氫氣發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)氫氣的氫氣發(fā)生器，具體地涉及用于為氫氣消耗裝置（諸如 燃料電池組）提供氫氣。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 氣體發(fā)生器用于生產(chǎn)多種用于各種目的的氣體。實例包括氫氣發(fā)生器、氧氣發(fā)生 器、一氧化碳發(fā)生器和二氧化碳發(fā)生器。氫氣發(fā)生器特別令人關(guān)注，因為氫氣可以被用于提 供在燃料電池組中用作活性材料的氫氣。
[0004] 對于燃料電池組作為用于便攜電子裝置的動力能源的關(guān)注已經(jīng)增長。燃料電池是 使用電池外部的材料作為用于陽極和陰極的活性材料的電化學(xué)電池。因為燃料電池不必須 包括所有的用于產(chǎn)生電的活性材料，所以與其他類型的電池相比，該燃料電池可以被制成 具有相對于生產(chǎn)的電能的量小的體積。
[0005] 在一些類型的氫燃料電池中，氫氣從供給給該燃料電池的陰極側(cè)的含氫燃料形 成。在其他類型的氫燃料電池中，氫氣從該燃料電池外部的源供給給該燃料電池。
[0006] 燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池組，其包括一個或多個燃料電池（諸如在燃料電池堆 疊），以及氣體源，諸如儲氣罐或氣體發(fā)生器。向燃料電池供給氣體的氣體發(fā)生器可以是燃 料電池系統(tǒng)的集成部分，它們可以可拆卸地耦接到該燃料電池系統(tǒng)，或者它們可以包括含 反應(yīng)物的可替換的部件。當(dāng)該生產(chǎn)氣體的反應(yīng)物已經(jīng)被耗盡時，可以用另一個可拆卸的氣 體發(fā)生器替換。可拆卸的氣體發(fā)生器可以是一次性的（僅用于一次性使用）或可再填充的 (用于使用多次）以代替耗盡的反應(yīng)物材料。
[0007] 氫氣發(fā)生器可以使用多種反應(yīng)物和多種用于引發(fā)該氫氣生成反應(yīng)物的方法生產(chǎn) 氫氣。當(dāng)含氫材料反應(yīng)時，氫氣可以被放出。
[0008] 在選擇用于在氫氣發(fā)生器中使用的反應(yīng)物中，可以考慮以下幾點：(a)當(dāng)氫氣發(fā) 生器不使用時，在長時間期間的穩(wěn)定性，（b)氫氣生成的反應(yīng)容易引發(fā)，（C)必須提供的以 維持氫氣生成反應(yīng)的能量的量，（d)該氫氣生成反應(yīng)的最高操作溫度，以及（e)該反應(yīng)物每 單位體積和每單位質(zhì)量可以生產(chǎn)的氫氣的總體積。
[0009] -些含氫化合物可以在化學(xué)分解反應(yīng)中被加熱以放出氫氣。此類熱分解反應(yīng)，諸 如那些氫化物可以比水解反應(yīng)更有利，因為氫氣的產(chǎn)率更高，它不產(chǎn)生必須從氫氣其他中 除去的水蒸汽，并且凝固不是問題。
[0010] 在一些使用通過氣體發(fā)生器生產(chǎn)氣體的系統(tǒng)中，期望的是，在按需的基礎(chǔ)上生產(chǎn) 該氣體，從而最小化需要（和體積）以儲存大量的氣體直到需要。也可以期望以可替換、低 成本的形式提供用于該氣體發(fā)生器的反應(yīng)物。也可以期望用所需能量的最小量以低成本運(yùn) 行該氣體發(fā)生器。
[0011] 根據(jù)以上所述，本發(fā)明的目的是提供方便并且經(jīng)濟(jì)地制造和操作的氫氣發(fā)生器， 其具有用戶可替換的含最少數(shù)量的部件的燃料單元，需要用戶最少的清潔，以及可以根據(jù) 需要提供有限數(shù)量的氫氣。 發(fā)明概要
[0012] 通過氫氣發(fā)生器和包括燃料電池組和如本文所述的氫氣發(fā)生器的燃料電池系統(tǒng) 滿足上述目的并且克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點。
[0013] 因此，本發(fā)明的一個方面是氫氣發(fā)生器，其包括：包括觀察檢查板的外殼；設(shè)置在 該外殼內(nèi)并且包括一個或多個接觸構(gòu)件的引發(fā)器總成；具有相反的第一表面和第二表面， 并且其中設(shè)置有一個或多個接觸構(gòu)件的可壓縮構(gòu)件；以及可拆卸地設(shè)置在鄰近該可壓縮 構(gòu)件的第一表面的該外殼內(nèi)的燃料單元，該燃料單元包括當(dāng)加熱時可以釋放氫氣的含氫材 料，以及在被來自該引發(fā)器總成的能量引發(fā)時可以放熱反應(yīng)的放熱混合物。當(dāng)在該氫氣發(fā) 生器中不設(shè)置燃料單元時，可壓縮構(gòu)件是未壓縮的，并且一個或多個構(gòu)件在第二表面處或 其下方；并且當(dāng)在該氫氣發(fā)生器中設(shè)置有燃料單元時，可壓縮構(gòu)件是被壓縮的，使得一個或 多個構(gòu)件延伸超過第二表面以使熱與該燃料單元接觸。來自引發(fā)器總成的能量被一個或多 個接觸構(gòu)件傳導(dǎo)至對應(yīng)的一個或多個量的該放熱混合物以引發(fā)其中的放熱反應(yīng)，從而提供 用于從含氫材料中釋放氫氣的熱量。實例可以單獨或組合的形式包括以下各項中的任何一 項：
[0014] ?該氫氣發(fā)生器包括多個接觸構(gòu)件，每一個對應(yīng)于一個或一組多個隔離的量的放 熱混合物；在每一個或每一組多個隔離的量的放熱混合物中的放熱反應(yīng)可以通過對應(yīng)的接 觸構(gòu)件被選擇地引發(fā)；
[0015] ?該引發(fā)器總成包括一個或多個加熱元件，每一個與至少一個對應(yīng)的接觸構(gòu)件熱 連通，使得對應(yīng)的接觸構(gòu)件可從加熱元件中的一個傳導(dǎo)熱量至對應(yīng)的一個或多個量的放熱 混合物；
[0016] ?該引發(fā)器總成通過一個或多個傳導(dǎo)構(gòu)件，其中的每一個傳導(dǎo)電能至一個或多個 對應(yīng)量的放熱混合物；
[0017] ?燃料單元包括多個量的放熱混合物，每一個能夠為從含氫材料中的一部分釋放 氫氣提供熱量；含氫材料的部分可以是隔尚的部分；含氫材料的隔尚的部分可以被任何縫 隙、熱絕緣體構(gòu)件以及電絕緣體構(gòu)件中的一種或它們的組合隔離；在單個或組的量的放熱 混合物中的放熱反應(yīng)可以被選擇地引發(fā)以為一個或多個導(dǎo)體構(gòu)件選擇地提供能量，它們中 的每一個傳導(dǎo)能量至多個量的放熱混合物中的一個或多個；
[0018] ?接觸構(gòu)件中的每一個都是加熱元件；
[0019] ?接觸構(gòu)件中的每一個都具有用于接觸該燃料單元的末端；接觸構(gòu)件中的每一個 可以具有細(xì)長的主體；末端可以是錐形的尖；該尖可以穿透進(jìn)入燃料單元；
[0020] ?將能量從能量源提供到引發(fā)器總成；
[0021] ?可壓縮構(gòu)件包括在它的第一表面中的氫氣流動管道；以及
[0022] ?觀察檢查板是可移動的，以提供到用于插入或拆卸燃料單元的氫氣發(fā)生器的接 入，觀察檢查板可以從外殼的剩余中拆卸；觀察檢查板可以是保持附接到外殼的剩余的可 折板。
[0023] 本發(fā)明的第二個方面是燃料電池系統(tǒng)，其包括燃料電池組和如上所述的氫氣發(fā)生 器。實例可以單獨或組合的形式包括以下各項中的任何一項：
[0024] ?燃料電池系統(tǒng)包括控制器，以選擇地為一個或多個導(dǎo)體構(gòu)件提供能量；一個或多 個導(dǎo)體構(gòu)件中的每一個可傳導(dǎo)能量至多個量的放熱混合物中的一個或多個；控制器可以燃 料單元、氫氣發(fā)生器和氫氣消耗裝置的一個或多個參數(shù)為基礎(chǔ)選擇地為一個或多個導(dǎo)體構(gòu) 件提供能量；以及
[0025] ?燃料電池系統(tǒng)包括相對于燃料單元外部的能量源；該能量源可以在相對于氫氣 發(fā)生器外部。
[0026] 本發(fā)明的第三個方面是產(chǎn)生氫氣的方法。該方法包括以下步驟：(a)提供氫氣發(fā) 生器，其包括具有觀察檢查板的外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)并且包括一個或多個接觸構(gòu)件的引發(fā) 器總成、具有相反的第一表面和第二表面，并且其中設(shè)置有一個或多個接觸構(gòu)件的可壓縮 構(gòu)件，以及可燃料單可拆卸地設(shè)置在鄰近該可壓縮構(gòu)件的第二表面的該外殼內(nèi)的燃料單 元，該燃料單元包括當(dāng)加熱時可以釋放氫氣的含氫材料，以及在被來自該引發(fā)器總成的能 量引發(fā)時可以放熱反應(yīng)的放熱混合物；(b)將該燃料單元設(shè)置在該外殼內(nèi)；（C)固定該板以 將該燃料單元封閉在該外殼內(nèi)，從而對著該可壓縮墊片的第一表面推燃料單元，以將該接 觸構(gòu)件的末端從該可壓縮墊片的表面延伸以接觸該燃料單元；（d)將能量供給到接觸構(gòu)件 中的至少一個并且將能量傳導(dǎo)至對應(yīng)量的放熱混合物以引發(fā)在量的放熱材料中的放熱反 應(yīng)；以及（e)將熱量從該放熱反應(yīng)傳導(dǎo)至該含氫材料的對應(yīng)部分以引起釋放氫氣。實例可 以單獨或組合的形式包括以下各項中的任何一項：
[0027] ?氫氣發(fā)生器包括以上公開的本發(fā)明的第一方面的特征的一個或多個；
[0028] ?燃料單元從氫氣發(fā)生器拆卸，并且使用另外的燃料單元重復(fù)步驟（b)到步驟 (e)；
[0029] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過參考以下說明書、權(quán)利要求書和附圖，將進(jìn)一步理解并領(lǐng) 會本發(fā)明的這些和其他特征、優(yōu)點和目的。
[0030] 除非具體指定，否則本文使用以下規(guī)定和方法：
[0031] ?"對應(yīng)的"意指以熱連