貯蔵部と、前記水溶液との反応で前記水素の発生が可能な状態のマグネシウムを含む原料を貯蔵する原料貯蔵部と、前記原料貯蔵部から前記水溶液貯蔵部に向けて前記原料を供給する原料供給機構と、を備える。

【0010】

（２）上記（１）の構成において、前記水溶液貯蔵部は、前記水溶液より上側となる前記水溶液の存在しない上部空間を備え、前記原料供給機構は、前記上部空間側から前記水溶液に向けて前記原料を供給するように設けられており、前記水素発生装置は、前記上部空間の圧力を測定する圧力測定装置と、前記圧力測定装置の圧力の測定結果に基づいて、前記原料供給機構を駆動させ、前記水溶液に向けて供給する前記原料の供給量を制御する制御部と、を備える。

【0011】

（３）上記（２）の構成において、前記水溶液貯蔵部は、前記上部空間の下側となる前記水溶液の存在する下部空間と、前記下部空間内を上下に仕切る仕切部と、前記仕切部より下側に設けられ、前記水溶液を排水する排水口と、前記仕切部より上側に設けられ、前記水溶液を供給する給水口と、を備え、前記仕切部は、前記原料と前記水溶液との反応で生成した副生成物が前記仕切部より下側に沈殿可能に設けられた複数の貫通孔を備える。

【0012】

（４）上記（３）の構成において、前記水素発生装置は、前記排水口からの前記水溶液の排水を制御する排水制御弁と、前記給水口からの前記水溶液の給水を制御する給水制御弁と、を備え、前記制御部は、前記水溶液に向けて供給する前記原料の供給量に基づいて、前記排水制御弁、及び、前記給水制御弁を制御する。

【0013】

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記発電システムは、前記水素が前記水溶液貯蔵部から前記発電装置に至るまでの間に設けられ、前記水溶液貯蔵部で発生した前記水素を貯蔵できるバッファ機構を備える。

【0014】

（６）上記（５）の構成において、前記発電システムは、前記水素が前記水溶液貯蔵部から前記発電装置及び前記バッファ機構に至るまでの間に設けられた純化機構を備え、前記純化機構は、第１脱水部及び第１不純物気体除去部を有する第１純化部と、第２脱水部及び第２不純物気体除去部を有する第２純化部と、を備え、前記第１純化部を通過させて前記水素を前記発電装置又は前記バッファ機構に供給するときに前記第２純化部の前記第２脱水部を乾燥処理可能とされ、前記第２純化部を通過させて前記水素を前記発電装置又は前記バッファ機構に供給するときに前記第１純化部の前記第１脱水部を乾燥処理可能とされている。

【0015】

（７）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記発電システムは、前記水素が前記水溶液貯蔵部から前記発電装置に至るまでの間に設けられた純化機構を備え、前記純化機構は、第１脱水部及び第１不純物気体除去部を有する第１純化部と、第２脱水部及び第２不純物気体除去部を有する第２純化部と、を備え、前記第１純化部を通過させて前記水素を前記発電装置に供給するときに前記第２純化部の前記第２脱水部が乾燥処理可能とされ、前記第２純化部を通過させて前記水素を前記発電装置に供給するときに前記第１純化部の前記第１脱水部が乾燥処理可能とされている。

【0016】

（８）本発明の水素発生装置は、水溶液を貯蔵する水溶液貯蔵部と、前記水溶液との反応で水素の発生が可能な状態のマグネシウムを含む原料を貯蔵する原料貯蔵部と、前記原料貯蔵部から前記水溶液貯蔵部に向けて前記原料を供給する原料供給機構と、を備える。

【0017】

（９）上記（８）の構成において、前記水溶液貯蔵部は、前記水溶液より上側となる前記水溶液の存在しない上部空間を備え、前記原料供給機構は、前記上部空間側から前記水溶液に向けて前記原料を供給するように設けられており、前記水素発生装置は、前記上部空間の圧力を測定する圧力測定装置と、前記圧力測定装置の圧力の測定結果に基づいて、前記原料供給機構を駆動させ、前記水溶液に向けて供給する前記原料の供給量を制御する制御部と、を備える。

【0018】

（１０）上記（９）の構成において、前記水溶液貯蔵部は、前記上部空間の下側となる前記水溶液の存在する下部空間と、前記下部空間内を上下に仕切る仕切部と、前記仕切部より下側に設けられ、前記水溶液を排水する排水口と、前記仕切部より上側に設けられ、前記水溶液を供給する給水口と、を備え、前記仕切部は、前記原料と前記水溶液との反応で生成した副生成物が前記仕切部より下側に沈殿可能に設けられた複数の貫通孔を備える。

【0019】

（１１）上記（１０）の構成において、前記水素発生装置は、前記排水口から排水される前記水溶液の排水量を制御する排水制御弁と、前記給水口から給水される前記水溶液の給水量を制御する給水制御弁と、を備え、前記制御部は、前記水溶液に向けて供給する前記原料の供給量に基づいて、前記排水制御弁、及び、前記給水制御弁を制御する。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、水素の発生量の制御が行いやすく、効率よく水素を発生させることが可能な水素発生装置、及び、水素発生装置で発生した水素を用いた発電システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る第１実施形態の発電システムを説明するための断面図である。

【図2】本発明に係る第２実施形態の発電システムを説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

【0023】

（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態の発電システム１を説明するための断面図である。
なお、以下では、発電システム１の説明を行いながら、本発明に係る第１実施形態の水素発生装置２の説明も行う。

【0024】

図１に示すように、発電システム１は、発電装置（図示せず）と、これから詳細に説明する、発電装置に供給する水素を発生させる水素発生装置２と、を備えている。

【0025】

図示しない発電装置は、例えば、本実施形態では、水素を燃料としてタービンを駆動させる一般的なタービン発電機を想定している。
ただし、後述する別の実施形態のように、図示しない発電装置は燃料電池であってもよい。

【0026】

水素発生装置２は、水溶液１１を貯蔵する水溶液貯蔵部１０と、水溶液１１との反応で水素の発生が可能な状態のマグネシウムを含む原料２１を貯蔵する原料貯蔵部２０と、原料貯蔵部２０から水溶液貯蔵部１０に向けて原料２１を供給する原料供給機構３０と、を備えている。

【0027】

水溶液１１は、水であってもよいし、アンモニア等を含有するアルカリ性の水溶液であってもよいし、塩酸や硝酸等の酸性の水溶液であってもよい。
なお、発電システム１を稼働させるときのランニングコストの面では、水溶液１１は水である方が有利であり、一方、原料２１との反応性の面では、水溶液１１はアンモニウムイオンを含むアルカリ性の水溶液、もしくは塩酸等の酸性の水溶液の方が有利である。

【0028】

原料２１は、水溶液１１との反応性を高めるため、平均粒子径が小さい粒子状（マイクロ粒子やナノ粒子の状態）であることが好ましく、例えば、水溶液１１との反応で水素の発生が可能な状態のマグネシウムとしては、金属マグネシウム、水素化マグネシウム等があげられる。

【0029】

ただし、粒子と言っても形状が球状であることを限定するものではなく、各粒子の最大外径を平均したときの平均外径がマイクロメータオーダーの場合はマイクロ粒子であり、マイクロメータオーダーよりも小さい場合（サブミクロン含む）はナノ粒子であるものと解されるべきである。

【0030】

なお、原料２１は金属マグネシウムと水素化マグネシウムの混合されたものであってもよい。
また、原料２１には、金属マグネシウムや水素化マグネシウムを生成するために用いた材料が金属マグネシウムや水素化マグネシウムにならずに残留して一部含まれているものであってもよい。

【0031】

水溶液貯蔵部１０は、原料２１と水溶液１１が反応する反応室としても機能し、水溶液１１及び反応で発生した水素等が外部に漏洩しない密閉構造の容器を構成するようになっている。

【0032】

水溶液貯蔵部１０には、水溶液１１より上側となる水溶液１１の存在しない上部空間ＵＳが形成されるように、水溶液１１の給水が行われることで、水溶液貯蔵部１０は、水溶液１１より上側となる水溶液１１の存在しない上部空間ＵＳを備えるものになっている。

【0033】

具体的に上部空間ＵＳを形成する構成について説明すると、まず、水溶液貯蔵部１０は、水溶液１１の水面ＬＳＦの上限位置を決めるために設けられ、水面ＬＳＦを検知する上側レベルセンサ１２と、水溶液１１の水面ＬＳＦの下限位置を決めるために設けられ、水面ＬＳＦを検知する下側レベルセンサ１３と、を備えている。

【0034】

また、水溶液貯蔵部１０は、上部空間ＵＳの下側となる水溶液１１の存在する下部空間ＬＳと、下部空間ＬＳ内を上下に仕切る仕切部１４と、仕切部１４より下側に設けられ、水溶液１１を排水する排水口１５と、仕切部１４より上側に設けられ、水溶液１１を供給する給水口１６と、を備えるとともに、仕切部１４は、水溶液１１が通過可能な複数の貫通孔１４Ａを備えている。

【0035】

そして、水素発生装置２は、排水口１５に接続され、水溶液貯蔵部１０内の水溶液１１を排水するための排水ライン１５Ａ（排水配管ともいう。）と、排水口１５寄りの排水ライン１５Ａ上に設けられ、排水口１５からの水溶液１１の排水（排水の有無）を制御する排水制御弁１５Ｂと、を備えている。

【0036】

同様に、水素発生装置２は、給水口１６に接続され、水溶液貯蔵部１０内に新しい水溶液１１を供給するための給水ライン１６Ａ（給水配管ともいう。）と、給水口１６寄りの給水ライン１６Ａ上に設けられ、給水口１６からの水溶液１１の給水（給水の有無）を制御する給水制御弁１６Ｂと、を備えている。

【0037】

このため、後ほど説明する排給水する所定のタイミングになると、図示しない水素発生装置２の制御部（以下、単に制御部という。）が、まず、排水制御弁１５Ｂを開にして、水溶液貯蔵部１０内の水溶液１１の排水を行った後、排水制御弁１５Ｂを閉にするとともに、給水制御弁１６Ｂを開にして水溶液１１の水面ＬＳＦが上側レベルセンサ１２と下側レベルセンサ１３との間に位置するように、水溶液貯蔵部１０内に水溶液１１を給水して給水制御弁１６Ｂを、再び、閉にする。

【0038】

例えば、排水時には、下側レベルセンサ１３が水溶液１１の水面ＬＳＦを検知したのを基準にして、仕切部１４のところまで水溶液１１の水面ＬＳＦが低下する程度の水溶液１１の排水を行う。

【0039】

具体的には、排水制御弁１５Ｂを開にしたときの単位時間当たりの排水量は、あらかじめ調べておくことができるため、下側レベルセンサ１３が水溶液１１の水面ＬＳＦを検知したのをスタート点に仕切部１４のところまで水溶液１１の水面ＬＳＦが低下するのに必要な排水量の水溶液１１の排水に係る時間が経過したことをもって、排水制御弁１５Ｂを閉にすればよい。

【0040】

そして、その水溶液１１の排水が終わった後、水溶液１１の給水を開始し、下側レベルセンサ１３が水溶液１１の水面ＬＳＦを検知したのを基準にして、水溶液１１の水面ＬＳＦが上側レベルセンサ１２と下側レベルセンサ１３との間に位置する程度の水溶液１１の給水を行ったところで給水を終了するようにし、水溶液１１の水面ＬＳＦが上側レベルセンサ１２と下側レベルセンサ１３との間に位置することで、水溶液貯蔵部１０が水溶液１１より上側となる水溶液１１の存在しない上部空間ＵＳを備えるものとされている。

【0041】

具体的には、給水制御弁１６Ｂを開にしたときの単位時間当たりの給水量は、あらかじめ調べておくことができるため、下側レベルセンサ１３が水溶液１１の水面ＬＳＦを検知したのをスタート点に水溶液１１の水面ＬＳＦが上側レベルセンサ１２と下側レベルセンサ１３との間に位置するのに必要な給水量の水溶液１１の給水に係る時間が経過したことをもって、給水制御弁１６Ｂを閉にすればよい。

【0042】

なお、排給水する所定のタイミング以外のときに、上側レベルセンサ１２が水溶液１１の水面ＬＳＦを検知すると、図示しない制御部は、排水制御弁１５Ｂを開にして、水溶液１１の水面ＬＳＦが上側レベルセンサ１２と下側レベルセンサ１３との間に位置する程度の水溶液１１の排水を行った後、排水制御弁１５Ｂを閉にする。

【0043】

逆に、排給水する所定のタイミング以外のときに、下側レベルセンサ１３が水溶液１１の水面ＬＳＦを検知すると、図示しない制御部は、給水制御弁１６Ｂを開にして、水溶液１１の水面ＬＳＦが上側レベルセンサ１２と下側レベルセンサ１３との間に位置する程度の水溶液１１の給水を行った後、給水制御弁１６Ｂを閉にする。

【0044】

そして、上述した仕切部１４の複数の貫通孔１４Ａの内径が原料２１と水溶液１１との反応で生成する水酸化マグネシウム等の副生成物の通過を妨げない大きさとされている。

【0045】

つまり、仕切部１４は、原料２１と水溶液１１との反応で生成した副生成物が仕切部１４より下側に沈殿可能に設けられた複数の貫通孔１４Ａを備えるものになっている。

【0046】

このため、仕切部１４より下側に設けられた排水口１５からは、副生成物の含有濃度の高い水溶液１１が排水される。

【0047】

なお、仕切部１４の複数の貫通孔１４Ａの内径は、仮に、原料２１が仕切部１４より下側に沈殿して、仕切部１４より下側で水素が発生したときに、その水素による気泡が邪魔されずに仕切部１４より上側に通過できる、又は、仕切部１４の下面に一時的に水素溜まりができたとしても、自然と仕切部１４の上側に移動することになる程度の大きさにもなっている。

【0048】

一方、図１に示すように、水素発生装置２は、仕切部１４より上側の水溶液１１を攪拌する攪拌機構４０を備えている。

【0049】

具体的には、攪拌機構４０は、水溶液貯蔵部１０の上部の壁部の外側に設けられたモータ４１と、仕切部１４より上側の水溶液１１内に配置され、水溶液１１を攪拌するプロペラ４２と、モータ４１の回転力をプロペラ４２に伝達し、水溶液１１を攪拌するようにプロペラ４２を回転させるシャフト４３と、を備えている。
なお、シャフト４３が水溶液貯蔵部１０内に挿入される挿入部は、回転を阻害せず、機密を維持可能な機密構造とされている。

【0050】

この攪拌機構４０は、水溶液１１と反応していない原料２１が仕切部１４上に溜まるのを抑制するために設けられているものであり、後ほど説明するように、本発明の構成によれば、原料２１と水溶液１１の反応効率が高いため、必ずしも必要というわけではない。

【0051】

そして、図示しない制御部は、定期的に攪拌機構４０を駆動させ、原料２１と水溶液１１の反応を促進する。
なお、攪拌機構４０を、常時、駆動させるようにしてもよいが、定期的に駆動させることで、仕切部１４より下側に副生成物が沈殿しやすくすることができ、仕切部１４より上側の水溶液１１中の副生成物の含有濃度を低下させ、原料２１と水溶液１１の反応効率を高めることができる。

【0052】

また、仕切部１４が設けられていることで、攪拌機構４０を駆動させたときに、仕切部１４よりも下側に沈殿した副生成物が巻き上げられて、仕切部１４より上側の水溶液１１中の副生成物の含有濃度が上昇することを抑制することができるため、攪拌機構４０の駆動により、原料２１と水溶液１１の反応効率が低下するのを抑制することができる。

【0053】

一方、水素発生装置２は、上部空間ＵＳに連通するように水溶液貯蔵部１０に接続された緊急排気ライン５０（緊急排気配管ともいう。）と、緊急排気ライン５０の上部空間ＵＳに連通する連通部寄りの位置に設けられ、緊急排気の有無を制御する電磁弁５１と、電磁弁５１から水溶液貯蔵部１０に至るまでの間の緊急排気ライン５０上に接続され、上部空間ＵＳの圧力を測定する圧力測定装置５２（例えば、デジタルマノスターゲージ）と、を備えている。

【0054】

したがって、上部空間ＵＳの圧力を測定する圧力測定装置５２の圧力測定の結果が、異常に高い圧力を示した場合には、図示しない制御部が、電磁弁５１を開にすることで上部空間ＵＳ内の圧力が所定の第１圧力（求められる一次圧）になるように降圧制御を行う。
なお、所定の第１圧力（求められる一次圧）になれば、図示しない制御部は、再び、電磁弁５１を閉の状態にする。

【0055】

原料貯蔵部２０は、上側に原料２１の充填作業のときに開閉される作業扉２２を有しているが、この作業扉２２を閉めると、密閉構造の容器を構成するようになっている。

【0056】

また、原料貯蔵部２０は、作業扉２２に隣接して上側に設けられ、貯蔵している原料２１の表面までの距離を測定する距離測定器２４（例えば、変位センサ）を備えており、この距離測定器２４が測定する原料２１までの距離が長くなることで原料２１を追加する時期の把握ができるようになっている。

【0057】

なお、原料２１は水溶液１１のように表面が必ずしもフラットに近い状態になるとは言えないが、後述する原料供給機構３０の駆動によって、原料２１全体に振動等が発生するため、比較的フラットな状態を保つことができ、距離測定器２４が測定する原料２１までの距離の測定結果は、原料２１を追加する時期の一つの目安とすることができる。

【0058】

ただし、後述するように、本実施形態では、水溶液１１に供給された原料２１の供給量を把握できるため、水溶液１１に供給された原料２１の供給量が所定の分量に到達したことを基準として原料２１を追加するようにしてもよく、この場合、距離測定器２４は不要となる。

【0059】

そして、原料貯蔵部２０は、底部の壁部の少なくとも一部が、水溶液貯蔵部１０の上部の壁部の外側と密着するように設けられ、その密着している箇所の底部の壁部には、底部の壁部を貫通する原料２１を水溶液貯蔵部１０内に供給するための原料供給孔２３が形成されている。

【0060】

また、水溶液貯蔵部１０も原料貯蔵部２０の原料供給孔２３に対応する位置に、上部の壁部を貫通する原料２１を受け入れるための原料受入孔１７が形成されている。

【0061】

一方、原料貯蔵部２０内には、原料供給機構３０が設けられている。
具体的には、原料供給機構３０は、原料貯蔵部２０の上部の壁部の内側に設置されたモータ３１と、原料貯蔵部２０の底部の壁部の内側に隣接して配置され、原料２１を原料供給孔２３の位置に運搬する円板３２と、モータ３１の回転力を円板３２に伝達し、円板３２を回転させるシャフト３３と、を備えている。

【0062】

なお、図示を省略しているが、原料貯蔵部２０は、原料供給機構３０を内蔵させる作業のために、底部とそれよりも上側の部分が分離可能に構成され、それらを一体化して形成されたものになっている。

【0063】

そして、図１の左側に点線枠で囲んで示す円板３２の斜視図のように、円板３２は、回転中心Ｏを挟んで対向し、回転中心Ｏからほぼ同じ距離離れた位置に位置する、一対の貫通孔（貫通孔３２Ａと貫通孔３２Ｂ）が形成されている。

【0064】

ここで、図１を見るとわかるように、原料貯蔵部２０は、原料供給孔２３に対応する部分の上側に、円板３２の一部を受け入れる横方向に窪んだ凹部を備えており、その凹部に位置する円板３２の貫通孔（貫通孔３２Ｂ参照）の上側の開口に凹部の内面が近接して開口をほぼ塞いだ状態となるようになっている。

【0065】

このため、上部空間ＵＳ内の気体（主に水素）が原料貯蔵部２０側に侵入しようとしても原料供給孔２３上に円板３２の貫通孔（貫通孔３２Ｂ参照）の開口が位置するときには、その開口がほぼ閉塞状態であるため、上部空間ＵＳ内の気体（主に水素）が原料貯蔵部２０側に侵入できないようになっている。

【0066】

そして、その円板３２の一部を受け入れる横方向に窪んだ凹部以外の位置に円板３２の貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）が位置（例えば、貫通孔３２Ａの位置参照）するときに、この貫通孔（貫通孔３２Ａ参照）内に原料２１が入り込み、円板３２が回転して円板３２の一部を受け入れる横方向に窪んだ凹部の位置に貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）が位置（貫通孔３２Ｂの位置参照）するようになると、貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）内に充填された原料２１が、原料供給孔２３及び原料受入孔１７を介して、上部空間ＵＳ側から水溶液１１に向けて供給されることになる。

【0067】

また、本実施形態では、水素発生装置２が、原料貯蔵部２０の原料２１より上側の原料２１の存在しない上側空間ＵＳ１の圧力を測定する圧力測定装置６１（例えば、デジタルマノスターゲージ）と、上側空間ＵＳ１に気体（例えば、露点の低い窒素等の活性の低いガスや露点の低いヘリウム、アルゴン等の不活性ガス）を供給する気体供給ライン６２（気体供給配管ともいう。）と、気体供給ライン６２上に設けられ、上側空間ＵＳ１への気体の供給の有無を制御する電磁弁６３と、を備えている。

【0068】

そして、図示しない制御部は、上側空間ＵＳ１の圧力測定装置６１が測定する圧力の測定結果に基づいて、上側空間ＵＳ１内の圧力が所定の圧力（例えば、水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力と同程度の圧力）となるように、電磁弁６３の開閉制御を行う。

【0069】

なお、図示は省略しているが、水素発生装置２は、上側空間ＵＳ１内の気体を排気する気体排気ライン（気体供給配管ともいう。）と、その気体排気ラインを通じて上側空間ＵＳ１内の気体の排気の有無を制御する電磁弁も有している。

【0070】

したがって、より正確には、図示しない制御部が、上述した電磁弁６３と気体の排気の有無を制御する電磁弁とを制御することで上側空間ＵＳ１内の圧力が所定の圧力（例えば、水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力と同程度の圧力）となるように制御される。

【0071】

そして、上側空間ＵＳ１が昇圧されていることで、より一層、上部空間ＵＳ内の気体（主に水素）が原料貯蔵部２０側に侵入するのを抑制できるとともに、円板３２の一部を受け入れる横方向に窪んだ凹部以外の位置に円板３２の貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）が位置（例えば、貫通孔３２Ａの位置参照）するときに、この貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）内に原料２１が効率的に入り込む。

【0072】

なお、本実施形態では、円板３２の一部を受け入れる横方向に窪んだ凹部の位置に貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）が位置するようになると、貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）内に充填された原料２１が、自重で原料供給孔２３及び原料受入孔１７を介して、上部空間ＵＳ側から水溶液１１に向けて落下することで水溶液１１に供給されるものとしている。

【0073】

しかし、水素発生装置２が、原料供給孔２３及び原料受入孔１７の直上に位置する貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）に対して棒状体を挿入し、貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）内の原料２１を強制的に押し出す原料押出機構を備えるものとしてもよく、そうすることで、確実に原料２１を水溶液１１に向けて供給することが可能となる。

【0074】

このような原料押出機構を設ける場合には、円板３２の貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）が原料供給孔２３及び原料受入孔１７の直上に位置するところで円板３２の回転を停止し、その貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）に棒状体を挿入して原料２１を水溶液１１に向けて供給した後、その貫通孔（貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂ）から棒状体を抜いて、再び、円板３２を回転させるという動作を繰り返すことになる。

【0075】

なお、本実施形態では、先に説明したように、円板３２の回転中心Ｏを挟んで対向し、回転中心Ｏからほぼ同じ距離離れた位置に、一対の貫通孔（貫通孔３２Ａと貫通孔３２Ｂ）が形成されたものとしたが、これに限定される必要はない。

【0076】

例えば、回転中心Ｏからほぼ同じ距離離れた位置に、同じサイズの貫通孔が円板３２の回転方向に均等間隔で３つ（この場合、円板３２の周方向で見た隣接する貫通孔間の角度ピッチは１２０°ピッチとなる。）を設けるようにしてもよく、回転方向に均等間隔で４つの貫通孔（この場合、円板３２の周方向で見た隣接する貫通孔間の角度ピッチは９０°ピッチとなる。）を設けるようにしてもよい。

【0077】

また、貫通孔が１つであったとしても、その１つの貫通孔が円板３２の一部を受け入れる横方向に窪んだ凹部以外の位置と、円板３２の一部を受け入れる横方向に窪んだ凹部の位置と、に交互に位置するように制御すれば原料２１を水溶液１１に供給することが可能であるため問題はない。

【0078】

ただし、貫通孔の数が多くなると、円板３２の一部を受け入れる横方向に窪んだ凹部が形成し難くなるので、貫通孔の数は４つ以下であることが好ましい。

【0079】

また、貫通孔のサイズは、発生させる水素量に応じた原料２１を供給できるサイズが選択されればよい。
例えば、水素化マグネシウムの質量（１ｍｏｌ当たりの重さ）は２６.３２ｇであり、水素化マグネシウムの密度は２．３６ｇ／ｃｍ^３程度であるので、体積約１１．２ｃｍ^３弱（約１ｍｏｌ）の水素化マグネシウムからなる原料２１を水溶液１１に投入すれば、標準状態で４５リットル弱（約２ｍｏｌ）の水素が発生する。

【0080】

そして、１０ＭＷ程度の発電を行う水素ガスタービン型の発電装置で約０．６憶ｍ^３／年の水素を使用すると考えると、１分当たり約１１４ｍ^３の水素が必要になり、これに対応する貫通孔を一例として考えれば、以下のようになる。

【0081】

例えば、円板３２の厚さを約１０ｃｍとし、円板３２の直径を約７０ｃｍとして、回転中心Ｏから約１０ｃｍオフセットした位置に、直径が約２１ｃｍの貫通孔の内側の端（貫通孔の中心は回転中心Ｏから約２０．５ｃｍオフセット）が位置するディメンジョンを考えれば、その貫通孔の容積は約３３４６ｃｍ^３弱となる。

【0082】

このため、上記のようなディメンジョンの貫通孔には、約３００ｍｏｌ（＝３３４６［ｃｍ^３］／１１．２［ｃｍ^３］）程度の原料２１が充填できることになり、この分量の水素化マグネシウムからなる原料２１を水溶液１１に投入したとすれば、約６００ｍｏｌ（約１３．４ｍ^３）の水素が発生することになる。

【0083】

そうすると、本実施形態の貫通孔３２Ａ、貫通孔３２Ｂのように、円板３２に貫通孔を２つ設けた場合を考えれば、１回転当たりに２回貫通孔（貫通孔３２Ａが１回、貫通孔３２Ｂが１回）から原料２１が水溶液１１に供給されることになるので、円板３２を１２秒で１回転（１分間５回転）させると、１分間当たりでは、１０回水溶液１１に向けて原料２１が供給されることになり、十分に１分当たり１１４ｍ^３を超える水素（約１３４ｍ^３）を発生させるだけの原料２１を供給することができる。

【0084】

したがって、小型（約１万ＫＷ）の水素ガスタービン型の発電装置を想定する場合、円板３２に２つの貫通孔を設けるようにすれば、その貫通孔の容積は、約３３４６ｃｍ^３弱でよいと考えられる。

【0085】

ただし、発電装置の発電量が大きくなれば、必要な原料２１の供給量が増加することになるため、発電量が１０倍程度の発電装置までを想定するとすれば、貫通孔の容積は、約３３４６０ｃｍ^３弱までを想定しておくことが好ましい。

【0086】

したがって、貫通孔の容積は、３０００ｃｍ^３から３５０００ｃｍ^３程度とすることが好ましい。
なお、このことを考えれば、原料供給機構３０は、１分当たり、１００ｍ^３から１０００ｍ^３程度の水素を発生させることができる原料２１を水溶液１１に供給できることが好ましい。

【0087】

なお、上述した原料供給機構３０は、あくまでも一例であって、原料供給機構３０は、上部空間ＵＳ側から水溶液１１に向けて原料２１を供給するように設けられ、原料２１が上部空間ＵＳ側から水溶液１１に向けて供給できるような構成であればよい。

【0088】

一方、本実施形態では、図示しない制御部が、水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳの圧力を測定する圧力測定装置５２の圧力の測定結果に基づいて、原料供給機構３０のモータ３１を駆動させ、上部空間ＵＳ内の圧力が所定の第１圧力（求められる一次圧）となるように、水溶液１１に向けて供給する原料２１の供給量を制御するものになっている。

【0089】

このように、図示しない制御部が、水溶液１１に向けて供給する原料２１の供給量を制御しているため、図示しない制御部は、どれだけの原料２１が水溶液１１に供給されたのかを把握することが可能であり、水溶液１１に供給されたトータルの原料２１の供給量から水溶液１１中の水酸化マグネシウム等の副生成物の含有濃度の増加を予想（例えば実験的に濃度変化のデータを採取しておき、そのデータに基づいて予想）することが可能である。
なお、このような実験的な手法に代えて、副生成物の含有濃度の増加予想を理論計算で行うこともできる。

【0090】

そこで、図示しない制御部は、水溶液１１に向けて供給する原料２１の供給量に基づいて、先ほど説明したように、排水制御弁１５Ｂ、及び、給水制御弁１６Ｂを制御し、本実施形態では、原料２１と水溶液１１の反応効率が低下しないように、水溶液１１中の副生成物の含有濃度が高くなり過ぎないようにする管理を行っている。

【0091】

一方、図１に示すように、水溶液貯蔵部１０は、上部空間ＵＳ内の水素を発電装置（図示せず）に向けて排出するための水素排出口１８を備えており、発電システム１は、水素排出口１８に接続され、水溶液貯蔵部１０で発生した水素を発電装置（図示せず）に供給する水素供給部７０（水素供給主配管ともいう。）を備えている。

【0092】

また、発電システム１は、水素供給部７０上の水素排出口１８寄りの位置に設けられ、水素排出口１８からの水素の排出の有無を制御する電磁弁７１と、電磁弁７１よりも水素排出口１８から離れた水素供給部７０上に設けられた減圧弁７２と、減圧弁７２よりも更に水素排出口１８から離れた水素供給部７０上に設けられた電磁弁７３と、を備えている。

【0093】

なお、減圧弁７２は、上部空間ＵＳ内の所定の第１圧力（求められる一次圧）から図示しない発電装置に供給するための所定の第２圧力（求められる二次圧）に水素の圧力を減圧するためのものである。

【0094】

さらに、発電システム１は、図示しない発電装置に水素を供給可能に貯蔵するバッファ機構３を備えている。

【0095】

具体的には、バッファ機構３は、バッファタンク８０と、一端が水素供給部７０の減圧弁７２と電磁弁７３の間の位置に接続されるとともに他端がバッファタンク８０に接続され、水素をバッファタンク８０に引き込むための引込分岐ライン８１（分岐配管ともいう。）と、引込分岐ライン８１上に設けられた昇圧装置８２と、昇圧装置８２とバッファタンク８０の間の引込分岐ライン８１上に設けられた電磁弁８３と、を備えている。

【0096】

また、バッファ機構３は、一端がバッファタンク８０に接続されるとともに他端が電磁弁７３よりも図示しない発電装置側となる水素供給部７０に接続され、水素をバッファタンク８０から水素供給部７０に戻すための返送ライン８４（返送配管ともいう。）と、返送ライン８４上に設けられた電磁弁８５と、電磁弁８５と水素供給部７０の間の返送ライン８４上に設けられた減圧弁８６と、を備えている。

【0097】

なお、減圧弁８６も先ほどの減圧弁７２と同様に、バッファタンク８０の後述する圧力から図示しない発電装置に供給するための所定の第２圧力（求められる二次圧）に水素の圧力を減圧するためのものである。

【0098】

そして、バッファ機構３には、図示しない発電装置からの水素の供給要求がないときを利用して水素の充填処理が行われる。

【0099】

具体的には、図示しない制御部によって、電磁弁７１及び電磁弁８３が開とされるとともに、電磁弁７３及び電磁弁８５が閉とされる制御が行われ、更に、制御部によって、水素発生装置２が水素を発生させるように制御が行われるとともに、昇圧装置８２の駆動制御が行われる。

【0100】

このため、水素発生装置２で発生した水素は、減圧弁７２によって所定の第２圧力（求められる二次圧）の状態で引込分岐ライン８１に供給されるが、昇圧装置８２によって昇圧が行われるので、バッファタンク８０内の圧力が上部空間ＵＳ内の所定の第１圧力（求められる一次圧）と同様の第１圧力又は第１圧力よりも高めの所定の第３圧力となるように、バッファタンク８０に水素を充填することができる。

【0101】

なお、バッファ機構３は、バッファタンク８０内の圧力を測定する圧力測定装置８７（例えば、デジタルマノスターゲージ）を備えており、上述したバッファタンク８０への水素の充填処理は、この圧力測定装置８７が測定するバッファタンク８０内の圧力の測定結果に基づいて、第１圧力又は第１圧力よりも高めの所定の第３圧力となるように、行われ、目標の圧力になれば、水素発生装置２の駆動が停止されるとともに、電磁弁７１及び電磁弁８３が閉とされる。

【0102】

また、バッファ機構３は、バッファタンク８０と緊急排気ライン５０を接続する接続ライン８８（接続配管ともいう。）と、接続ライン８８上に設けられ、緊急排気の有無を制御する電磁弁８９と、を備えており、圧力測定装置８７が測定するバッファタンク８０内の圧力の測定結果が異常に高い圧力を示した場合には、図示しない制御部が、電磁弁８９を開にすることでバッファタンク８０内の圧力が、先に説明した第１圧力又は第１圧力よりも高めの所定の第３圧力になるように降圧制御を行う。

【0103】

ただし、本実施形態では、水素供給部７０から分岐する形態でバッファ機構３を設ける場合について示したが、バッファ機構３は、水素供給部７０上に設けられるものとしてもよい。

【0104】

例えば、バッファ機構３の変形例としては、減圧弁７２を省略し、電磁弁７１と電磁弁７３の間の水素供給部７０上に水溶液貯蔵部１０側から図示しない発電装置側に向けて、電磁弁８３、バッファタンク８０を設けるとともに、電磁弁７３よりも発電装置側となる水素供給部７０上に減圧弁８６を設けるような構成が考えられ、この場合には、水溶液貯蔵部１０で発生した水素が、必ず、バッファ機構３を介して発電装置に供給されることになる。

【0105】

そして、バッファ機構３は、本実施形態、及び、変形例のどちらにおいても、水素が水溶液貯蔵部１０から図示しない発電装置に至るまでの間に設けられ、水溶液貯蔵部１０で発生した水素を貯蔵できるようにされることになる。

【0106】

なお、このバッファ機構３の変形例の場合でも、バッファ機構３がバッファタンク８０内の圧力を測定する圧力測定装置８７（例えば、デジタルマノスターゲージ）と、バッファタンク８０と緊急排気ライン５０を接続する接続ライン８８（接続配管ともいう。）と、接続ライン８８上に設けられ、緊急排気の有無を制御する電磁弁８９と、を備えるものとすることが好ましく、水素供給部７０上に設けられることになる電磁弁８３と電磁弁７１の間の水素供給部７０上に昇圧装置８２を設けるようにしてもよい。

【0107】

また、バッファ機構３の制御は、水素発生装置２の制御部が行う方がシンプルなものとなると考えられるため、水素発生装置２がバッファ機構３を含むとともに、水素発生装置２がそのバッファ機構３との関連で必要な位置までの水素供給部７０を含むものであってもよい。

【0108】

次に、以上のような構成からなる発電システム１の動作等について説明する。
ただし、これまでの説明で細部の動作については十分に理解が得られる説明を行っているため、主要な動作についてだけ説明するものとする。
また、以下では、既にバッファタンク８０に水素が充填されているものとして説明する。

【0109】

例えば、図示しない発電装置から水素発生装置２に水素供給の要求（指令）が届くと、水素発生装置２の制御部は、水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力を確認し、上部空間ＵＳ内の圧力が所定の第１圧力（求められる一次圧）前後の圧力になっていれば、電磁弁７１及び電磁弁７３を開にして、発電装置への水素の供給を開始するとともに、その水素の供給によって減少する水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力を所定の第１圧力（求められる一次圧）に保つように原料供給機構３０の駆動を制御する。

【0110】

一方、水素発生装置２の制御部は、水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力を確認した結果、上部空間ＵＳ内の圧力が低すぎる場合、電磁弁８５を開にしてバッファタンク８０内の水素が図示しない発電装置に供給されるようにするとともに、水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力が所定の第１圧力（求められる一次圧）になるように原料供給機構３０の駆動を制御する。

【0111】

本実施形態の場合、水溶液貯蔵部１０に貯められた大量の水溶液１１に向けて原料２１を供給することになるため、原料２１と水溶液１１の反応で水酸化マグネシウム等の副生成物が生成したとしても、その副生成物は、水溶液１１内に速やかに拡散するため、反応が阻害されることなく、効率よく速やかに反応が進むため、水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力を短時間で所定の第１圧力（求められる一次圧）にすることができる。

【0112】

そして、水素発生装置２の制御部は、水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力が所定の第１圧力（求められる一次圧）になると、電磁弁７１及び電磁弁７３を開にするとともに、電磁弁８５を閉にして、図示しない発電装置への水素の供給をバッファタンク８０から水溶液貯蔵部１０に切り替える。

【0113】

なお、上述のように、本実施形態では、原料２１と水溶液１１の反応効率が良いため、図示しない発電装置に水素を供給することに伴う水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力の低下を抑制するための制御も行いやすい。

【0114】

また、十分に用意された水溶液１１に向けて原料２１を供給する形態であるため、その高い反応効率を持続的に維持することが可能である。

【0115】

一方、水素発生装置２の制御部は、水溶液貯蔵部１０から図示しない発電装置に水素を供給する状態のときに、何らかの原因で水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力が水素の供給に適さない圧力まで低下しそうな場合、再び、電磁弁７１を閉にするとともに電磁弁８５を開にして、発電装置への水素の供給を停止させることなく、水溶液貯蔵部１０の上部空間ＵＳ内の圧力の復旧を行う。

【0116】

そして、水素発生装置２の制御部は、図示しない発電装置から水素の供給停止の要求（指令）を受けると、水素発生装置２の動作を停止させる前に、バッファタンク８０内の圧力を確認し、バッファタンク８０に水素の充填が必要であれば、その充填を行ってから水素発生装置２の動作を停止させる処理を行う。
一方、水素発生装置２の制御部は、バッファタンク８０に水素の充填が必要ない場合には、充填を行わずに水素発生装置２の動作を停止させる処理を行う。

【0117】

なお、本実施形態では、バッファ機構３を設けることで、図示しない発電装置への水素の供給開始時の水素供給の迅速性、及び、水素供給中の水素供給量安定性を、一層、高めたものになっている。

【0118】

しかしながら、先に説明したように、本実施形態では、水溶液貯蔵部１０に貯められた大量の水溶液１１に向けて原料２１を供給することで、原料２１と水溶液１１の反応効率が高いものとなっており、図示しない発電装置への水素の供給開始時において、速やかに必要な量の水素を発生させやすく、また、水素供給中の水素供給量の制御性も高いものとなっているため、バッファ機構３を設けることが必須の要件というわけではなく、バッファ機構３を省略してもよい。
なお、さらに、原料２１と水溶液１１の反応効率が高いものとするために、水素発生装置２が水溶液１１の温度を高める温調手段（例えば、水溶液１１が沸騰しない程度の温度範囲内で水溶液１１を加熱する温調手段）を備えていてもよい。

【0119】

（第２実施形態）
次に図２を参照しながら第２実施形態の発電システム１について説明する。
図２は、本発明に係る第２実施形態の発電システム１を説明するための断面図である。

【0120】

第１実施形態では、図示しない発電装置が水素を燃料としてタービンを駆動させるタービン発電機を想定していた。

【0121】

一方、第２実施形態では、図示しない発電装置が一般的な燃料電池である場合を想定しており、第１実施形態の構成に対して、発電装置に燃料電池を用いる場合に適する構成を付加したものになっている。

【0122】

このため第２実施形態の発電システム１も基本的な構成は、第１実施形態と同様であるため、以下では、主に異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する場合がある。

【0123】

図２に示すように、第２実施形態の発電システム１は、第１実施形態の構成に加え、減圧弁７２からバッファ機構３（より具体的には、引込分岐ライン８１）に至るまでに水溶液貯蔵部１０から図示しない発電装置（及びバッファ機構３）に向かって供給される水素の純度を高める純化機構４を備えている。

【0124】

なお、純化機構４の制御は、水素発生装置２の制御部が行う方がシンプルなものとなると考えられるため、水素発生装置２が純化機構４を含むものであってもよい。

【0125】

純化機構４は、減圧弁７２と引込分岐ライン８１の間の水素供給部７０上に設けられた第１脱水部９１Ａ（例えば、モレキュラーシーブ）と、第１脱水部９１Ａよりも引込分岐ライン８１側となる水素供給部７０上に設けられた第１不純物気体除去部９２Ａと、減圧弁７２と第１脱水部９１Ａの間の水素供給部７０上に設けられた第１上流側電磁弁９３Ａと、第１不純物気体除去部９２Ａと引込分岐ライン８１の間の水素供給部７０上に設けられた第１下流側電磁弁９４Ａと、を備えている。

【0126】

なお、第１脱水部９１Ａと第１不純物気体除去部９２Ａとが純化機構４の第１純化部として機能する。
また、第１実施形態で触れたように、バッファ機構３は省略可能であるため、この場合には、引込分岐ライン８１や電磁弁７３は不要となる。

【0127】

このため、バッファ機構３が省略される場合には、純化機構４は、減圧弁７２と減圧弁７２よりも図示しない発電装置の間の水素供給部７０上に設けられた第１脱水部９１Ａ（例えば、モレキュラーシーブ）と、第１脱水部９１Ａよりも図示しない発電装置側となる水素供給部７０上に設けられた第１不純物気体除去部９２Ａと、減圧弁７２と第１脱水部９１Ａの間の水素供給部７０上に設けられた第１上流側電磁弁９３Ａと、第１不純物気体除去部９２Ａと図示しない発電装置の間の水素供給部７０上に設けられた第１下流側電磁弁９４Ａと、を備えるものとなる。

【0128】

例えば、本実施形態では、第１脱水部９１Ａに低温（例えば１００℃以下程度）で露点の低い加熱気体を供給することで乾燥処理が可能なシリカゲル系のモレキュラーシーブを用いている。

【0129】

このため、本実施形態では、純化機構４が、乾燥気体（例えば露点の低い窒素等の活性の低いガスや露点の低いヘリウム、アルゴン等の不活性ガス）の第１脱水部９１Ａへの供給の有無を制御する第１供給制御電磁弁９５Ａを有し、第１脱水部９１Ａと第１不純物気体除去部９２Ａの間の水素供給部７０に接続された乾燥気体供給ライン９５（乾燥気体供給配管ともいう。）と、乾燥気体を排気するときに開とされる第１排気制御電磁弁９６Ａを有し、第１上流側電磁弁９３Ａと第１脱水部９１Ａの間の水素供給部７０に接続された乾燥気体排気ライン９６（乾燥気体排気配管ともいう。）と、を備え、後ほど説明するように、一旦、第１脱水部９１Ａが水分を吸収しても、第１脱水部９１Ａの乾燥処理を行うことで水分の吸収性能を再生できるようになっている。
なお、乾燥気体は図示しない加熱装置で若干加熱され、室温（例えば２５℃）より高い温度（例えば、５０℃以上）であって１００℃以下の温度の状態で供給される。

【0130】

また、本実施形態では、第１不純物気体除去部９２Ａに、例えば、原料２１を生成するための材料に塩化マグネシウムが用いられている場合、原料２１を生成するときに、未反応の状態で原料２１内に残留している塩化マグネシウム中の塩素に関連して発生する不純物気体（例えば、塩素ガス、塩酸ガス等）を除去できるケミカルフィルタを用いている。
なお、本実施形態では、第１不純物気体除去部９２Ａとして、塩素ガスを除去するフィルタと塩酸ガスを除去するフィルタを直列で並べるようにしている。

【0131】

ただし、第１不純物気体除去部９２Ａは、水溶液貯蔵部１０で水素を発生させたときに、発生する不純物気体を除去することを目的としているので、どのようなケミカルフィルタを用いるかは、原料２１や水溶液１１に合わせて選択される。

【0132】

一方、本実施形態では、純化機構４は、一端が減圧弁７２と第１上流側電磁弁９３Ａの間の水素供給部７０に接続されるとともに、他端が第１下流側電磁弁９４Ａと引込分岐ライン８１の間の水素供給部７０に接続された迂回ライン７０Ａ（迂回配管ともいう。）を備えている。

【0133】

なお、先に触れたように、バッファ機構３は省略可能であるため、この場合には、引込分岐ライン８１や電磁弁７３は不要となるため、迂回ライン７０Ａの他端は、第１下流側電磁弁９４Ａよりも図示しない発電装置側の水素供給部７０に接続されたものとなる。

【0134】

そして、純化機構４は、迂回ライン７０Ａ上に設けられた第２脱水部９１Ｂ（例えば、モレキュラーシーブ）と、第２脱水部９１Ｂよりも図示しない発電装置側となる迂回ライン７０Ａ上に設けられた第２不純物気体除去部９２Ｂと、第２脱水部９１Ｂより減圧弁７２側の迂回ライン７０Ａ上（第２脱水部９１Ｂより迂回ライン７０Ａの一端側の迂回ライン７０Ａ上）に設けられた第２上流側電磁弁９３Ｂと、第２不純物気体除去部９２Ｂより図示しない発電装置側の迂回ライン７０Ａ上（第２不純物気体除去部９２Ｂより迂回ライン７０Ａの他端側の迂回ライン７０Ａ上）に設けられた第２下流側電磁弁９４Ｂと、を備えている。

【0135】

なお、第２脱水部９１Ｂと第２不純物気体除去部９２Ｂとが第１純化部と同様の役目を果たす純化機構４の第２純化部として機能し、第２脱水部９１Ｂには、第１脱水部９１Ａと同様に、低温（例えば１００℃以下程度）で露点の低い加熱気体を供給することで乾燥処理が可能なシリカゲル系のモレキュラーシーブが用いられている。

【0136】

また、第２不純物気体除去部９２Ｂにも第１不純物気体除去部９２Ａと同様に、塩素ガス、塩酸ガス等を除去できるケミカルフィルタが用いられ、具体的な構成においても、塩素ガスを除去するフィルタと塩酸ガスを除去するフィルタを直列で並べるものとしている。

【0137】

そして、乾燥気体供給ライン９５が第２脱水部９１Ｂと第２不純物気体除去部９２Ｂの間の迂回ライン７０Ａに接続されるとともに、乾燥気体排気ライン９６が第２上流側電磁弁９３Ｂと第２脱水部９１Ｂの間の迂回ライン７０Ａに接続され、純化機構４が、第１供給制御電磁弁９５Ａより迂回ライン７０Ａ側の乾燥気体供給ライン９５上に設けられ、乾燥気体（例えば露点の低い窒素等の活性の低いガスや露点の低いヘリウム、アルゴン等の不活性ガス）の第２脱水部９１Ｂへの供給の有無を制御する第２供給制御電磁弁９５Ｂと、乾燥気体排気ライン９６の第１排気制御電磁弁９６Ａより迂回ライン７０Ａ側の乾燥気体排気ライン９６上に設けられ、乾燥気体を排気するときに開とされる第２排気制御電磁弁９６Ｂと、を備えるものになっている。

【0138】

なお、乾燥気体供給ライン９５への乾燥気体の供給は、第１供給制御電磁弁９５Ａと第２供給制御電磁弁９５Ｂの間の乾燥気体供給ライン９５の位置で行われるようになっており、乾燥気体排気ライン９６からの乾燥気体の排気は、第１排気制御電磁弁９６Ａと第２排気制御電磁弁９６Ｂの間の乾燥気体排気ライン９６の位置で行われるようになっている。

【0139】

したがって、第２脱水部９１Ｂにおいても、一旦、第２脱水部９１Ｂが水分を吸収しても、第２脱水部９１Ｂの乾燥処理を行うことで水分の吸収性能を再生できるようになっている。

【0140】

次に、純化機構４の動作について説明する。
なお、この動作の説明は、水素が水溶液貯蔵部１０から図示しない発電装置又はバッファタンク８０に向けて供給されている状態であることを前提として行い、第１実施形態で説明した水素の供給開始時等の説明は省略するものとする。

【0141】

例えば、水素発生装置２の制御部は、第１上流側電磁弁９３Ａ及び第１下流側電磁弁９４Ａを開とし、第２上流側電磁弁９３Ｂ、第２下流側電磁弁９４Ｂ、第１供給制御電磁弁９５Ａ、及び、第１排気制御電磁弁９６Ａを閉として、水素が純化機構４の第１純化部（第１脱水部９１Ａ及び第１不純物気体除去部９２Ａ）を通過して図示しない発電装置に供給されるように制御しているときには、乾燥気体が第２脱水部９１Ｂを通過するように、第２供給制御電磁弁９５Ｂ、及び、第２排気制御電磁弁９６Ｂを開とする制御も行う。

【0142】

したがって、第１脱水部９１Ａが水素中の水分を吸収するように動作している間に、第２脱水部９１Ｂの乾燥処理が行われ、第２脱水部９１Ｂの水分を吸収する性能が再生される。

【0143】

一方、水素発生装置２の制御部は、所定の量の水素が第１脱水部９１Ａを通過すると、第２上流側電磁弁９３Ｂ、及び、第２下流側電磁弁９４Ｂを開とし、第１上流側電磁弁９３Ａ、第１下流側電磁弁９４Ａ、第２供給制御電磁弁９５Ｂ、及び、第２排気制御電磁弁９６Ｂを閉として、水素が純化機構４の第２純化部（第２脱水部９１Ｂ及び第２不純物気体除去部９２Ｂ）を通過して図示しない発電装置に供給されるように制御を切り替え、このときには、乾燥気体が第１脱水部９１Ａを通過するように、水素発生装置２の制御部は、第１供給制御電磁弁９５Ａ、及び、第１排気制御電磁弁９６Ａを開とする制御も行う。

【0144】

したがって、第２脱水部９１Ｂが水素中の水分を吸収するように動作している間に、第１脱水部９１Ａの乾燥処理が行われ、第１脱水部９１Ａの水分を吸収する性能が再生される。

【0145】

このように、純化機構４が、第１純化部（第１脱水部９１Ａ及び第１不純物気体除去部９２Ａ）と、第２純化部（第２脱水部９１Ｂ及び第２不純物気体除去部９２Ｂ）と、を備えるものとし、第１純化部を通過させて水素を図示しない発電装置又はバッファタンク８０に供給するときに第２純化部の第２脱水部９１Ｂが乾燥処理可能とされ、第２純化部を通過させて水素を図示しない発電装置又はバッファタンク８０に供給するときに第１純化部の第１脱水部９１Ａが乾燥処理可能とされているので、水素の図示しない発電装置又はバッファタンク８０への供給を停止させることなく、第１脱水部９１Ａ、及び、第２脱水部９１Ｂの再生処理を行うことができるようになっている。

【0146】

また、必要に応じて、第１純化部を通過させて水素を図示しない発電装置又はバッファタンク８０に供給するときに第２純化部の第２不純物気体除去部９２Ｂを交換し、第２純化部を通過させて水素を図示しない発電装置又はバッファタンク８０に供給するときに第１純化部の第１不純物気体除去部９２Ａを交換することも可能なため、第１不純物気体除去部９２Ａ、及び、第２不純物気体除去部９２Ｂの交換作業も水素の図示しない発電装置又はバッファタンク８０への供給を停止させることなく行うことができる。

【0147】

そして、水素が水溶液貯蔵部１０から図示しない発電装置及びバッファ機構３に至るまでの間に、純化機構４が設けられているため、発電装置である燃料電池に純度の高い水素を供給することができる。

【0148】

以上、具体的な実施形態に基づいて、本発明について説明してきたが、本発明は、上記の具体的な実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0149】

１ 発電システム
２ 水素発生装置
３ バッファ機構
４ 純化機構
１０ 水溶液貯蔵部
１１ 水溶液
１２ 上側レベルセンサ
１３ 下側レベルセンサ
１４ 仕切部
１４Ａ 貫通孔
１５ 排水口
１５Ａ 排水ライン
１５Ｂ 排水制御弁
１６ 給水口
１６Ａ 給水ライン
１６Ｂ 給水制御弁
１７ 原料受入孔
１８ 水素排出口
２０ 原料貯蔵部
２１ 原料
２２ 作業扉
２３ 原料供給孔
２４ 距離測定器
３０ 原料供給機構
３１ モータ
３２ 円板
３２Ａ、３２Ｂ 貫通孔
３３ シャフト
４０ 攪拌機構
４１ モータ
４２ プロペラ
４３ シャフト
５０ 緊急排気ライン
５１ 電磁弁
５２ 圧力測定装置
６１ 圧力測定装置
６２ 気体供給ライン
６３ 電磁弁
７０ 水素供給部
７０Ａ 迂回ライン
７１ 電磁弁
７２ 減圧弁
７３ 電磁弁
８０ バッファタンク
８１ 引込分岐ライン
８２ 昇圧装置
８３ 電磁弁
８４ 返送ライン
８５ 電磁弁
８６ 減圧弁
８７ 圧力測定装置
８８ 接続ライン
８９ 電磁弁
９１Ａ 第１脱水部
９１Ｂ 第２脱水部
９２Ａ 第１不純物気体除去部
９２Ｂ 第２不純物気体除去部
９３Ａ 第１上流側電磁弁
９３Ｂ 第２上流側電磁弁
９４Ａ 第１下流側電磁弁
９４Ｂ 第２下流側電磁弁
９５ 乾燥気体供給ライン
９５Ａ 第１供給制御電磁弁
９５Ｂ 第２供給制御電磁弁
９６ 乾燥気体排気ライン
９６Ａ 第１排気制御電磁弁
９６Ｂ 第２排気制御電磁弁
ＬＳ 下部空間
ＬＳＦ 水面
Ｏ 回転中心
ＵＳ 上部空間
ＵＳ１ 上側空間

【図1】

【図2】