燃料電池燃料盒的製作方法
2023-09-24 05:36:20 1
專利名稱：燃料電池燃料盒的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於燃料電池的燃料供給裝置，更具體地，涉及ー種產生氫氣的燃料電池燃料盒。
背景技術：
在氫氣燃料電池中，氫氣被輸送到陽極，氧氣被輸送到陰極。在陽極，氫氣被氧化為H+離子，H+離子到達陰扱。氧化反應產生的電子穿過連接至陰極電源的外電路到達與燃料電池相連的裝置。在陰極，所述電子將氧氣還原，然後與氫離子反應生成水分子。在陽極H2 — 2H.+2e在陰極2H++2e+l/202 — H2O由於氫氣燃料電池生成水作為廢產物，所以使用這些燃料電池與蓄電池相比產生的環境問題更少，蓄電池通常含有重金屬和酸或強鹼。此外，燃料電池僅消耗所需的供應至燃料電池的燃料。因此，至少在理論上，燃料電池的壽命是無限的，因為燃料電池僅需要來自外源的燃料，而所述燃料可以定期補充。ー種燃料電池類型為質子交換膜(PEM)燃料電池，所述燃料電池比某些其他類型的燃料電池相比，需要在更低的溫度和壓カ範圍內工作。在PEM燃料電池中，氫氣在膜電極組件的陽極ー側被催化裂解為質子和電子。新產生的質子穿過隔膜到達陰極ー側。電子沿外部負載電路到達膜電極組件的陰極ー側，以形成燃料電池的電流輸出。輸送至膜電極組件陰極ー側的氧氣與穿透聚合物電極膜的質子和通過外電路到達的電子發生反應生成水。PEM燃料電池可用於需要清潔、安靜和小型的應用領域，比如用於可攜式電子裝置。
發明內容
本發明的ー個方面，提供了ー種氫氣發生裝置，包括具有固定的內部體積的外殼；設置於所述外殼內的可擴大的反應腔室，包括限定了可擴大的反應物區域的可移動隔板和位於所述反應物區域內的固體反應物成分；以及所述外殼內的含有液體反應物成分的可收縮容器。所述氫氣發生裝置還包括用於將所述液體反應物成分從所述可收縮容器輸送至所述反應腔室的反應物區域的流體通道，和液體反應物成分輸送控制系統。所述液體反應物成分與所述固體反應物成分在所述反應腔室內發生反應生成氫氣。在一個實施方式中，所述流體通道包括連到所述可收縮容器上的多個管狀部件，每個部件都具有延伸至所述反應腔室的反應物區域的自由端。在一個實施方式中，所述管狀部件的自由端可隨著所述可收縮容器而移動，以將液體反應物成分輸送至位於所述反應物區域中的未反應的固體反應物成分處。所述管狀部件的自由端最初可置於所述反應區域的相對於所述可移動隔板的遠端部分，並可以向所述反應區域的相對於所述可移動隔板的近端部分移動。
在一個實施方式中，所述液體反應物控制系統控制著所述液體反應物成分的輸送，所述系統包括閥門，可以進一歩包括連在所述閥門上的壓カ調節器。所述壓カ調節器可以設置於所述可收縮容器內。在一個實施方式中，所述可移動隔板包含多孔材料。在一個實施方式中，所述固體反應物成分包括化學氫化物,所述液體反應物成分包括水。所述化學氫化物可以包括硼氫化鈉。所述液體反應物成分可以進一歩包括功能性添加剤。在另ー個實施方式中，所述固體反應物成分包括娃化鈉,所述液體反應物成分包括水。
在一個實施方式中，所述可移動隔板為在所述反應腔室內滑動的可滑動隔板。
圖I為根據本發明的氫氣發生裝置的一種實施方式的截面示意圖。圖2為所述氫氣發生裝置被激活之前的弾性部件的實施方式的截面示意圖。圖3為根據本發明的氫氣發生裝置的從動件的實施方式的截面示意圖。圖4為氫氣發生裝置的閥門組件和壓カ調節器的實施方式的截面示意圖。圖5為氫氣發生裝置的液體閥門組件的實施方式的截面示意圖。圖6為氫氣發生裝置的壓カ調節器的實施方式的截面示意圖。
具體實施例方式如附圖所示和下文詳細描述的，本發明涉及ー種配置為與燃料電池可拆卸地連接的燃料供給裝置。本文使用的術語「燃料供給裝置」包括但不限於一次性燃料盒、可再填裝的燃料盒、可重複使用的燃料盒、容器、置於以燃料電池供能的電子裝置內部的燃料盒、可移動燃料盒、位於電子裝置或燃料電池的內部或外部的燃料盒、燃料箱、燃料再填充箱、其他儲存燃料的容器和連接至燃料箱和容器的管子。當下文以本發明的示例性實施例描述燃料盒時，應當注意這些實施方式也可應用於其他燃料供給裝置，本發明不限於任何特定的燃料供給裝置類型。本發明設計簡單且體積效率高。本發明可通過成分之間的體積交換提供較高的產生氫氣的能力，所述成分的體積隨著燃料供給裝置的使用而改變，從而使得由ー種成分變小所得的體積被變大的成分佔據。例如，隨著反應物被消耗，體積減小，產生的體積由反應產物擴張佔據。本文描述的氫氣燃料電池可以為本領域公知的任何類型的氫氣燃料電池組，例如選自質子交換膜(PEM)燃料電池、磷酸燃料電池、鹼性燃料電池、固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池。所述燃料供給裝置可以為產生氫氣的氫氣發生裝置，所述燃料電池消耗氫氣以生成電能用於電子裝置。所述燃料供給裝置可以包括燃料，比如化學氫化物、鹼金屬矽化物、含有鹼金屬的矽膠組合物和其他可用於生成氫氣的化學品。所述燃料供給裝置可具有合適的尺寸，以便在更換或再填充之前向燃料電池組提供所需量的氫氣。其形狀可以為在燃料電池組或使用燃料電池組的裝置上或內部與其相配的和/或相適應的形狀。例如，所述燃料供給裝置可以為圓柱形，或可以為截面為圓形、橢圓形、矩形、方形或其他形狀的柱形。本發明的氫氣發生裝置可以包括包含第一反應物的反應腔室和包含第二反應物的儲存室。所述第一反應物可以採用固體或凝膠形式，作為固體反應物成分的一部分。所述第二反應物採用液體形式，作為液體反應物成分的一部分。所述氫氣發生裝置還另外包括用於控制第二反應物從儲存室向反應腔室輸送的裝置或系統。在一個實施方式中，所述反應腔室和/或儲存室內部的工作條件，比如反應腔室內的壓力和溫度以及氫氣流速，可用於控制所述儲存室內的第二反應物向所述反應腔室的輸送。例如，當反應腔室內的壓力低於預定值，優選地低於儲存室內的壓力，更優選比儲存室壓力低一個預定量時，儲存室內的第二反應物可被引入反應腔室。優選地，所述第二反應物從儲存室向反應腔室的流動是自調節的。因此，當反應腔室達到預定壓力，優選為達到高於儲存室的預定壓力時，從儲存室流入反應腔室的第二反應物的流動可停止，以阻止氫氣的產生。類似地，當反應腔室的壓力減少到低於儲存室的壓力，優選比儲存室的壓力低一個預定量時，第二反應物可以從儲存室流入反應腔室。 所述反應腔室與儲存室具有體積交換關係，因此，當液體反應物成分從儲存室輸送出去時，儲存室變小，反應腔室可以膨脹到先前由儲存室佔據的區域。例如，反應腔室可直接與儲存室相鄰，或者可以由所述裝置的一個或多個其他部件，比如閥門組件，將反應腔室與儲存室分隔開，其可隨儲存室變小而替換。反應腔室包括一個限定了反應物區域的可移動隔板，所述反應物區域初始時包含了固體反應物成分。所述隔板將反應物區域與反應腔室的其他部分分離開來。所述隔板可通過例如滑動、旋轉或變形而移動。當液體反應物成分進入反應物區域並與固體反應物成分發生反應時，生成氫氣和其他反應產物。反應物區域內生成的氫氣穿過位於通向出口途中的隔板，到達需供應氫氣的燃料電池，而固體和液體反應產物和未反應的固體反應物成分和液體反應物成分被隔板保留在反應物區域內。由於固體和液體反應產物和未反應的固體和液體反應物成分的總體積大於初始的固體反應物成分的體積，因此隔板發生移動以擴大反應區域。由於儲存室變小可得到的體積可能小於反應物區域增大的體積，因而裝置內還需要更多的空間。所述更多的空間來自反應腔室的保留空間，反應物區域隔板的另一側。反應腔室和反應物區域的初始總體積可以因反應物的組成和反應物成分與反應產物的相對體積而不同。 所述可移動隔板採用的材料，可使固體和液體反應物成分和固體與液體反應產物不能通過，但也包括至少使氫氣穿過的構造。所述隔板可以由可滲透氫氣的材料，比如多微孔塑料材料製成，或者可以包括一個或多個由可滲透氫氣的材料，比如膜或塞子堵塞的通道。合適的氫氣可滲透材料的例子包括多微孔聚合物材料，比如聚四氟乙烯(PTFE)或膨體PTFE(ePTFE)、橡膠(比如矽橡膠)，或其他多孔材料，比如陶瓷過濾材料、金屬泡沫或玻璃過濾材料。所述隔板的表面可以有塗層，或者材料的孔可以至少部分地以其他材料填充，以提供針對氫氣和其他氣體以及反應物區域中的液體所需要的滲透性。優選地，所述隔板將所有固體和液體反應物成分和反應產物保留在反應物區域內，但是，如果燃料電池具有其他的將所述固體和液體與氫氣分隔開的構件話，這並不是必需的。例如，可以將另外的過濾器和/或可滲透氫氣但不可滲透液體和氣體的部件包含在反應腔室位於反應區域外和/或沿著在反應腔室和通向燃料電池的出口之間的氫氣通道的部分的內部。用於從氫氣中除去至少部分其他氣體，比如水蒸氣的其他材料或部件，也可以包含在位於反應區域外的反應腔室中或在通向出ロ的氫氣通道中。所述儲存室可以包括含有液體反應物成分的可變形的容器。所述容器可以為任何合適的設計且可以以任何合適的材料製成。例如，所述容器可以為柔軟的或有彈性的包囊或風箱，其在液體反應物成分被移除時可以收縮。所述容器可以施カ以輔助液體輸送至反應腔室，和/或可設有其他施力於所述容器上的構造(比如彈簧或氣體壓力)。優選地，當氫氣發生裝置使用時，液體反應物成分被輸送至所述反應物區域包含或靠近未反應的固體反應物成分的部分。例如，液體通道可具有出口，所述出口從反應物區域的一部分向另一部分移動。在一個實施方式中，所述液體通道配有所述可移動隔板，在另一個實施方式中，所述液體通道配有位於儲存室與反應腔室之間的中間部件，從而當所述隔板或中間部件移動時，所述液體通道出口在反應物區域內移動，優選地從反應物區域的相對於可移動隔板的遠端部分向近端部分移動。在一個實施方式中，氫氣發生裝置中用作第一反應物的材料包括化學氫化物。本 文使用的術語「化學氫化物」寬泛地指能夠與液體反應生成氫氣的任何氫化物。本文描述的適用於氫氣發生裝置的化學氫化物的例子包括但不限於，元素周期表中第IA-IVA族元素的氫化物及其混合物，比如鹼性或鹼金屬氫化物或其混合物。化學氫化物的具體例子包括氫化鋰、氫化招鋰、硼氫化鋰、氫化鈉、硼氫化鈉、氫化鉀、硼氫化鉀、氫化鎂、氫化韓、及其鹽和/或衍生物。化學氫化物的優選形態為固體形態(例如微粒、粉末、顆粒、丸、片或餅狀)。第二液體反應物與第一反應物發生反應，可選地在催化劑的存在下，生成氫氣。優選地，合適的液體反應物包括但不限於，水、醇和/或稀酸。最常用的液體反應物包括水。硼氫化鈉可以用作氫燃料電池的氫氣源。通過使硼氫化鈉與水發生反應生成氫氣，可選地在催化劑存在下和/或加熱的條件下，如下式表示NaBH4+2H20 (+ 加熱或催化劑)—4H2+NaB02在一個實施方式中，氫氣源包括NaBH4的固體形式。在固體形式中，NaBH4在水的存在下不發生水解，因此使用固體NaBFH4改善了燃料盒的儲存壽命。然而，也可以使用含水形式的載氫材料，比如含水NaBH4。液體和/或固體反應物可以包括能夠通過提高液體反應物與固體燃料成分反應的速率引發和/或加速氫氣產生的催化劑。所述催化劑可以具有任意形狀或尺寸，且可以為任何狀態。例如，所述催化劑可以足夠小以形成粉末，或者可以與反應腔室一樣大。在某些示例性實施方式中，所述催化劑形成催化床。所述催化劑可以位於反應腔室內部或靠近反應腔室，只要所述第一或第二反應物中的至少ー個與催化劑接觸。本發明的催化劑可以包括元素周期表中第VIII族的一種或多種過渡金屬。例如，所述催化劑可以包括比如為鐵、鈷、鎳、釕、銠、鉬、鈀、鋨和銥的過渡金屬。此外，第IB族的過渡金屬，例如銅、銀、和金，和第IIB族的過渡金屬，例如鋅、鎘和汞也可以用於本發明的催化劑中。所述催化劑還可以包括其他過渡金屬，包括但不限於鈧、鈦、釩、鉻和錳。所述液體和/或固體反應物還可以包括可選的降低或提高溶液pH的添加剤。所述反應物的PH可以用於決定氫氣產生的速度。例如，降低反應物pH的添加劑導致較高的氫氣發生速率。這樣的添加劑包括但不限於酸，比如鹽酸、硝酸、醋酸、硫酸、檸檬酸、碳酸、蘋果酸、磷酸和草酸。相反，提高PH的添加劑，即鹼性化合物，可以降低反應速率至幾乎不產生氫氣的點。本發明溶液的PH可以為低於7的任意值，比如pH為從大約0. 01到大約6，優選為從大約0. I到大約3。在一個實施方式中，所述固體反應物成分包括乾燥的硼氫化鈉，可選地與一種固體催化劑幹法混合併形成片狀，液體反應物為含水酸溶液。優選地，所述溶液可以含有高於約5 七％的，更優選為至少IOwt%的酸，比如醋酸，以提供高的氫氣產率。可以使用最高為至少50wt%的更高的酸濃度。例如，使用20wt%的醋酸溶液，H2O與NaBH4的摩爾比優選高於大約5 1，更優選為高於大約6 1，優選地至少大約7 1，以獲得良好的氫氣產率。可以使用更高的比例，使用比例為大約16 I，反應廢產物可望在室溫下可溶，但是當比例增加為高於7 I時，使用的水越多，氫氣發生裝置的體積效率越低。附加或替換地，可以向硼氫化鈉的固體混合物中加入固體酸。所述液體反應物成分、固體反應物成分和/或反應腔室中可以包括可選的添加 齊U，以基本上防止液體燃料成分和/或液體反應產物的凍結或凝固點的降低。在一個實施方式中，所述添加劑可以為醇基組合物，比如防凍劑。合適的防凍劑的例子包括但不限於基於甲醇、乙醇、n-丙醇(比如I-丙醇或2-丙醇)和聚乙二醇的化合物。可以應用其他添加劑(比如表面活性劑或潤溼劑)來控制液體表面張力和反應產物粘度，以促進氫氣在多孔系統中的流動和控制反應產物起泡，特別用於直徑小和含有具有微粒間和微粒內微孔的固體反應物粉末的燃料盒。合適的表面活性劑和潤溼劑的非限制性的例子包括陶氏化學公司的Triton 系列表面活性劑、3M公司的Fluorad 含氟化合物表面活性劑、Chemguard公司的低泡含氟表面活性劑、羅地亞化學公司的Rhodafac 以及畢克化學公司的各種添加劑(潤溼和分散劑、表面添加劑、消泡劑、流變添加劑)。可以在固體反應物成分中使用比如多孔纖維的添加劑，以保持反應產物的多孔性，從而促使液體反應物成分平均分布，並使氫氣流動通道保持開放。合適的多孔纖維的非限制性的例子包括聚乙烯醇(PVA)和人造絲。可以包含添加劑以幫助形成固體反應物成分和/或使其保持使用時所需的形狀。在一個實施方式中，氫氣發生裝置中使用的固體燃料成分包括鹼金屬矽化物。所述鹼金屬矽化物為鹼金屬與矽在惰性氣氛中混合併將所得混合物加熱至低於大約475°C的溫度的產物，其中所述鹼金屬矽化物組合物與乾燥的O2不發生反應。美國專利申請公開2006/0002839描述了這樣的鹼金屬矽化物，所述專利申請公開通過全文引用合併在此。雖然可以使用任何鹼金屬，包括鈉、鉀、銫和銣，但優選的用於鹼金屬娃化物組合物中的鹼金屬為鈉或鉀。含有第IIA族金屬(鈹、鎂、I丐、銀、鋇和鐳)的金屬矽化物也是合適的。根據如下反應，鹼金屬娃化物組合物與水發生放熱反應生成氫氣和娃酸鈉2NaSi (s) +5H20 (I) — 5H2 (g) +NaSi2O5 (aq)在鹼金屬矽化物中，鹼金屬與矽的摩爾比為大約I : I。在一個實施方式中，鹼金屬矽化物組合物為Na4Si415在一個實施方式中，氫氣發生裝置中的固體反應物成分包括第IA族金屬/矽膠組合物。所述組合物具有吸附到矽膠孔隙中的第IA族金屬。第IA族金屬包括鈉、鉀、銣、銫和兩種或多種第IA族金屬的合金。第IA族金屬/矽膠組合物與乾燥的O2不發生反應。美國專利7，410，567B2公開了這樣的第IA族金屬/矽膠組合物，所述專利通過全文引用合併在此。第IIA族金屬/矽膠組合物，包括第IIA族金屬(鈹、鎂、鈣、鍶、鋇和鐳)中的ー種或多種也是合適的。第IA族金屬/矽膠組合物是將液態的第IA族金屬與矽膠在足以使液態的第IA族金屬吸附到矽膠孔隙中的放熱條件下進行混合的產物。在一個實施方式中，所述第IA族金屬為鈉。所述第IA族金屬/娃膠組合物與水迅速反應生成氫氣。第IA族金屬的負載量取決於使用的具體的ニ氧化矽的孔徑和孔隙密度。典型地，第IA族金屬在矽膠組合物中的量最多可達到大約50wt%。優選地，金屬的量可為大約30wt*% 到大約 40wt*%。參考圖1，其示出了氫氣發生燃料盒10。外殼12包含反應腔室14。外殼12還包含氣囊16。外殼12可以由能夠容納氣體發生反應且對反應成分呈惰性的任何材料製成，比如不鏽鋼或塑料。用於外殼的合適材料的非限制性例子為聚碳酸酷、聚氯こ烯和聚丙烯。氫氣發生燃料盒10設置為通過外殼12上(比如在接頭末端20上)的ー個或多個燃料ロ 18與燃料電池(未示出)連接。反應腔室14限定為位於外殼12的接頭末端20與液體供給閥組件30之間的體積。反應腔室14內設置有固體反應物成分24。固體反應物成分24可以包括，例如上述的化學氫化物或鹼金屬矽化物，具體為例如粉末、顆粒、丸狀、片狀或餅狀。固體反應物成分24中還可以包括填料、粘合劑、添加劑和其他物質。所述固體反應物顆粒可以被裝入包含固體反應物成分24中的空餘空間(例如間隙、通道或孔隙)的床內。這些空間使液體反應物成分26能流過並與固體反應物成分24的外表面和內表面直接接觸。固體反應物成分24可以經接頭末端20上的裝料ロ 28補充，或者通過打開或拆卸外殼12補充。從動件22將反應物區域75與反應腔室14的剩餘部分分隔開。從動件22使固體反應物成分24保持在反應腔室14中的反應物區域75內。氣囊16內具有液體反應物成分26。優選地，液體反應物成分26基本為水，可以包括上述的添加剤。氣囊16由對液體反應物成分26呈惰性的可變形材料構成，比如聚こ烯。氣囊16可設有大量褶皺，例如風箱狀，以使氣囊16收縮更容易且方式可控。氣囊16可以由彈性材料製成，當液體反應物成分26離開氣囊16時，氣囊16收縮。氣囊16的一端與液體供給閥組件30連接，所述液體供給閥30控制著液體反應物成分26通過液體供給管32向反應腔室14的流動。可以使用單條或多條液體供給管32將液體反應物成分26輸送到位於反應腔室14內的固體反應物成分24處。液體供給管32的數量和尺寸至少部分地是由所需的氫氣發生速率決定的。可以將氣囊16的另一端固定在外殼12的端帽34上。可以通過例如彈簧36向氣囊16施加壓力。彈簧36可以設置在氣囊16的一端，並與液體供給閥組件30連接。當燃料盒內的氣體發生反應開始時，燃料盒內的空氣被氫氣取代。燃料ロ 18可以包括可滲透氣體、不可滲透液體的膜，以阻止液體或副產物被輸送至燃料電池。燃料ロ 18可以包括一個或多個閥門(未示出)以控制氫氣向燃料電池的流動，並在氫氣發生裝置不使用或不與燃料電池連接時將其密封。氫氣發生裝置10可以具有ー個以上的燃料ロ 18，且所述燃料ロ可以設置於外殼12的其他位置。當向氣囊16施加壓カ吋，液體反應物成分26被迫經過液體供給管32進入反應腔室14。隨著彈簧36繼續對氣囊施加壓カ並迫使液體反應物成分26進入液體供給管32，氣囊16收縮。液體供給閥組件30和液體供給管32隨著氣囊16的收縮在端帽34的方向上移動。當液體供給閥組件30移動時，反應腔室14膨脹。當氫氣發生裝置10剛剛啟動時，液體供給管32延伸到反應物區域75的遠端(如圖I所示，靠近反應腔室14的接頭末端20)。隨著液體反應物成分26與固體反應物成分24繼續反應，反應產物的體積比消耗的固體反應物成分24的體積大，反應產物將從動件22推向氣囊16，使反應物區域75擴大。當液體供給管32隨著氣囊16的收縮移動時，供給管32的自由端向反應物區域75的近端部分(在圖I中靠近從動件22)移動，因而液體反應物成分26輸送到反應腔室14的反應物區域75內的未反應的固體反應物成分24處，使已消耗的固體反應物成分24和反應產物留在反應腔室14的接頭末端。以這種方式，液體反應物成分26被不斷地輸送至未反應的固體反應物成分24附近或其內，以保持氫氣發生裝置的反應時間短，且減少液體反應物成分的浪費。這樣的結構的另一個優點是，產生的氫氣不經過含有能阻礙氫氣流動的高濃度反 應產物的反應物區域75的區域。相反，氫氣的流動方向與增多的反應產物相反。直到固體反應物成分床幾乎完全耗盡，所述床發揮噴霧過濾器作用，從而不需要另外在燃料口 18處進行另外的大量過濾。當反應物幾乎完全耗盡時，液體供給管的末端剛剛伸過從動件22進入反應物區域75。從動件22可滲透氫氣，或包括可滲透氫氣的部件，以使氫氣能夠通過，同時可截留固體反應物成分24、從氣囊16輸送的液體反應物成分26，和由在反應物區域75內的反應物發生反應得到的非氣體反應產物。從動件22可以由例如多孔塑料構成，其足夠堅硬從而當被膨脹的反應產物沿彈簧通道44的外表面推動時，可保持抵住外殼12的內壁的狀態。或者，從動件22可具有一個或多個覆有或填充有可滲透氫氣的過濾器或濾膜的孔。反應物區域75產生的氫氣可以穿過從動件到達燃料口 18。當使用燃料供給裝置時，反應腔室可得到先前整個氣囊12所需的體積，包括膨脹的反應物區域75，因此燃料盒內的自由體積保持最小，氫氣發生燃料盒10的整體尺寸和重量儘可能實用地減少了。如圖2所示，彈簧36最初可由附在彈簧導杆40上的彈簧夾38約束。在氫氣發生燃料盒10的儲存過程中，彈簧導杆40能夠使彈簧36在彈簧通道44內保持壓縮狀態。當移去彈簧夾38使氫氣發生燃料盒10內開始發生反應時，彈簧導杆40允許彈簧36鬆開並壓縮氣囊16。夾座42以可移除的方式連在燃料口 18的外表面上，以在儲存期間保護燃料口 18不受損壞。由於彈簧夾38和夾座42的移除，燃料口 18可以與燃料電池相連，以向電子裝置(未示出)的燃料電池提供氫氣。當移去彈簧夾38時，彈簧36得到釋放並向氣囊16施壓。如圖3所示，從動件22可以具有包著彈簧通道44的外周移動(例如通過滑動)的中央通道46。在這個實施方式中，環繞中央通道46的環形基體48包括三個供給管孔50，液體供給管32通過所述供給管孔延伸。雖然該實施方式的從動件22包括三個供給管孔50，從動件22可以包括任何數目的孔50，以適應所需的液體供給管32的數目以將液體反應物成分26輸送至固體反應物24成分處。優選地，孔50和液體供給管32的直徑相對小，從而在任何給定的時間點，只有少量的液體反應物成分26被輸送至固體反應物成分26處。如圖3所示，穿過從動件22的氫氣可以流經彈簧通道44，或者通過其他途徑，比如位於外殼12的側壁與環繞反應腔室14的一部分或全部的套管外側之間的空間。參考圖4，液體反應物成分26向反應腔室14的輸送可以由液體供給閥組件30和壓カ調節器52進行控制。氣囊16與液體閥組件30連接，並提供通過液體供給管32輸送的液體反應物成分26的來源。壓カ調節器52可以設置於氣囊16內並與液體閥組件30連接。參考圖5，液體閥組件30控制著來自氣囊16的液體反應物成分26的流動。閥門彈簧54使液體閥組件30保持關閉，直到通過移去彈簧夾38啟動氫氣發生裝置。閥門組件30可以包括位於流動通道內的氈墊片56，以將液體反應物成分26的流動限制在需要的流速內，並阻止過量的液體反應物成分26輸送至反應腔室14中。參考圖6，當氫氣發生燃料盒中的壓カ升高超過閾值時，壓カ調節器52可以關閉液體反應物成分26的流動。由於氣囊16內液體反應物成分26被使用，彈簧36施加更少的カ從而氣囊16內的氣體壓力增加以使外殼內的總壓基本保持不變。總壓カ由調節器彈簧58和排氣管60來平衡，所述排氣管60從排氣管ロ 62延伸至端帽34。調節器彈簧58施加的壓カ相對較小。在一個實施方式中，當燃料盒為新的時，所述壓カ為約1.5psi，當燃料 盒幾乎廢棄時，所述壓カ為約0. 5psi。優選地，氫氣發生燃料盒10在高於環境壓カ約2到3個大氣壓的壓力下工作。壓カ調節器52可以通過例如超聲焊接或雷射焊接固定到液體供給閥組件30上。閥門彈簧54使液體閥組件30保持關閉，並使調節器閥門座64抵住調節器基體66的末端。調節器閥門座保持器68的功能是保持移動部件的同軸排列並防止閥門彈簧54使調節器閥門座64局部變形。調節器閥門杆70包括旋入調節器隔膜72的帶螺紋的末端。調節器隔膜72可以由弾性體構成，比如Hypalon ，可以鑲嵌模塑在內部盤74上，所述內部盤74由更硬的材料製成。調節器彈簧58對內部隔膜盤74施加壓カ並決定氫氣發生燃料盒10的工作壓力。實踐本發明的人員和本領域技術人員應當理解，在不背離本公開的精神的條件下可以對本發明進行各種修改和改進。要求給予保護的範圍由權利要求和法律允許解釋的範圍確定。
權利要求
1.一種氫氣發生裝置，包括 具有固定的內部體積的外殼； 所述外殼內的可擴大的反應腔室，包括限定了可擴大的反應物區域的可移動隔板和位於所述反應物區域內的固體反應物成分； 位於所述外殼內的可收縮容器，包括液體反應物成分； 用於將所述液體反應物成分從所述可收縮容器輸送到所述反應腔室的反應物區域的流體通道；和 液體反應物輸送控制系統； 其中，所述液體反應物成分與所述固體反應物成分在所述反應腔室內發生反應生成氫 氣。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述流體通道包括連在所述可收縮容器上的多個管狀部件，每個部件具有延伸至所述反應腔室的反應物區域內的自由端。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述管狀部件的自由端可隨著所述可收縮容器而移動，以將液體反應物成分輸送至位於所述反應區域內的未反應的固體反應物成分處。
4.根據權利要求2或3所述的裝置，其特徵在於，所述管狀部件的自由端最初置於所述反應物區域的相對於所述可移動隔板的遠端部分，並可以向所述反應物區域的相對於所述可移動隔板的近端部分移動。
5.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特徵在於，所述液體反應物控制系統包括閥門。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述液體反應物控制系統還包括連至所述閥門的壓力調節器。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述壓力調節器位於所述可收縮容器內。
8.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特徵在於，所述可移動隔板包含多孔材料。
9.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特徵在於，所述固體反應物成分包括化學氫化物，所述液體反應物成分包括水。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述化學氫化物包括硼氫化鈉。
11.根據權利要求I到8任一項所述的裝置，其特徵在於，所述固體反應物成分包括矽化鈉，所述液體反應物成分包括水。
12.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其特徵在於，所述可移動隔板為在所述反應腔室內滑動的可滑動隔板。
全文摘要
本發明提供了一種用於為燃料電池組提供氫氣的氫氣發生裝置。所述裝置包括包含固體反應物成分的可擴大的反應腔室和包含液體反應物成分的可收縮容器，以及外殼。所述反應腔室包括由可移動隔板限定的、可擴大的反應物區域，從而使反應物和反應產物保留在反應腔室內。所述裝置還包括液體輸送控制系統和用於將液體反應物成分從所述可收縮容器輸送到反應腔室的反應物區域的流體通道，在所述反應腔室內所述液體和固體反應物成分反應生成氫氣。由於液體反應物成分被使用，所述容器隨著反應腔室的相應膨脹而收縮，因反應產物體積的增加施加在可移動隔板上的壓力，使反應物區域在所述反應腔室內擴大。可擴大的反應腔室、可擴大的反應物區域和可收縮容器之間的體積交換，使得能夠由有限體積的氫氣發生裝置提供大體積的氫氣。
文檔編號H01M8/06GK102754265SQ201180008789
公開日2012年10月24日 申請日期2011年2月1日 優先權日2010年2月8日
發明者R·巴頓, 鄭廣宏 申請人:永備電池有限公司