氫氣生成系統及方法

2023-06-04 04:46:06 1

專利名稱：氫氣生成系統及方法
技術領域：
本發明涉及用硼氫化物化合物的燃料溶液生成氬氣。更具體地 講，本發明涉及一種燃料筒和氫氣生成裝置，所述裝置具有用於儲存燃料溶液、氫氣的體積交換結構和氳氣分離區。
背景技術：
氫氣是為燃料電池選擇使用的燃料；然而其廣泛使用由於儲存 氣體方面的困難而複雜化。很多氫載體，包括烴、金屬氫化物和化 學氫化物，被認作為氫儲存和供應系統。在各種情況下，為了從其載體釋放氫氣，需要開發特定的系統，可通過重整(如在烴的情況下)、自金屬氫化物解吸或化學氫化物的催化水解作用。
氫儲存和生成所用的一種更有希望的系統利用硼氫化物化合物作為氫儲存媒介。硼氫化鈉(NaBH4)特別有利，因為其能夠溶於鹼性 水溶液且基本上不發生反應；在這種情況下，將硼氫化鈉的穩定化鹼性溶液稱為燃料。此外，含水硼氫化物燃料溶液不可揮發，並且不會燃燒。這些顯著特點使處理和運輸在體積意義上和在氫氣生成 器自身內兩方面都很容易。
為了自含水硼氫化鈉燃料溶液製備氫氣，現在已經開發了多種 氫氣生成系統。此類生成器通常需要多個室來儲存燃料、硼酸鹽產 物和催化劑或其它反應劑，以促進硼氫化物水解。氬氣生成系統也 可結合其他部件，如氫氣壓載艙、熱交換器、冷凝器和氣-液分離器。
開發燃料電池作為電池替代取決於找到 一種方便安全的氫源。 小型應用的燃料電池動力系統需要體積小，重量輕，具有高重量氬 儲存密度，並且優選地可以任何方向操作。此外，它應易於4吏系統 的氫氣流速和壓力的控制與燃料電池的操作需求相匹配。
發明概述
本發明涉及用催化劑或反應劑和硼氫化物化合物產生氫氣的裝 置和方法。
本發明的一個實施方案提供了一種具有外殼的氫氣生成器，其 具有燃料儲存室、氫氣儲存室和氫氣分離室，其中氫氣分離室和燃 料儲存室均包括至少一個可透氣薄膜以將氫氣傳送出各自的室。本 發明的另 一個優選的實施方案利用 一種體積交換結構，所述結構具 有包圍在氫氣儲存室和氫氣分離室二者之內的燃料儲存室，其中氫 氣分離室和燃料儲存室均具有至少一個位於其中的可透氣薄膜。
另一個實施方案提供一種能夠生成氫氣的氫氣生成器，所述氫
氣生成器包括燃料儲存室；氫氣儲存區；和用於自燃料儲存室移除 燃料的泵；其中燃料儲存室包括燃料出口 ，其用於移除燃料；至少 一個可透氣的薄膜，用於允許由燃料產生的氫氣通過可透氣的薄膜 達到氫氣儲存區；和氫氣出口，用於允許氫氣自氫氣儲存區通到系 統夕卜面。
在另一個實施方案中，本發明提供了一種氫氣生成器，其包括 氫氣分離室；氫氣儲存室；至少部分被包圍在氫氣儲存室內的燃料 儲存室；第一導管，所述導管用於將燃料溶液自燃料儲存室輸送到 反應室以促進燃料溶液反應生成氫氣和產物；笫二導管，所述導管用於將氫氣和產物自反應室輸送到氫氣分離室；氬氣出口，所述出口用於將氫氣自氫氣分離室排出；和至少一個可透氣薄膜，所述薄 膜與各個燃料儲存室和氬氣分離室接觸以允許氫氣通過可透氣薄膜，同時實質上防止固體物質和液體物質通過可透氣薄膜。
本發明進一步提供生成氫氣的方法，所述方法包括提供燃料儲 存室、燃料溶液、氳氣儲存室和氫氣分離室。燃津十室至少部分^f立於 氫氣儲存室內，而氫氣儲存室至少部分位於氫氣分離室內。提供與 燃料溶液儲存室接觸的至少 一個第 一可透氣薄膜和與氫氣分離室接 觸的至少一個第二可透氣薄膜，以允許氫氣通過第一和第二可透氣 薄膜。將燃料溶液自燃料溶液儲存室輸送到反應室，以產生氫氣和 產物。將產物和氫氣自反應室輸送到氫氣分離室。在所述優選方法 的操作期間，將氫氣儲存室保持在比燃料溶液室更低的壓力。
附圖簡述
參考附圖並結合以下詳述，可完全地理解本發明，其中


圖1A和圖1B為根據本發明的氫氣生成系統的燃料容器的示意圖2為根據本發明的氫氣生成系統的燃料容器的一種可供選擇 的結構的示意圖3A和圖3B為根據本發明的氫氣生成系統的燃料筒的布置示意圖4A和圖4B為一種氫氣生成系統的燃料筒的一種可供選擇的 布置示意圖；和
圖5為根據本發明的一種優選氫氣生成系統的布置示意圖。
發明詳述
美國專利申請序號10/359,104,標題為"hydrogen Gas Generation System",其全文通過引用結合到本文中，描述了一種包括外殼的氫
氣生成系統，該系統包括一種體積交換結構，該結構具有包括第一 慄性袋的燃料儲存室和包括第二慄性袋的氬氣分離室，其中任一個 或兩個柔性袋可具有位於其中的可透氣薄膜。
此類系統主要通過被動壓力系統計量氬氣生成燃料的流量，其 中自彈簧等所施加機械壓力或所施加的氣體壓力迫使燃料通過閥進入反應室。氫氣生成的控制由壓力調節來給予。液體生成氬氣的燃料在低於約4(TC的溫度是穩定的(即，觀察到很少乃至沒有氫氣生 成)，但氳可能隨溫度增加而放出。在此系統中，可迫使在燃料儲存 室中從燃料溶液自發產生的氳氣通過燃料儲存室中的薄膜，並由用 於推進燃料通過控制閥以達到反應室的相同壓差迫使其進入外殼的 主體。
雖然被動系統可用，但包括能夠變化控制燃料輸送的泵常常合 乎需要。泵在體積和重量上經常小於彈簧機械裝置，並且泵有能力 使燃料流反向，從而自反應室主動地抽取燃料。然而，如果將泵合 併到同 一 系統以將燃料輸送到反應室，將不能利用壓力差從燃料溶 液和燃料儲存室移出氫氣。在燃料溶液中存在氣泡不合乎需要；例 如，氣泡可導致泵發生渦凹現象。此外，燃料溶液中存留的氫氣潛 在地不能傳送到氫氣裝置或由燃料電池轉化成電力。
在本發明的一個方面，為了自生成氫的燃料溶液和燃料儲存室 移出氫氣，用一種系統和方法在泵送系統中產生壓差。
在本發明的這些和以下方面中所用的生成氫的燃料優選為液體 或能夠配製成可流動燃料的硼氫化物化合物。很多硼氬化物化合物 為水溶性，並且可將含水可流動的燃料溶液製備成含水混合物，該 含水混合物可包含穩定劑組分，如具有通式M(OH)n的金屬氫氧化 物，其中M為陽離子，陽離子選自鹼金屬陽離子，如鈉、鉀或鋰； 鹼土金屬陽離子，如鈣；鋁陽離子；和銨陽離子，並且n等於陽離 子的電荷數。也可以將非水可流動燃料在非水溶劑中製備成分散液 或乳液，例如在礦物油中製備成分散液，或在例如甲苯、甘醇二曱醚或乙腈中製備成溶液。
本發明所用的硼氯化物包括硼烷、多面體硼烷、硼氫化物或多
面體;屑:烷的陰離子，如片示題為"Fuel Blends for Hydrogen Generators" 的同時待審美國專利申請序號10/741，199所提供的那些硼氫化物， 此專利的內容全部通過引用結合到本文中。適合的硼氫化物包括但 不限於中性硼烷化合物，如癸硼烷(14)(B!。H,4);通式NH^Hy和 NH^Hy的氨硼烷化合物，其中x和y獨立為1至4,並且不必相 同，R為曱基或乙基；borazane(NH3BH3);氫硼酸鹽M(BH4)n、八氬 三硼酸鹽M(B3H8)n、十氫十硼酸鹽M2(B1QH1Q)n、十三氫十硼酸鹽 M(B,。H13)n、十二氫十二硼酸鹽M2(B12H12)n和十八氬二十硼酸鹽 M2(B2。H18)n,其中M為選自鹼金屬陽離子、鹼土金屬陽離子、鋁陽 離子、鋅陽離子和銨陽離子的陽離子，n等於陽離子的電荷數。M優 選為鈉、鉀、鋰或鈣。硼氳化物燃津十可被製備成含水混合物，並且 可包含穩定劑組分，如具有通式M(OH)n的金屬氫氧化物，其中M 為陽離子，所述陽離子選自鹼金屬陽離子，如鈉、鉀或鋰；鹼土金 屬陽離子，如鍋；鋁陽離子；和銨陽離子，並且n等於陽離子的電 荷數。
生成氫的燃料優選為穩定化的金屬硼氫化物溶液，如標題為"A System for Hydrogen Generation"的美國專利6,534,033所述，其內容 全部通過引用結合到本文中，用此溶液如反應式1所示製備氫氣， 其中MBH4和MB(OH),分別表示鹼金屬硼氬化物和鹼金屬偏硼酸鹽
MBH4 + 4H20 — MB(OH)4 + 4H2+熱量 式1
參考圖1A,氫氣生成系統的燃料容器100包括外殼102,所述 外殼可為適合構成本發明燃料筒的任何適用材料。此類材料包括但 不限於金屬和塑料。在外殼內，燃料儲存室104與氫氣儲存室106 由可移動或柔性隔片108分隔，其中隔片包括至少一個可透氣薄膜110。適用的可透氣薄膜的實例包括透過氫比透過液體(如水)更容易 的材料，如矽橡膠、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、含氟聚合物或任何 氫氣可透過的金屬薄膜(如鈀-金合金)。適合的可透氣薄膜可為^t孔 性和疏水性和/或疏油性。隔片的柔性或可移動性質適應體積膨脹和 減小，並因此適應兩個儲存區內的壓力變化。本文所用術語"室" 和"區"可互換使用。
氫氣儲存室保持在低於燃料儲存室的壓力，以便在兩個室之間 保持壓差。此壓差可通過將系統內的各區保持在不同壓力來達到。 由例如按壓彈性壁或由彈簧板加力可使燃料儲器處於壓力下。通過燃料儲存室中的較高壓力，可迫使由燃料儲存室104內容納的燃料溶液所產生的氫氣通過可透氣薄膜進入氬氣儲存室。可通過自氫氣 儲存室移除氫氣保持兩個室之間的壓差，例如通過卸壓閥以低於燃 料儲存室中壓力的預定壓力排放，或由氫裝置消耗氫氣，或通過氫氣出口 112自室106移除氫氣。例如，在將燃料電池連接到燃料容 器的氫氣儲存室時，可通過操作燃料電池產生低壓區域，從而幫助 保證壓差。此安排允許室106排放到較低壓力，以產生有效從燃料溶液移除氫氣所需的壓差。
可通過氫氣出口 112直接使氫氣儲存室對大氣排放，氫氣出口 112可包括止回閥以防止空氣回流。為了捕獲傳送到氫裝置(如動力 模塊)的脫出氫氣，可優選地將氫氣出口 112連接到壓降下遊的氫氣 輸出線120。此連接的一個示例性實例顯示於圖1B中，其中氫氣出 口 112連接到調節器124下遊的氫氣管線120，氫氣管線接收來自反 應室116中氫生成燃料反應產生的氫氣。調節器124可由給予管線120 中壓降的孔口或其它限流器替換。對於系統長期不活動的情況，可 在系統中引入一個或多個排放到較低壓力如大氣壓的卸壓閥來移除 所積累的氫氣。
如圖1B所示，燃料調節控制器122，如燃料泵，將燃料溶液自 燃料儲存室104通過燃料導管114輸送到反應室II6,反應室116包 含催化劑以促使燃料溶液反應生成氫氣，對於硼氫化物如反應式1 所示。將包含硼產物和氫氣的產物流輸送到氫氣分離室118，以侵_使 氣體與產物流的液體和固體成分分離，並傳送該氣體。氣體可被輸
送以供動力模塊使用，動力模塊包括用於轉化成能量的燃料電池或 氬燃燒引擎，或者任何其它氬裝置，包括氣球或氫儲存裝置如氫瓶
或金屬氫化物。可在室ll8或在導管線120中包括至少一個卸壓閥
來排放氫氣。
本實施方案中所用的反應室優選包含反應劑，如負載於底物上
的金屬催化劑。例如，標題為"System for Hydrogen Generation"的美 國專利6,534,033教授了此類負載催化劑的製備。或者，可在反應室 中存在已知促進硼氫化物化合物反應的其它適合催化劑或反應劑， 如未負載的金屬、酸或熱量。為了製備氫氣，可將這些催化劑和反 應劑組合在一起使用；例如，加熱可與負載的金屬催化劑系統一起 使用。
圖2顯示根據本發明的燃料容器的另一種結構，其中與圖1所 示相同的部件具有相同的編號。在此結構中，燃料儲存室104為一 種柔性不透液體的材料，例如但不限於尼龍；聚氨酯；聚氯乙烯 (PVC);聚乙烯聚合物，包括如低密度聚乙烯(LDPE)、線形低密度聚 乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物 (EVA);天然橡膠；合成橡膠；金屬箔或其它材料，並且包含至少一 個可透氣薄膜。可透氣薄膜優選地實質上不透過液體和固體，並且 實質上防止固體和液體物質通過可透氣薄膜，同時允許氣體流動。 在本文中，"實質上"是指相對於固體和/或液體優先允許氣體通過， 或者在優選情況中只允許氣體通過。柔性燃料儲存室104被容納在 圖2中所示的外殼內；由外殼和燃料室限界並且介於二者之間的區 域構成氬氣儲存室106。燃料室的柔性壁適應兩個儲存區的壓力變 化。
在本發明的氫生成系統中，可優選地將氫氣分離室和燃料儲存室設計在一個外殼內，這樣會提供多種優點，例如最大程度地減小總系統體積。參考圖3A和圖3B,其中與先前圖中所示相同的部件 具有相同編號，氫氣生成系統300包括外殼102，所述外殼102包含 被包圍在柔性氬儲存室106內的柔性燃料儲存室104和氫氣分離室 302。氫氣分離室302可以是如圖3A所示的外殼的內部，或者可以 是如圖3B所示的單獨柔性室。 一個或多個不同的室可包含柔性不透 液體的材料，例如尼龍；聚氨酯；聚氯乙烯；聚乙烯聚合物，包括 例如低密度聚乙烯(LDPE)、線形低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙 烯(HDPE)和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA);天然橡膠；合成橡膠； 金屬箔或其它材料，或者可包含非柔性或剛性材料(如金屬或塑料)， 該材料套疊地包含一個或多個可移動隔片以提供體積交換結構。燃 料儲存室104包含至少一個可透氣薄膜。
氬氣生成反應致使氫氣和硼產物生成，二者經導管304傳輸到 氫氣分離室302。例如，在適於硼氫化物化合物的反應式1所示的水 解反應中，在產物中包括硼酸鹽。
在圖3A所示的結構中，氫氣和產物收集在外殼內部，即氫氣分 離室302,並且氬氣被遞送通過在氫氣管線120的入口存在的至少一 個氫氣分離薄膜iio,而產物混合物的任何固體和液體組分保持在氫 氣分離室302內。氫氣可被輸送以供動力模塊使用，動力模塊包括 用於轉化成能量的燃料電池或氬燃燒引擎或其它氫裝置。
現在參考圖3B，氫氣和硼產物收集在柔性氫氣分離室302中。 氬氣遞送通過在室302的壁存在的氫氣分離薄膜110，而產物混合物 的任何固體和液體組分保持在氫氣分離室302內。氫氣收集在外殼 的內部，並且可通過氫氣出口 306抽出以供動力模塊使用，動力模 塊包括用於轉化成能量的燃料電池或氫燃燒引擎或其它氫裝置。
圖3A和圖3B的氫生成系統優選以體積交換方式操作，使得氬 氣儲存袋包圍的充滿燃料儲存室最初佔據大部分外殼的內部體積。 在將燃料送到反應室時，氫氣和硼反應產物(如硼酸鹽化合物)被傳送
到氬氣分離室302。反應產物會佔據曾經被燃料佔據的體積。在所有燃料消耗完時，氫氣分離室或袋就可佔據大部分內部體積。
在圖4A和圖4B所示的另一個實施方案中，氫氣分離室302包 圍燃料儲存室和氫氣儲存室，其中與先前圖中所示相同的部件具有 相同編號。這樣一種系統最大程度地提高體積效率，以體積交換方 式操作，並且可以定向獨立的方式操作。氫氣分離室可完全(如圖4A 所示)或部分(圖4B所示)包圍燃料儲存室和氫氣儲存室。
圖5顯示用本發明的燃料容器生成氬氣的一種完全系統，其中與先前圖中所示相同的部件具有相同的編號。燃料泵502使燃料自 燃料儲存室104經過燃料導管114達到反應室504。產物流，包括氫 氣和硼反應產物(如硼酸鹽化合物)，被從反應室的出口經導管304輸 送到氫氣分離室302。氫氣l俞送通過室302的壁中的氫氣分離薄膜110 且收集在外殼的內部，並且可將氫氣通過氬氣出口 306抽出以供動 力模塊使用，動力模塊包括用於轉化成能量的燃料電池或氬燃燒引 擎或氫裝置。或者，可將氬氣出口 306直接連接到氫氣分離室302, 而氣體管線306的入口中存在的至少一個氫氣分離薄膜110將產物 混合物的任何固體和液體組分保持在氫氣分離室302內。
可將氫氣儲存室106中任何積累的氫氣通過連接氫氣導管112 與306的任選調節器506提供到所迷裝置或動力模塊，或者可簡單 地將其自系統排出。優選地，將氫氣同時自氫氣儲存室106和氫氣 分離室302抽出，即兩個區域全部同時對氫氣消耗裝置供氣。或者， 可將氫氣可變化地首先自 一個區域抽出，然後自另一個區域抽出。
以下實施例進 一 步描述和說明了本發明的氫氣生成系統的特 點。實施例僅出於說明目的給出，不可將其解釋為對本發明的限制。
實施例
用2密耳聚氨酯(Stevens Urethane P/N ST-1S"F3)構成的一套三 個袋子構造成圖4的燃料容器系統。燃料儲存室104和氫氣分離室302
分別包括19.2 cm2的聚四氟乙烯薄膜(Gore, Inc.),這種薄膜能夠允許 氫氣通過，同時能夠阻擋固體和液體。三個袋子被包容在鍍銅的鋁 外殼102內，所述外殼氣密性封閉，並且配有氬氣出口和卸壓閥。
內袋104裝有20%重量硼氬化鈉和3%重量氬氧化鈉的水溶液(燃 料溶液)。將圍繞內部燃料袋的氫氣儲存袋連到大氣壓。將溶液泵送 通過包含氫氣生成催化劑的反應室，以製備包含硼酸鹽化合物、水 和氫氣的產物流。將產物流傳送到外面的氫氣分離室302,同時將氮 氣生成系統保持在5至7psig的壓力。
通過允許氣體通過袋302中的薄膜進入鋁外殼內部，使氬氣與 液體和固體產物分離。由於氫氣生成反應放熱，產物流處於高於燃 料溶液的溫度。在產物流填充袋302時，熱量轉移到袋104中的燃 料溶液，而在燃料溶液溫熱時，部分燃料經過水解，將氳氣釋放到 內袋104中。該氫氣自袋104通過其薄膜達到氫氣儲存袋106,並且 在大氣壓經出口 112自箱排出。在反應室中利用氬氣生成催化劑通 過反應製備的氫氣用氫氣生成系統外部的質量流量控制器監控。自 800mL燃料溶液，通過連續作業系統17小時產生425cc/min的氫氣。
儘管已通過公開的具體實施方案描述了本發明，但應當理解， 許多其它實施方案也在本發明的範圍內。例如，儘管前述附圖和實施方案已顯示反應室在外殼外部，但也可在外殼內引入反應室，在 此情況下，適合燃料和產物管線將不會離開外殼。也可在外殼內引 入示例性氫生成系統的其他部件，如調節器和燃料泵。可用柔性外 殼代替外部剛性外殼102,以除去外部容器的重量，並增加系統的能 量密度。機械加壓的元件，如活塞或彈簧，可結合到一些方面以推 向室104和106之一或二者，從而幫助保持壓差和/或將燃料打入反應器。
權利要求
1.一種能夠生成氫氣和產物的氫氣生成裝置，所述氫氣生成裝置包括具有第一內壓的燃料儲存室；具有第二內壓的氫氣儲存區；適於將燃料自燃料儲存室轉移到反應室的泵；和用於將第二內壓保持在低於第一內壓水平的裝置；其中所述燃料儲存室包括至少一個可透氣薄膜，以允許由燃料產生的氫氣通過可透氣薄膜到達氫氣儲存區。
2. 權利要求1的裝置，其中所述燃料儲存室和氫氣儲存區相互 可移動地以體積交換結構布置。
3. 權利要求l的裝置，其中所述燃料儲存室能夠膨脹和收縮。
4. 權利要求3的裝置，其中所述燃料儲存室包括柔性材^K
5. 權利要求1的裝置，所述裝置進一步包括外殼，其中所述燃 料儲存室布置在外殼內。
6. 權利要求1的裝置，所述裝置進一步包括氫氣出口，以允許 氫氣從氫氣4諸存區通到所述區外面。
7. 權利要求1的裝置，其中所述燃料儲存室至少部分布置在氳 氣4潛存區內。
8. 權利要求1的裝置，所述裝置進一步包括適於自反應室接收氬氣和產物的氫氣分離區。
9. 權利要求8的裝置，所述裝置進一步包括第一導管，所述導管用於將燃料自燃料儲存室輸送到反應室以 促進燃料反應生成氫氣和產物；和第二導管，所迷導管用於將氫氣 和產物自反應室輸送到氫氣分離室；及用於自氫氣分離室排放氫氣的氫氣出口 。
10. 權利要求8的裝置，所述裝置進一步包括至少一個與燃料儲存室接觸的可透氣薄膜和至少一個與氫氣分離室接觸的可透氣薄 膜，以允許氫氣通過可透氣薄膜，同時實質上防止固體和液體物質 通過。
11. 權利要求8的裝置，其中所述氫氣儲存室至少部分被包圍在 氫氣分離區內。
12. 權利要求11的裝置，其中所述氮氣儲存區的內壓小於分離 室內壓。
13. —種氪氣生成裝置，所述裝置包括 包含氫氣分離區和氫氣儲存區的外殼；至少部分被包圍在氫氣儲存區內的燃料儲存室，所述燃料儲存室包含燃料溶液；泵，所述泵適於將燃料溶液自燃料儲存室轉移到包含反應劑的室，以促進燃料溶液反應產生氫氣和產物；至少一個可透氣裝置，所述可透氣裝置處於各個燃料儲存室和氫氣分離區中，以允許氫氣通過所述室和區；並且其中所述燃料儲存室和氫氣儲存區相互可移動地以體積交換結 構布置。
14. 權利要求13的裝置，其中所迷燃料儲存室至少部分被包圍在所述氫氣分離室內。
15. 權利要求13的裝置，其中所述外殼為剛性。
16. 權利要求13的裝置，其中所述外殼為柔性。
17. 權利要求13的裝置，其中所迷氫氣分離區、氬氣儲存區和 燃料儲存室的至少兩個至少部分位於氫氣分離區、氫氣儲存區和燃 料儲存室的另一個內。
18. 權利要求13的裝置，其中至少一個可透氣薄膜與燃料儲存 室和氬氣儲存區接觸，並且至少另一個可透氣薄膜與氬氣分離區接 觸。
19. 權利要求18的裝置，其中所述燃料儲存室完全被包圍在氫 氣分離區內。
20. 權利要求19的裝置，其中所述氫氣儲存區完全被包圍在氬氣分離區內。
21. 權利要求13的裝置，其中所述氫氣儲存區、氫氣分離區和 燃料儲存室的至少 一個包括柔性材料。
22. 權利要求13的裝置，其中所述氫氣儲存區、氫氣分離區和 燃料4渚存室的至少兩個包括柔性材料。
23. 權利要求13的裝置，其中所述氫氣分離區和燃料儲存室包 括柔性材料。
24. 權利要求13的裝置，其中每個氫氣儲存區、氫氣分離區和燃料儲存室以體積交換結構布置。
25. 權利要求13的裝置，所述裝置進一步包括與氫氣儲存區連通的氫氣出口。 '
26. —種用於生成氳氣的方法，所述方法包括 提供燃料溶液儲存室；提供燃料溶液；提供氫氣儲存室；提供氫氣分離室；其中所迷燃料室至少部分位於氫氣儲存室內；提供與燃料溶液儲存室接觸的至少 一 個第 一 可透氣薄膜和與氫氣分離室接觸的至少一個第二可透氣薄膜，以允許氫氣通過笫一和 笫二可透氣薄膜；將燃料溶液自燃料溶液儲存室泵送到反應室，以產生氫氣和產物；並且將產物和氫氣自反應室輸送到氫氣分離室，同時產生壓差，以 便使所述氫氣儲存室處於比燃料溶液室更低的壓力。
27. 權利要求26的方法，所述方法進一步包括將氫氣抽出氫氣儲存室。
28. 權利要求26的方法，所述方法進一步包括將氫氣抽出氬氣 分離室。
29. 權利要求26的方法，其中所述燃料^f渚存室、氫氣儲存室和 氫氣分離室被包圍在外殼內。
30. 權利要求26的方法，其中所述燃料儲存室和氫氣分離室以 體積交換結構布置。
31. 權利要求26的方法，其中所述氫氣分離室至少部分位於氫 氣儲存室內。
32. 權利要求26的方法，其中所述壓差至少部分通過自氬氣儲 存區釋放氫氣來產生。
33. 權利要求26的方法，其中所述壓差至少部分通過對燃岸午溶 液儲存室按壓彈性壁或彈簧來產生。
34. 權利要求33的方法，其中所述壓差至少部分通過自氫氣儲 存區移除氫氣來產生。
35. 權利要求26的方法，其中所述壓差至少部分通過對氫氣儲 存區抽吸真空來產生。
36. 權利要求26的方法，所述方法進一步包括在燃料溶液^f諸存區產生氫氣。
37. 權利要求36的方法，所述方法進一步包括合併來自氫氣儲 存區的氫氣與來自氫氣分離區的氫氣。
38. 權利要求26的方法，其中在將燃料溶液泵送到反應宣的同 時始終保持所述壓差。
39. —種用於生成氫氣的方法，所述方法包括 在燃料儲存室中提供燃料溶液；提供氫氣儲存室和氫氣分離室，以便使燃料儲存室至少部分位 於氫氣儲存室內，並且氳氣儲存室至少部分位於氪氣分離室內； 提供至少一個與燃料儲存室接觸的可透氣薄膜；並且 使至少一部分燃料溶液經過熱水解，並且使氫氣自燃料儲存室 釋放通過至少一個可透氣薄膜並且進入氳氣儲存室。
40. 權利要求39的方法，其中至少一部分燃料溶液經過熱水解 包括使熱量自氫氣分離室轉移到燃料儲存室。
41. 權利要求39的方法，所述方法進一步包括使氬氣儲存室處 於比燃料儲存室更低的壓力。
42. 權利要求39的方法，所述方法進一步包括在燃料儲存室和 氫氣儲存室之間產生壓差，以允許由燃料產生的氫氣通過可透氣薄 膜並進入氫氣儲存室。
43. 權利要求42的方法，其中所述壓差至少部分通過自氬氣儲 存室移除氫氣來產生。
44. 權利要求43的方法，其中所述壓差至少部分通過使燃料電 池連接到氫氣儲存室來產生。
45. 權利要求39的方法，其中所述壓差至少部分通過對燃料儲 存室按壓彈性壁或彈簧來產生。
46. 權利要求39的方法，其中所迷燃料儲存室、氬氣儲存室和氬氣分離室各自相互以體積交換結構布置。
47. 權利要求39的方法，其中所迷燃料儲存室和氫氣分離室以體積交換結構布置。
48. 權利要求39的方法，所述方法進一步包括將燃料溶液泵送 到催化劑室以產生氫氣和產物。
49. 權利要求48的方法，所述方法進一步包括將氫氣和產物自 催化劑室輸送到氫氣分離室。
50. 權利要求49的方法，所述方法進一步包括合併來自氫氣儲 存區的熱水解製備的氫氣與來自氫氣分離室的氫氣。
51. 權利要求48的方法，其中在將燃料溶液泵送到反應室的同 時始終保持所述壓差。
52. —種用於能夠生成氫氣和產物的氫氣生成裝置的燃並牛筒，所 述燃料筒包括 具有笫 一 內壓的燃料儲存室；具有第二內壓的氫氣儲存區；用於將第二內壓保持在低於第一內壓水平的裝置； 其中所述燃料儲存室包括至少 一個可透氣薄膜以允許由燃料產 生的氫氣通過可透氣薄膜到達氫氣儲存區。
53. 權利要求52的燃料筒，所述燃料筒進一步包括適於將燃料自燃料儲存室輸送到反應室的泵；和
54. 權利要求52的燃料筒，其中所迷燃料儲存室和氫氣^f諸存區 相互可移動地以體積交換結構布置。
55. 權利要求52的燃料筒，其中所述燃料儲存室能夠膨脹和收縮。
56. 權利要求52的燃料筒，其中所述燃料儲存室包括柔性材料。
57. 權利要求52的燃料筒，所述燃料筒進一步包括外殼，其中所述燃料儲存室布置在外殼內。
58. 權利要求52的燃料筒，所述燃料筒進一步包括氫氣出口， 以允許氫氣從氫氣儲存區通到所述區外面。
59. 權利要求52的燃料筒，其中所述燃料儲存室至少部分布置在氫氣儲存區內。
全文摘要
本發明提供了燃料容器和氫氣生成系統及方法，包括由隔片分隔的燃料儲存室和氫氣儲存區，隔片包括可透氣薄膜以將氫氣傳送到氫氣儲存區。可引入氫氣分離室和用於儲存燃料溶液和產物的體積交換結構。本發明還提供了多種方法，這些方法用於調節燃料溶液轉移到反應室以及氫氣和產物轉移到氫氣分離室，同時保持自燃料儲存室到氫氣儲存區的正壓差。
文檔編號C01B3/02GK101208261SQ200680009841
公開日2008年6月25日 申請日期2006年1月27日 優先權日2005年1月28日
發明者G·貝裡, J·斯帕洛恩, K·A·芬尼莫爾, K·W·麥納馬拉, R·M·摩林 申請人:千年電池公司