CN101343035B - 便携式气体发生装置和包括该装置的燃料电池电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及便携式气体发生装置和包括该装置的燃料电池电源。用于通过放置液体反应剂与固体元件接触而产生气体的装置，所述装置包括液体反应剂罐(6)和旨在包含所述固体元件的反应室(8)，其中所述罐(6)和所述反应室(8)以密封的方式通过活动的壁(4)被隔开，所述装置具有用于收集在所述反应室中产生的气体的出口孔(26)且具有用于将所述液体反应剂注射到所述固体元件上的器件(14)，所述注射器件(14)通过所述活动的壁(4)且能够移动进入所述固体元件内。

Description

便携式气体发生装置和包括该装置的燃料电池电源
技术领域
本发明涉及一种便携式气体发生装置，且更具体而言，本发明涉及一种便携式氢发生器，本发明特别用于包括气体发生器，特别是氢发生器，的燃料电池。本发明还涉及包括所述燃料电池的便携式电动元件。
背景技术
特别是由于石油资源日益减少以及化石燃料对环境造成的不利影响作用，因此寻找清洁能源变得越来越重要。燃料电池，特别是氢燃料电池，有可能在对环境造成最小程度的不利影响的情况下发电。这些燃料电池利用氢作为原材料从而通过电化学反应发电。
可通过氢罐供应以压缩气体或液体形式存在的氢，但这种贮存需要高容量罐。此外，由于氢是极其易燃的物质，因此这种罐必须非常安全可靠。因此，这种贮存不能用于便携式装置且尤其是不能用于小型装置中。
同样有可能使用含氢的金属化合物，所述氢是通过暴露在能量中(energyexposure)而被释放出来的。使得氢能够被贮存的那类可逆反应如下：
为了释放出氢，因此有必要设置以热量形式存在的外部能量供应装置。然而，总的能量产生效率相对较低。
另一种可选方式是正如混合反应剂所需要地那样产生氢，且其中一种反应剂为氢化物。
这种类型的氢电源因此显得尤其适用于为便携设备中的微燃料电池供电。
用来根据需要产生氢的一种特别有利的解决方案是在存在催化剂的情况下使水，通常是水溶液，与氢化物进行反应，所述氢化物例如为NaBH4或Mg(BH4)2，所根据的反应如下：
NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2
或者
Mg(BH4)2+4H2O→Mg(Bo)2+8H2
然而，这种制备氢的方法使得液体与固体之间进行非均质的反应，且因此该反应的动力学劣于在相同状态的两种化合物之间进行的反应的动力学。此外，对于小型反应器的情况而言，设置用来搅拌液体从而改进反应动力学的器件是难以想象的。
文献WO2004/018352描述了一种用来通过使金属氢化物盐的水溶液与氢发生催化剂之间进行接触来产生氢的系统，所述系统涉及将金属氢化物盐和催化剂引入反应室内，其中通过泵来供应催化剂。该系统因此较为笨重且需要外部电能供应装置。
文献US2006/0191199描述了一种氢发生器，所述氢发生器包括水罐和包含固体反应剂的室，所述固体反应剂例如为硼氢化钠(NaBH4)。阀被设置在该水罐与该包括固体反应剂的室之间以便对供应至该包含固体反应剂的室的水进行调节。这种调节是通过利用在该包含固体反应剂的室中产生的氢气压力来实现的。
尽管该氢发生装置是相对紧凑的，但该装置不能使在水与硼氢化钠之间的反应动力学达到最优化的程度，其原因在于在反应室中产生的氢的存在减慢了反应动力学。
因此，本发明的目的是提供一种紧凑且高效的氢发生装置，从而使得能够根据需要来产生氢，且更具体而言使得能够在反应器所处的所有位置处根据需要来产生氢，且因此能够以简化的方式控制启动和停止。
本申请的目的还在于提供一种用于将电能供应给便携设备的装置，从而允许电源具有一定的紧凑性和高效率。
发明内容
上面提到的多个目的是通过包括水溶液罐和反应室的气体发生器来实现的，其中所述反应室包含固体化合物，所述固体化合物在与所述水溶液接触时能够导致释放气体，且所述反应室包含用于将所述水溶液注射到预定区域中的所述固体元件上的器件，所述注射器件使得所述预定注射区域可产生变化，以便避免反应产物，特别是所产生的气体，限制反应的连续性。
换句话说，本发明涉及以不连续或连续的方式改变在每次注射时所述水溶液被注射到所述固体上所处的位置，以便避免“反应区域产生积垢或阻塞”。
在第一实施例中，以手动方式，例如通过拇指轮，来控制所述氢发生装置，所述拇指轮被布置在包含所述罐和所述反应室的所述氢发生装置的壳体外部。在另一可选实施例中，所述注射受到电动机的控制。
在一个有利的实施例中，通过在所述反应室中产生的氢气以自动的方式控制氢的发生。因此所设置的化学反应器能够在所有的位置处运行，且体积被减小，并且能够以手动或自动方式来控制氢产生过程的启动和停止。
所述固体反应剂例如可为金属硼氢化物或多种反应剂的混合物，催化剂或反应活化剂可被添加到所述混合物中。所述水溶液还可有利地包含溶于所述水溶液中的反应活化剂。
在第三实施例中，所述反应室包含固体催化剂且所述罐可包含具有氢化物的水溶液。
因此，本发明涉及移动位于所述固体化合物与所述液体化合物之间的反应前缘以便防止反应由于反应剂的堵塞而被停止。
例如，所述液体，特别是水溶液，通过管道被注射到所述固体部件上，随着所述液体反应剂被引入所述反应室内，所述管道的端部相对于所述固体部件进行移动。因此，所述液体总是与所述固体部件的新区域进行反应。
所述装置的优点还包括：尽管从长期来看溶液即使受到稳定化仍会失效，但所述装置仍实现了在反应前分开的稳定产物。因此，所述发生器可被保存更长时间并在需要时进行工作。
有可能利用糊状或固体反应产物而不会出现使流体循环中断的风险。此外，由于用反应产物，特别是氢，代替了流体，因此使得保持了具有恒定体积的装置。
在第一和第二实施例中，将所述水溶液注射到所述固体上是在没有辅助泵的情况下实现的。因此，该装置是在没有提供电能的情况下工作的。
本发明的主题主要是一种用于通过放置液体反应剂与固体元件接触而产生气体的装置，所述装置包括液体反应剂罐和旨在包含所述固体元件的反应室，其中所述罐和所述反应室以密封的方式通过活动的壁被隔开，所述装置具有用于收集在所述反应室中产生的气体的出口孔且具有用于将所述液体反应剂注射到所述固体元件上的器件，所述注射器件通过所述活动的壁且能够移动进入所述固体元件内。
所述注射器件有利地与所述活动的壁一体地移动。因此，所述注射器件的移动与所述罐体积的减小是同时发生的。
所述注射器件可包括通过所述活动的壁并且使所述罐与所述反应室相连的至少一条管道。
在一个实施例中，所述活动的壁是活塞，且所述活塞沿使所述罐体积减小的方向进行的移动导致所述液体反应剂从所述罐流向所述反应室。
在另一实施例中，所述罐由柔性罐限定边界，所述柔性罐能够产生变形，以便导致所述液体反应剂从所述罐流向所述反应室，这使得能够有利于所述罐的密封。
所述活动的壁被连接至蜗杆机构。该机构可包括轴杆，所述轴杆设有外螺纹，所述外螺纹与在所述注射管道的内壁上形成的内螺纹相配合，其中所述轴杆能够进行旋转，且所述液体反应剂可在所述管道与所述轴杆之间进行流动。
可在所述轴杆的一端处设置拇指轮以便移动所述活动的壁，所述拇指轮能够通过手动方式或者借助于与所述轴杆的端部接合的电动机而被转动。
在一个实施例中，所述装置包括介于所述罐与所述反应室之间的止回阀、用于防止所述活动的壁沿使所述罐体积增加的方向移动的器件和能够在所产生气体的压力下产生变形的器件。该实施例使得能够自动控制将所述液体反应剂注入所述反应室内的注射过程。
在该实施例中，所述活动的壁是活塞且通过形成所述罐的壁部的一部分的膜来形成所述能够变形的器件，其中向着所述罐的内部施加在所述壁部上的力导致增加了包含在所述罐中的所述液体反应剂的压力。
此外，通过所述液体中包含的至少一个气泡来代替所述膜。
所述用于防止所述活动的壁沿使所述罐体积增加的方向移动的器件是作用在所述注射管道上的棘爪型器件。
有利地，气体能够通过所述固体元件，以便有利于收集所述气体。所述固体元件可与改进了H2的通过且因此改进了该H2的排出的多孔部件相关联，所述多孔部件例如为氧化铝或石墨。所述反应剂可与多孔的且相对于所述反应剂呈惰性的化合物相关联。
在氢发生装置中，所述固体元件是氢化物且所述液体反应剂是水溶液。所述水溶液可有利地包括由铂、镍、Ru、CoCl2、苹果酸或盐酸形成的催化剂。
所述固体元件还可以是CaC2且所述液体反应剂可以是水溶液，从而使得有可能产生乙炔，或所述固体元件可以是Cl3CCH(OH)NHCOOC2H5，且所述液体反应剂可以是水溶液，从而使得有可能产生氯，或所述固体元件可以是氧化锰且所述液体反应剂可以是盐酸，从而使得有可能产生氯，或者所述固体元件可以是过氧化钠且所述液体反应剂是水溶液，从而使得有可能产生氧。
所述液体反应剂和/或所述固体元件可包括对在所述液体反应剂与所述固体元件之间的反应进行催化的催化剂。
所述液体反应剂可包括由铂、镍、Ru、CoCl2、苹果酸或盐酸形成的催化剂。
在另一实施例中，固体元件是催化剂，所述催化剂用来在所述液体反应剂与其接触时产生气体。
因而，所述液体反应剂可以是包含氢化物和稳定剂如氢氧化钠的水溶液，且所述催化剂是铂、钌、钴或者钴与硼的合金。
所述固体元件可包括基板，所述基板有利地为多孔基板，所述催化剂被沉积在所述基板上。
本发明还涉及一种包括燃料电池和至少一个根据本发明的氢发生装置的电源，其中所述至少一个氢发生装置在其收集出口的水平处以气动方式被连接至所述燃料电池以便为所述燃料电池供应气态氢。
本发明还涉及一种包括根据本发明的电源的便携式电气元件。
附图说明
通过以下详细描述和附图可更好地理解本发明，其中：
图1是具有手动启动装置的根据本发明的氢发生装置的示意性纵剖视图；
图2是图1所示装置的一个实际实施例的部分透视图；
图3是图1所示装置的另一可选实施例的示意性纵剖视图，其中装置的启动是通过电动机来实现的；
图4是具有自动启动装置的根据本发明的氢发生装置的第二实施例的示意性纵剖视图；
图5是根据本发明的便携式设备的示意图，该便携式设备由燃料电池供电，该燃料电池的氢由根据本发明的氢发生装置来供应；
图6A是图4所示装置的一个工业性实施例的纵剖视图；和
图6B是图6A的放大透视图。
具体实施方式
在下面的描述中，根据本发明的发生装置将被描述为用于燃料电池的氢发生器，但本发明适用于通过使固体元件与液体反应剂接触而产生出被除了燃料电池以外的装置利用的其它气体。
此外，为了简化的目的，我们将结合氢气进行讨论，但其实际上是二氢H2。
图1示出了根据本发明的氢发生装置的第一实施例，所述氢发生装置包括罩壳2，所述罩壳限定出具有纵向轴线X的内部体积V的边界，其中活塞4根据轴线X被滑动地安装。活塞4将体积V分成旨在包含水溶液的罐6和旨在包含固体反应剂10的反应室8。
活塞4以密封方式滑动进入壳体2内，所述活塞例如通过O形圈12在其外周上被安装并且在壳体2的内壁上进行摩擦。
根据第一实施例的氢发生装置还包括用于将水溶液或液体反应剂从罐6注入反应室8内的器件14。
在所述实例中，注射器件14与活塞4一体地移动。
注射器件14包括注射管道16，所述注射管道通过了活塞14并且具有轴线X且使罐6与反应室8流体连接。
例如，管道16被安装在形成于活塞4中的轴向通路18中，该安装以密封的方式实现以便防止在活塞4与管道16之间出现液体泄漏。
管道16因而包括引导进入罐6内的第一轴向端部16.1和与该第一轴向端部16.1相对且引导进入反应室8内的第二轴向端部16.2。
因此，当活塞4移动时，注射端部16.2沿轴向移动进入固体反应剂内。
根据第一实施例的氢发生装置还包括用于使活塞沿轴向移动的器件，所述移动器件20以手动方式被致动。
根据本发明，这些器件20包括位于壳体2外部的拇指轮22，所述拇指轮与轴杆24一体地旋转，具有轴线X的所述轴杆24穿透了注射管道16，且所述轴杆24包括外螺纹，所述外螺纹与在注射管道16的内壁上形成的内螺纹相配合，因此使得形成了蜗杆。因此，拇指轮22的旋转导致轴杆24进行旋转且导致注射管道16沿轴线X进行滑动并且因此导致活塞4与所述注射管道一体地沿所述轴线进行滑动。根据施加到拇指轮22上的旋转的方向，活塞4朝向根据本发明的发生器的壳体2的纵向端部中的一个纵向端部或者另一纵向端部移动。
根据本发明，轴杆24的外螺纹和注射管道16的内螺纹被形成而使得它们能够使罐6中包含的液体反应剂在轴杆24与注射管道16的内壁之间移动而进入反应室8内。为了有利于气体流动，分别在外螺纹和/或内螺纹中形成延伸达所述轴杆和/或所述管道的整个长度的轴向沟槽是可能的做法。
本发明还提供了器件以便将由于在反应室中的液体反应剂与固体反应剂之间的接触而产生的气态氢排出，在实例中，所述器件26由设置在壳体2的侧壁28上的位于自由空间的水平处的收集管道形成，所述自由空间位于活塞4与固体反应剂的侧部上的横向壁部27之间。
壁部27与壳体4成一体且与轴线X垂直地被安装；所述壁部包括中心通路，注射管道16通过所述中心通路。
壁部27并未以密封方式安装在壳体4中，以便使得气态氢能够沿收集管道26的方向流动。
为了使得能够将气态氢排出，特别是将介于位于液体反应剂与固体反应剂之间的反应区域与收集管道26之间的气体流排出，固体反应剂对于气体而言是多孔的以使其能够通过。
所述多孔的反应剂提供了使得所产生的气体能够通过的孔隙率。所述多孔反应剂可以紧凑粉末的形式存在或也可不以紧凑粉末的形式存在。将该反应剂与中性材料的球相组合是可能的以便有利于气态流的流动。
下面，我们将对根据本发明的第一实施例的装置的操作进行阐述。
起初，罐6中充注有液体反应剂，特别是水溶液，所述水溶液可包含或可不包含溶于所述溶液中的反应活化剂，且反应室8也充注有固体反应剂，如NaBH4。为了开始产生气态氢，拇指轮22被致动以便导致活塞沿使罐6的体积减小的方向朝向图1所示的右手侧移动。罐6中包含的液体反应剂由于罐体积的减小而倾向于在注射管道16中在外螺纹与内螺纹之间流向注射管道16的端部16.1。当液体通过端部16.2离开管道16时，所述液体与固体反应剂10接触，这导致根据下面的反应产生了气态氢：
NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2(I)
由此所产生的气态氢随后通过收集管道26沿燃料电池，特别是微燃料电池，的方向被排出，以便与空气中的氧进行反应从而根据下面的反应生成水和电子：
H2+O2(空气)→H2O+e-
当注射管道16与活塞4一体地移动时，拇指轮沿使罐6的体积减小的方向进行的旋转导致管道的端部16.2进行移动，且因此改变了注射液体反应剂的区域，且更特别地使该区域沿轴向移置，且该区域沿循着管道16的端部16.2的移动。在图1所示的实例中，该端部16.2沿轴向向右手侧移动。
因此，液体反应剂在不同的反应位点与固体反应剂10接触。换句话说，被液体反应剂注射到其上的固体反应剂被持续地更新。
该装置具有紧凑且便于生产的优点。其使得有可能通过手动控制装置来根据需要且以高生产效率来实现氢的发生从而产生为了产生便携装置的电所需的氢。
由于设置了导致燃料电池运行的筒(cartridge)，因此可利用电参数如电压或强度的指示来将转动拇指轮的需要通知使用者从而重新启动H2的产生。
图2示出了图1所示的根据本发明的第一实施例的装置的一个工业性实施例；例如，壳体包括设有基底32和盖34的管道30，所述基底例如由聚碳酸酯制成，所述盖封闭了另一端且通过螺钉被紧固到该管道上。
如图2所示，密封件12被安装在形成于活塞4的外周中的沟槽中。
示例性地，所述装置的测量尺寸可为8cm长且所述装置可包含2.1cm3的液体和4cm3的固体反应剂。所述活塞的直径可以为12mm且活塞冲程(course)为24mm。当然，提供具有更大或更小尺寸的装置也是可能的，且反应式和罐可具有达几十cm3的容量。气态氢发生装置的尺寸当然取决于燃料电池需要的氢量，且更一般地取决于由燃料电池供电的便携装置所需的氢量。
有利地，该活塞和管道由单个部件例如通过模制成型来制成。因此，不必要提供被附接在活塞4中的管道。
活塞以及管道可由与所使用的反应性材料相容的塑料材料制成。
图3示出了根据本发明的气态氢发生装置的第一实施例的另一可选方式，该可选方式的装置与图1和图2所示装置的不同之处在于：拇指轮由驱动轴杆24旋转的电动机44代替，且活塞4被去除，且柔性罐46形成罐6。在该另一可选方式中，因此使得简化了罐的密封。
在图1和图3所示的装置中，也可能制造以柔性罐的形式存在的罐。
注射管道16使罐46的内部与反应室8的内部连通。柔性罐46可以密封方式通过第一端被附接到壳体2的纵向端部上且通过第二端部被附接到刚性垫圈上，所述刚性垫圈被紧固到管道16上且液体可流动通过所述垫圈。
与图1和图3所示装置相似地，轴杆24包括外螺纹，所述外螺纹与在管道16的内壁上形成的内螺纹相配合。电动机44的启动导致轴杆24产生旋转且导致管道16相对于管道24沿轴向移动。根据马达的旋转方向，柔性罐46的内部体积增大或减小。
在该实施例的操作中，马达44沿使柔性罐46的内部体积减小的方向转动，以便通过减小该体积而导致液体反应剂沿反应室8的方向在外螺纹与内螺纹之间流动。
与第一实施例相似地，固体反应剂被选择为多孔固体反应剂，且在所示实例中，所述固体反应剂更一般地被选择成使得气态氢能够沿在壳体4的侧壁上设置的收集管道26的方向流动。
可通过使用者或通过位于筒上的压力检测器或位于燃料电池上的强度传感器来启动电动机。例如，当压力低于预定阈值时，被连接至对位于收集管道26的水平处的氢压进行测量的压力传感器的电触点可对马达进行致动。
图4示出了根据本发明的具有提供了自动操作这一优点的气态氢发生器的第二实施例。根据该第二实施例，通过装置以自动的方式控制将液体反应剂注射到固体反应剂上的注射过程，而使用者不必进行手动干预，且由氢发生装置以自持的方式控制所述固体反应剂的注射。
相同的描述将用于具有大体上相同的形式且实现大体上相同的功能的装置。
根据图4所示第二实施例的装置与根据第一实施例的装置的不同之处在于，在罐6与反应室8之间设置了止回阀器件38以便防止在反应室中产生的气体流入罐内。
此外，还设置了止回棘爪系统40以便防止管道16和活塞4沿使罐6的体积增加的方向移动。因此，当液体反应剂从罐6流入反应室8内且与固体反应剂接触时，产生了气态氢，这导致反应室8中的压力增加。止回阀38防止氢气流入罐内，使得所述反应室8中的压力能够增加。这种压力的增加导致力被施加在活塞4上，所述活塞根据轴线6沿使罐6的体积减小的方向滑动，这导致液体反应剂朝向反应室8流动。
在该实施例中，气态氢收集管道26被设置在反应室8的轴向端部处。
气态氢从所述反应室中被排出使得中断了活塞4沿使罐6的体积减小的方向进行的滑动且因此中断了液体反应剂向反应室8的供应。
根据本发明，由于注射管道16沿轴向被紧固到活塞4上，因此管道的注射端部16.2沿轴向移动进入固体反应剂内，反应区带，特别是介于液体反应剂与固体反应剂之间的接触区域，因此被持续地更新。
反应的开始，特别是将液体反应剂注入反应室8内这一注射过程的开始，是由罐6的加压导致产生的。
在图4所示的实例中，罐至少部分地由柔性膜或任何其它可变形元件限定边界，以使得活塞能够移动进入室6内且使得只要并未达到止回阀的设置，棘爪就能够捕获住新的齿部。
在图示实例中，膜42被设置在与活塞4相对的罐6的纵向端部处。
图6A和图6B详细地示出了第二实施例的棘爪系统，其中柔性膜由气泡48代替，所述气泡在被压缩时使得活塞4能够滑动且因此使得棘爪能够移动至新的齿部且因此使得能够储存液体的压力。
如果使用气泡48，则要设置引发反应的器件。
与第一实施例相似地，固体反应剂被选择为多孔固体反应剂，且该固体反应剂更一般地被选择成使得气态氢能够沿收集管道26的方向流动。
下面，我们将对根据第二实施例的装置的操作进行阐述。
当应力朝向罐6的内部被施加在膜42上时，罐6被加压，当罐与反应室之间的压力差达到阀设置时，液体反应剂通过管道16流入反应室8内。
液体通过注射管道16的端部16.2被排出且与固体反应剂10接触，从而根据反应(I)产生了气态氢。
由于止回阀使得氢不能溢出罐，因此使得反应室中的压力增加。罐与反应室之间的压力差因此低于阀设置，并且阀关闭且从罐向反应室流动的液体流被中断。
此外，力被施加在活塞4上，所述活塞沿使罐6的体积减小的方向移动。
氢被导管26收集，罐与反应室之间的压力差再次达到止回阀设置，且液体反应剂被再次注入反应室8内。因此，通过控制反应室8中的氢压，可能控制将液体反应剂注射到固体反应剂上的注射过程。
例如，用具有低沸点的气体例如异丁烯来填充由膜42隔开的腔体使得可能将所述膜置于压力下。
当然，设想由可完全变形的袋来形成所述罐也是有可能的。
示例性地，活塞借助于由于H2的产生而使得出现在反应室中的压力来发生移动，通过压缩72μl的气泡而由棘爪贮存液体压力。
选择处于5巴压力下的阀设置。
棘爪的每个齿部对应于60μl的移动体积。对于1.6cm的活塞直径而言，棘爪步阶(pawlstep)因此为0.3mm。
因此通过移动棘爪一个齿部而将大气压力下的72μl的气泡压缩至5巴的最大值。
因此，通过选择60μl的最大注射液体体积，使得产生了120cm3的H2，且通过选择反应室中的24cm3的死体积，使得在反应室中达到了5巴的最大压力。
本装置具有的优点是：在整个氢发生期间确保了将液体反应剂自动注射到固体反应剂上而不需要手动的干预。该装置足以导致在氢发生步骤开始时液体反应剂被加压，以使得液体反应剂的注射成为自持式注射。
上述氢发生装置的各个实施例还可用来产生其它类型的气体。例如，有可能通过使CaC2与水反应来产生乙炔；有可能通过使水与氯醛胺(chloralurethane)(Cl3CCH(OH)NHCOOC2H5)反应而产生氯；有可能通过使盐酸溶液与氧化锰反应而产生氯；或最后，有可能通过使水与过氧化钠反应而产生氧。
当然，这些实例绝不旨在具有限制性，且根据本发明的装置使得能够产生其它气体。
在所述实施例中，注射管道被附接到活动的壁上。因此，注射的控制与注射区域的移动以简单的方式联系起来。然而，其中设置了特定联接器件以便使活动壁的移动与注射管道相关联的这种装置也并未超出本发明的范围。
在上述实施例中，描述了单个注射器，尽管如此，例如在第一实施例和第二实施例中，当然还可能实施多个注射器，特别是平行地安装在活塞4上的多条注射管道16，以便增加注射到固体反应剂表面上的液体反应剂的量且因此增加给定时间下产生的气态氢的量。多个注射器的实施方式使得可能优化地利用固体反应剂的整个横截面。
正如我们上面提到地，固体和/或液体反应剂可包含催化剂，所述催化剂可以是铂、镍、Ru、CoCl2、苹果酸或盐酸。
在第三实施例中，可能不利用被置于反应室中的固体反应剂，所述固体反应剂将与贮存在罐中的液体反应剂反应，而是将液体反应剂贮存在罐中且将催化剂置于反应室中，其中液体反应剂在被注射到催化剂上时将释放出气体。
例如，反应室包含沉积在基板上的催化剂。例如，催化剂是金属如铂、钌、钴或合金或CoB金属合金。
基板例如为多孔陶瓷、碳泡沫或金属泡沫如镍泡沫。基板还可由金属板形成，催化剂例如通过化学还原或等离子体沉积而被沉积在所述金属板上。
尽管有可能利用单一催化剂；但生产成本会较高。基板的利用使得可能减少催化剂用量并且改进催化剂在反应室中的分布。
多孔基板使得可能有利于排出所产生的气体。在基板对于气体是非多孔基板的情况下，设置了通道以使气体沿一定路线到达消耗区域。
由基板和催化剂形成的固体元件具有与图2所示固体反应剂的形状相同的形状。
罐在液体反应剂被注入反应室内之前贮存液体反应剂。液体包含反应剂和稳定剂。反应剂旨在在与催化剂接触时释放出气体。稳定剂旨在防止液体反应剂在与催化剂接触之前释放出气体。
如果要产生的气体为氢，则反应剂例如为硼氢化钠或硼氢化钾，所述反应剂的浓度介于1％重量与30％重量之间；稳定剂例如为氢氧化钠或碳酸钾，所述稳定剂的浓度可介于0.1％与20％之间。实际上，在通过氢氧化钠实现的碱介质中，氢化物水溶液是稳定的；因此由于氢氧化钠而使得水和氢化物之间在存在催化剂的情况下不会进行反应。
所述装置包括与已经描述的结构相似的结构，且其操作也是相同的。
根据需要，液体反应剂流向活动注射管道的端部而进入反应室内并且与催化剂接触；活动的注射点使得可能保持对反应中尚未使用的催化剂进行接近。
示例性地，可通过化学反应将由钴和硼制成的催化剂沉积在碳泡沫上而生产出根据第三示例实施例的装置，所述固体组件被置于反应室中。包含15％重量的NaBH4和3％苏打的水溶液被贮存在容器中，且准备随时被注射到催化剂上以便产生氢。
图5示出了氢燃料电池50的示图，通过根据本发明的装置D借助于气动导管51为所述氢燃料电池供应氢，所述燃料电池50通过导电体54为装置52供应电流，所述装置52优选是便携式装置。
本发明使得有可能生产出不那么笨重的电动便携装置，所述便携装置的发电过程对环境产生的不利影响是有限的。
该因此被供电的燃料电池可用来为便携式电话、便携式计算机或需要电源的任何其它便携式装置供电。
示例性地，气体流速可介于2cm3/min与2000cm3/min之间。运行时间可在用于高功率电池(11V-14A)的几分钟时间到根据氢的消耗的几个月时间的范围内变化，例如电话在500mA下间歇运行的情况下会出现所述根据氢消耗的几个月的运行时间。
有可能通过更换反应剂或对于一次性系统而言通过改变筒的方式来对罐进行再充注。
该系统可通过增加反应室的容量和直径而用于电动车辆中。在该情况下因而有必要精确且自动地控制反应。

Claims (19)

1.用于通过放置液体反应剂与固体元件接触而产生气体的装置，所述装置包括液体反应剂罐（6）和旨在包含所述固体元件的反应室（8），其中所述罐（6）和所述反应室（8）以密封的方式通过活动的壁（4）被隔开，所述装置具有用于收集在所述反应室中产生的气体的出口孔（26）且具有用于将所述液体反应剂注射到所述固体元件上的器件（14），所述注射器件（14）通过所述活动的壁（4）且能够移动进入所述固体元件内，其中所述注射器件（14）与所述活动的壁（4）一体地移动，所述活动的壁（4）被连接至蜗杆机构，其中所述注射器件（14）包括通过所述活动的壁（4）并且使所述罐（6）与所述反应室（8）相连的至少一条管道（16），其中所述蜗杆机构包括轴杆（24），所述轴杆（24）设有外螺纹，所述外螺纹与在所述注射管道（16）的内壁上形成的内螺纹相配合，其中所述轴杆（24）能够进行旋转，且所述液体反应剂能够在所述管道（16）与所述轴杆（24）之间进行流动。
2.根据权利要求1所述的气体发生装置，其中所述活动的壁（4）是活塞，且所述活塞（4）沿使所述罐（6）的体积减小的方向进行的移动导致所述液体反应剂从所述罐（6）流向所述反应室（8）。
3.根据权利要求1所述的气体发生装置，其中所述罐（6）由柔性罐（46）限定边界，所述柔性罐（46）能够产生变形，以便导致所述液体反应剂从所述罐（6）流向所述反应室（8）。
4.根据权利要求1所述的气体发生装置，包括位于所述轴杆（24）的一端处的拇指轮（22），所述拇指轮能够通过手动方式或者借助于与所述轴杆（24）的端部接合的电动机（44）而被转动。
5.根据权利要求1所述的气体发生装置，包括介于所述罐（6）与所述反应室（8）之间的止回阀（38）、用于防止所述活动的壁（4）沿使所述罐（6）的体积增加的方向移动的器件（40）和能够在所产生气体的压力下产生变形的器件。
6.根据权利要求5所述的气体发生装置，其中所述活动的壁（4）是活塞且通过形成所述罐（6）的壁部的一部分的膜（42）来形成所述能够变形的器件，其中向着所述罐（6）的内部施加在所述壁部上的力导致增加了包含在所述罐中的所述液体反应剂的压力。
7.根据权利要求5所述的气体发生装置，其中所述活动的壁（4）是活塞且通过所述液体中包含的至少一个气泡（48）来形成所述能够变形的器件。
8.根据权利要求2所述的气体发生装置，包括介于所述罐（6）与所述反应室（8）之间的止回阀（38）、用于防止所述活动的壁（4）沿使所述罐（6）的体积增加的方向移动的器件（40）和能够在所产生气体的压力下产生变形的器件，其中所述用于防止所述活动的壁沿使所述罐（6）的体积增加的方向移动的器件（40）是作用在所述注射管道（16）上的棘爪型器件。
9.根据权利要求1所述的气体发生装置，其中气体能够通过所述固体元件。
10.根据权利要求9所述的气体发生装置，其中所述反应剂与多孔的且相对于所述反应剂呈惰性的化合物相关联。
11.根据权利要求1所述的气体发生装置，其中所述固体元件是氢化物且所述液体反应剂是水溶液。
12.根据权利要求1所述的气体发生装置，其中所述固体元件是CaC2且所述液体反应剂是水溶液，从而使得有可能产生乙炔，或所述固体元件是氯醛胺且所述液体反应剂是水溶液，从而使得有可能产生氯，或所述固体元件是氧化锰且所述液体反应剂是盐酸，从而使得有可能产生氯，或者所述固体元件是过氧化钠且所述液体反应剂是水溶液，从而有使得可能产生氧。
13.根据权利要求1所述的气体发生装置，其中所述液体反应剂和/或所述固体元件包括对在所述液体反应剂与所述固体元件之间的反应进行催化的催化剂。
14.根据权利要求1所述的气体发生装置，其中所述液体反应剂包括由铂、镍、Ru、CoCl2、苹果酸或盐酸形成的催化剂。
15.根据权利要求1所述的气体发生装置，其中位于所述固体元件处的是催化剂，所述催化剂用来在所述液体反应剂与其接触时产生气体。
16.根据权利要求15所述的气体发生装置，其中所述液体反应剂是包含氢化物和稳定剂如氢氧化钠的水溶液，且所述催化剂是铂、钌、钴或者钴与硼的合金。
17.根据权利要求15所述的气体发生装置，其中所述固体元件包括基板，所述基板有利地为多孔基板，所述催化剂被沉积在所述基板上。
18.包括燃料电池和根据权利要求11、14或16所述的至少一个氢发生装置的电源，其中所述至少一个氢发生装置以气动方式被连接至所述燃料电池以便为所述燃料电池供应气态氢。
19.包括根据权利要求18所述的电源的便携式电气元件。
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