專利名稱：一種氫氣發(fā)生器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫氣發(fā)生器，特別是用來供應(yīng)燃料電池的氫氣發(fā)生器，其包括燃料供應(yīng)源，所述燃料可以水解并在與第一供應(yīng)源連通的反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和至少部分的液態(tài)廢反應(yīng)產(chǎn)物，所述反應(yīng)室與排出路徑連通，所述排出路徑用于排出氫氣和廢反應(yīng)產(chǎn)物。 在本文中，所述燃料可以是氫化物，例如硼氫化鈉，或者是硼烷銨，優(yōu)選另外包含穩(wěn)定劑，例如氫氧化鈉或氫氧化鋰。
背景技術(shù)：
通過使得固體氫化物的與含水酸性反應(yīng)物反應(yīng)，由此發(fā)生水解從而產(chǎn)生氫氣的工藝是人們已知的，參見US 2005/0238573。已知可通過催化劑促進(jìn)相應(yīng)的燃料在水溶液中的反應(yīng)。在現(xiàn)有技術(shù)中，在體積交換筒中，燃料的減少彌補(bǔ)了反應(yīng)產(chǎn)物體積的增加，參見US 7，105，033?，F(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題如何將有用的氫氣與廢液產(chǎn)物分離，以及如何處理廢液產(chǎn)物，當(dāng)所述氫氣發(fā)生器是對取向不敏感的裝置的時(shí)候，這些問題尤其顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用來產(chǎn)生氫氣的設(shè)備，用以對廢產(chǎn)物進(jìn)行最優(yōu)化的處理。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，在本發(fā)明的氫氣發(fā)生器中，設(shè)備具有以下特征用于排出廢反應(yīng)產(chǎn)物的排出路徑通向適合用來固定所述廢反應(yīng)產(chǎn)物的吸收材料的供應(yīng)源。通過所述固定工藝，所述氫氣發(fā)生器具有極高程度的取向不敏感性，這是因?yàn)樗鲶w系中基本上不存在液態(tài)的廢產(chǎn)物。本發(fā)明適用于所有種類的氫氣發(fā)生器，優(yōu)選用于具有以下特征的發(fā)生器其除了包括固體燃料供應(yīng)源以外，還包括用來與所述固體燃料反應(yīng)的反應(yīng)劑的第二供應(yīng)源，或者用于在使用液體燃料的反應(yīng)中促進(jìn)反應(yīng)的催化劑。較佳的是，所述吸收材料是適合在吸收所述廢反應(yīng)產(chǎn)物的時(shí)候發(fā)生溶脹的材料。 所述吸收材料能夠通過溶脹而包含更多的液體。完全使用之后，可以將所述吸收材料棄去。所述溶脹性吸收材料優(yōu)選包含超強(qiáng)吸收劑，所述超強(qiáng)吸收劑是本領(lǐng)域已知的材料，例如包含在新式的尿布中的材料，能夠結(jié)合大量的水性液體。還優(yōu)選包含芯吸材料，例如吸收性織物，其適合用來將主要為液態(tài)的廢反應(yīng)產(chǎn)物分布在吸收材料中。 所述超強(qiáng)吸收劑在PH值為中性的環(huán)境下表現(xiàn)出最高的液體結(jié)合能力。因此，優(yōu)選所述吸收材料進(jìn)一步包含適合用來調(diào)節(jié)PH值的材料。一般來說，所述液態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物傾向于呈酸性，需要進(jìn)行中和。另外，廢反應(yīng)產(chǎn)物中包含的硼酸鹽容易妨礙吸收材料的結(jié)合性能。因此，需要加入某些試劑，例如可以加入鈣離子，促進(jìn)硼酸鹽的結(jié)晶。
較佳的是，所述吸收材料包括至少一條另外的路徑，以免吸收材料發(fā)生阻塞而造成用于氫氣和仍為液態(tài)的廢產(chǎn)物的路徑發(fā)生堵塞。
3
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，為了對吸收材料的體積增大進(jìn)行體積補(bǔ)償，氫氣發(fā)生器部件設(shè)計(jì)成體積交換的形式。根據(jù)所述的第一種設(shè)計(jì)，第二供應(yīng)源和吸收材料封裝在筒內(nèi)，反應(yīng)劑是一種具有以下性質(zhì)的材料隨著反應(yīng)的進(jìn)行，在所述第二供應(yīng)源內(nèi)的該反應(yīng)劑的體積減??；所述吸收材料能夠膨脹，在它們之間，所述反應(yīng)劑具有能夠移動(dòng)進(jìn)入第二供應(yīng)源體積內(nèi)的界面，用于體積補(bǔ)償；根據(jù)第二種設(shè)計(jì)，所述第一供應(yīng)源和吸收材料被封裝在筒中，所述燃料是具有以下性質(zhì)的材料隨著反應(yīng)的進(jìn)行，第一供應(yīng)源內(nèi)所述材料的體積會減小，所述吸收材料能夠膨脹，在它們之間，所述燃料具有能夠移動(dòng)進(jìn)入第一供應(yīng)源的體積的界面，用于體積補(bǔ)償。因此，不會造成龐大的未利用體積的浪費(fèi)，所述氫氣發(fā)生器的至少一部分可以置于緊湊的安全筒內(nèi)。


結(jié)合附圖，通過以下關(guān)于優(yōu)選實(shí)施方式的描述，可以清楚地了解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)和其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。圖1顯示了使用固體燃料和液體反應(yīng)劑的氫氣發(fā)生器。圖2顯示了使用液體燃料和加快反應(yīng)進(jìn)行的催化劑的氫氣發(fā)生器。優(yōu)選實(shí)施方式根據(jù)圖1，氫氣發(fā)生器1包括圓柱形筒2，該圓柱形筒包括燃料的第供應(yīng)源3，在此設(shè)計(jì)中，所述燃料供應(yīng)源是例如硼氫化鈉(NaBH4)的固體塊，其包含金屬氫氧化物等之類的穩(wěn)定劑，參見US 2005/0238573的第W028]段。其還包括反應(yīng)劑的第二供應(yīng)源4，所述反應(yīng)劑是酸性水溶液，例如磷酸水溶液，其中可以加入催化劑，參見US 2006/0269470第
段。所述第二供應(yīng)源位于波紋管中5，所述波紋管5可以沿著所述圓柱形筒2 的軸向方向壓縮。所述波紋管5具有排出管道11，該排出管道通過泵12與分配器13相連， 在圖中，所述分配器設(shè)置在所述圓柱形筒2的頂部。來自所述第二供應(yīng)源4的反應(yīng)劑通過排出管道11，輸送到分配器13，然后輸送到第一供應(yīng)源3內(nèi)的固體燃料。所述分配器13通過US 2008/(^86195的第W019]段所述的方式將反應(yīng)劑分配在固體燃料上。在作為反應(yīng)室14的位于所述第一供應(yīng)源塊3旁邊的體積內(nèi)，與反應(yīng)劑接觸的燃料發(fā)生反應(yīng)，形成作為有用的產(chǎn)物的氫氣以及廢反應(yīng)產(chǎn)物，即硼酸鹽和水等。為了排出氫氣，在所述筒2中設(shè)置了氫氣出口 15，在圖中，該氫氣出口 15位于筒2的底部。反應(yīng)室接下來是通向氫氣出口 15 的路徑16以及通向吸收材料21的路徑17。所述吸收材料結(jié)合了反應(yīng)產(chǎn)生的大體為液態(tài)的廢產(chǎn)物，同時(shí)有用的氫氣仍然可以通過；因此所述吸收材料作為很高程度的氣體過濾器。其可已有例如海綿，織物組織或棉絨組成。這些材料在吸收了液體的時(shí)候大體可以保持其體積，如果進(jìn)一步吸收，則會發(fā)生滴液或滲出。但是優(yōu)選所述吸收材料包含溶脹性超強(qiáng)吸收劑。超強(qiáng)吸收劑是本領(lǐng)域已知的，吸收能力相當(dāng)于其自身重量的數(shù)倍。其可以由丙烯酸與丙烯酸鈉的共聚物組成。所述吸收材料還包含由吸收性織物組成的芯吸性材料。如果不包含芯吸性材料，則液態(tài)廢產(chǎn)物會沖擊超強(qiáng)吸收劑，僅在表面處形成吸收區(qū)域，而不會到達(dá)內(nèi)部。所述吸收材料還包含一些材料， 通過對主要為酸性的廢產(chǎn)物進(jìn)行中和，從而調(diào)節(jié)所述廢產(chǎn)物的PH值，由此盡可能提高吸收能力，還包含諸如鈣離子的某些試劑，促進(jìn)硼酸鹽的結(jié)晶，以避免硼酸鹽阻礙吸收。這樣的吸收材料的一個(gè)例子是從嬰兒尿布切下的疊層，這些疊層在高壓力條件下進(jìn)行壓縮；或者在數(shù)層廁紙之間夾入其它所述的組分，然后也進(jìn)行壓縮。所述超強(qiáng)吸收劑避免了滴液和滲漏現(xiàn)象。所述波紋管5和吸收材料具有界面22。吸收的結(jié)果是，吸收材料21的體積增大， 第二供應(yīng)源4的體積減小，使得波紋管5收緊，從而使得界面22朝著波紋管5移動(dòng)。由此在筒2內(nèi)提供了體積交換。隨著吸收材料21塊的體積增大，存在以下風(fēng)險(xiǎn)即用于氫氣的路徑16會發(fā)生收縮，同時(shí)用于廢反應(yīng)材料的路徑17也會部分地發(fā)生收縮。為了避免這些路徑被堵塞，另外的路徑23穿過吸收材料21，另外的路徑M通過波紋管5。所述另外的路徑23具有孔，所述液態(tài)的廢產(chǎn)物可以經(jīng)由所述孔流通進(jìn)入吸收材料21。這些路徑23是疏水性的，以免孔內(nèi)發(fā)生結(jié)晶。所述另外的路徑23還具有以下功能在較長時(shí)間停止運(yùn)行之后，廢反應(yīng)產(chǎn)物的組成會變得略微不同，即結(jié)晶化程度提高，形成非滲透性的膜，此時(shí)所述另外的路徑23能夠保持滲透性。除了已經(jīng)安裝的過濾器，即吸收材料21以外，可以任選地直接在氫氣出口 15之前添加另一個(gè)氣液過濾器25，從而確保只有純的氫氣離開所述氫氣發(fā)生器1。適合用于所述另外的氣-液過濾器25的材料是US 2008/0286195的第W017]段所述的薄膜。為了控制氫氣產(chǎn)生速率，對筒2內(nèi)的壓力進(jìn)行測量，如果該壓力減小到低于某個(gè)預(yù)先設(shè)定的閾值，則提高泵的速率，參見US 2005/0238573的第W042]段。參見圖2，圖2中顯示了氫氣發(fā)生器1的一個(gè)不同實(shí)施方式，與第一個(gè)實(shí)施方式相類似地，筒2包含吸收材料21。筒還包含液態(tài)燃料的供應(yīng)源四，該液態(tài)燃料供應(yīng)源四容納在波紋管30中。排出管道31從所述波紋管30引出，然后返回筒2，所述排出管道31經(jīng)由泵32與包含催化劑的封閉的反應(yīng)室33連通。這種結(jié)構(gòu)可參見US 7，105，033。氫氣和廢產(chǎn)物經(jīng)由進(jìn)入管道34進(jìn)入筒2。如圖所示，氫氣由此通過其路徑16和另外的氣-液過濾器 25，到達(dá)位于筒2的底部的氫氣出口 15。廢產(chǎn)物經(jīng)由其路徑17前進(jìn)，到達(dá)吸收材料21，被其俘獲。界面22又一次將吸收材料21從波紋管30分離。在此實(shí)施方式中，隨著吸收材料 21發(fā)生膨脹，波紋管30變空并收縮，從而提供了體積交換。附圖編號說明1氫氣發(fā)生器2 筒3 (燃料固體塊)的第一供應(yīng)源4 (反應(yīng)劑)的第二供應(yīng)源5波紋管11排出管道12 泵13分配器14反應(yīng)室15氫氣出口16 路徑17 路徑21吸收材料22 界面
23另外的路徑M另外的路徑25另外的氣-液過濾器29液態(tài)燃料的供應(yīng)源30波紋管31排出管道32 泵33反應(yīng)室34進(jìn)入管道
權(quán)利要求
1.氫氣發(fā)生器(1)，其包括燃料供應(yīng)源(3，四)，所述燃料供應(yīng)源可以水解并在與第一供應(yīng)源(3，29)連通的反應(yīng)室(14，33)中反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和至少部分液態(tài)的廢反應(yīng)產(chǎn)物，所述反應(yīng)室與用于氫氣以及用于廢反應(yīng)產(chǎn)物的排出路徑(16，17)相連通，用于廢反應(yīng)產(chǎn)物的排出路徑(17)通向吸收材料供應(yīng)源，所述吸收材料適合用來固定所述廢反應(yīng)產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，其除了包括第一燃料供應(yīng)源(3)以外，還包括第二反應(yīng)劑供應(yīng)源(4)，所述第二反應(yīng)劑供應(yīng)源用來與所述燃料反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和廢反應(yīng)產(chǎn)物，還包括從所述第二供應(yīng)源至反應(yīng)室(14)的輸送管線(11)。
3.如權(quán)利要求1所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，其包括促進(jìn)反應(yīng)的催化劑(在33 中)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，所述吸收材料是適合用來將氫氣與廢反應(yīng)產(chǎn)物分離的材料。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，所述吸收材料是適合在吸收廢反應(yīng)產(chǎn)物的時(shí)候膨脹的材料。
6.如權(quán)利要求5所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，所述吸收材料包括超強(qiáng)吸收劑和適合用來將廢反應(yīng)產(chǎn)物分配在吸收材料中的芯吸材料。
7.如權(quán)利要求6所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，所述芯吸材料是吸收性織物。
8.如權(quán)利要求6或7所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，所述吸收材料還包括適合用來調(diào)節(jié)PH值的材料。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，所述吸收材料還包括適合使得廢反應(yīng)產(chǎn)物中所含的硼酸鹽結(jié)晶的材料。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，設(shè)置了至少一條通過所述吸收材料的另外的路徑03)。
11.如權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的氫氣發(fā)生器，其特征在于，其還包括設(shè)置在所述廢反應(yīng)產(chǎn)物的排出路徑(16或17內(nèi))的過濾材料05)。
12.如權(quán)利要求5所述的氫氣發(fā)生器，如果權(quán)利要求5引用權(quán)利要求2，或者如權(quán)利要求6-11中任一項(xiàng)所述的氫氣發(fā)生器，如果權(quán)利要求6-11引用權(quán)利要求2和5，其特征在于，第二供應(yīng)源⑷和吸收材料封裝在筒(2)中，所述反應(yīng)劑是具有以下性質(zhì)的材料 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，所述第二供應(yīng)源中的材料的體積減小，所述吸收材料能夠膨脹，在它們之間，所述反應(yīng)劑具有能夠移動(dòng)進(jìn)入所述第二供應(yīng)源的體積內(nèi)的界面(22)，用于體積補(bǔ)償。
13.如權(quán)利要求5所述的氫氣發(fā)生器，如果權(quán)利要求5引用權(quán)利要求3，或者如權(quán)利要求6-11中任一項(xiàng)所述的氫氣發(fā)生器，如果權(quán)利要求6-11引用權(quán)利要求3和5，其特征在于， 第一供應(yīng)源09)和吸收材料封裝在筒( 中，所述燃料是具有以下性質(zhì)的材料隨著反應(yīng)的進(jìn)行，所述第一供應(yīng)源中的材料的體積減小，所述吸收材料能夠膨脹，在它們之間， 所述燃料具有能夠移動(dòng)進(jìn)入所述第一供應(yīng)源的體積內(nèi)的界面(22)，用于體積補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種氫氣發(fā)生器(1)，特別是用于供應(yīng)燃料電池的氫氣發(fā)生器，其包括燃料供應(yīng)源(3，29)，即氫化物，其可以水解并在與第一供應(yīng)源(3，29)連通的反應(yīng)室(14，33)中反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和至少部分液態(tài)的廢反應(yīng)產(chǎn)物，所述反應(yīng)室與用于氫氣以及用于廢反應(yīng)產(chǎn)物的排出路徑(16，17)相連通，后一排出路徑(17)通向吸收材料(21)供應(yīng)源，所述吸收材料適合用來固定所述廢反應(yīng)產(chǎn)物。根據(jù)一種發(fā)生器的設(shè)計(jì)，所述氫氣發(fā)生器除了包括固態(tài)燃料的第一供應(yīng)源(3)以外，還包括第二反應(yīng)劑供應(yīng)源(4)，其與所述燃料反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和廢反應(yīng)產(chǎn)物，還包括從所述第二供應(yīng)源通向反應(yīng)室的輸送管路(11)，根據(jù)使用液態(tài)燃料作為第一供應(yīng)源(29)的第二種設(shè)計(jì)，所述氫氣發(fā)生器包括用來促進(jìn)反應(yīng)的催化劑(在33中)。
文檔編號C01B3/06GK102442642SQ20101050354
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者翟峻, 阿瑟, 顧志軍 申請人:上海清能燃料電池技術(shù)有限公司