CN102442642A - 一种氢气发生器装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种氢气发生器(1)，特别是用于供应燃料电池的氢气发生器，其包括燃料供应源(3，29)，即氢化物，其可以水解并在与第一供应源(3，29)连通的反应室(14，33)中反应，产生氢气和至少部分液态的废反应产物，所述反应室与用于氢气以及用于废反应产物的排出路径(16，17)相连通，后一排出路径(17)通向吸收材料(21)供应源，所述吸收材料适合用来固定所述废反应产物。根据一种发生器的设计，所述氢气发生器除了包括固态燃料的第一供应源(3)以外，还包括第二反应剂供应源(4)，其与所述燃料反应，产生氢气和废反应产物，还包括从所述第二供应源通向反应室的输送管路(11)，根据使用液态燃料作为第一供应源(29)的第二种设计，所述氢气发生器包括用来促进反应的催化剂(在33中)。

Description

一种氢气发生器装置

技术领域

本发明涉及氢气发生器，特别是用来供应燃料电池的氢气发生器，其包括燃料供应源，所述燃料可以水解并在与第一供应源连通的反应室内反应，产生氢气和至少部分的液态废反应产物，所述反应室与排出路径连通，所述排出路径用于排出氢气和废反应产物。在本文中，所述燃料可以是氢化物，例如硼氢化钠，或者是硼烷铵，优选另外包含稳定剂，例如氢氧化钠或氢氧化锂。 

背景技术

通过使得固体氢化物的与含水酸性反应物反应，由此发生水解从而产生氢气的工艺是人们已知的，参见US 2005/0238573。 

已知可通过催化剂促进相应的燃料在水溶液中的反应。在现有技术中，在体积交换筒中，燃料的减少弥补了反应产物体积的增加，参见US 7,105,033。 

现有技术中存在以下问题：如何将有用的氢气与废液产物分离，以及如何处理废液产物，当所述氢气发生器是对取向不敏感的装置的时候，这些问题尤其显著。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用来产生氢气的设备，用以对废产物进行最优化的处理。

为了实现这一目的，在本发明的氢气发生器中，设备具有以下特征：用于排出废反应产物的排出路径通向适合用来固定所述废反应产物的吸收材料的供应源。 

通过所述固定工艺，所述氢气发生器具有极高程度的取向不敏感性，这是因为所述体系中基本上不存在液态的废产物。 

本发明适用于所有种类的氢气发生器，优选用于具有以下特征的发生器：其除了包括固体燃料供应源以外，还包括用来与所述固体燃料反应的反应剂的第二供应源，或者用于在使用液体燃料的反应中促进反应的催化剂。 

较佳的是，所述吸收材料是适合在吸收所述废反应产物的时候发生溶胀的材料。所述吸收材料能够通过溶胀而包含更多的液体。完全使用之后，可以将所述吸收材料弃去。 

所述溶胀性吸收材料优选包含超强吸收剂，所述超强吸收剂是本领域已知的材料，例如包含在新式的尿布中的材料，能够结合大量的水性液体。还优选包含芯吸材料，例如吸收性织物，其适合用来将主要为液态的废反应产物分布在吸收材料中。 

所述超强吸收剂在pH值为中性的环境下表现出最高的液体结合能力。因此，优选所述吸收材料进 一步包含适合用来调节pH值的材料。一般来说，所述液态反应产物倾向于呈酸性，需要进行中和。另外，废反应产物中包含的硼酸盐容易妨碍吸收材料的结合性能。因此，需要加入某些试剂，例如可以加入钙离子，促进硼酸盐的结晶。 

较佳的是，所述吸收材料包括至少一条另外的路径，以免吸收材料发生阻塞而造成用于氢气和仍为液态的废产物的路径发生堵塞。 

根据一个优选的实施方式，为了对吸收材料的体积增大进行体积补偿，氢气发生器部件设计成体积交换的形式。根据所述的第一种设计，第二供应源和吸收材料封装在筒内，反应剂是一种具有以下性质的材料：随着反应的进行，在所述第二供应源内的该反应剂的体积减小；所述吸收材料能够膨胀，在它们之间，所述反应剂具有能够移动进入第二供应源体积内的界面，用于体积补偿；根据第二种设计，所述第一供应源和吸收材料被封装在筒中，所述燃料是具有以下性质的材料：随着反应的进行，第一供应源内所述材料的体积会减小，所述吸收材料能够膨胀，在它们之间，所述燃料具有能够移动进入第一供应源的体积的界面，用于体积补偿。因此，不会造成庞大的未利用体积的浪费，所述氢气发生器的至少一部分可以置于紧凑的安全筒内。 

附图说明

结合附图，通过以下关于优选实施方式的描述，可以清楚地了解本发明的上述目的、特征和优点和其它的目的、特征和优点。 

图1显示了使用固体燃料和液体反应剂的氢气发生器。 

图2显示了使用液体燃料和加快反应进行的催化剂的氢气发生器。 

优选实施方式 

根据图1，氢气发生器1包括圆柱形筒2，该圆柱形筒包括燃料的第供应源3，在此设计中，所述燃料供应源是例如硼氢化钠(NaBH4)的固体块，其包含金属氢氧化物等之类的稳定剂，参见US 2005/0238573的第[0028]段。其还包括反应剂的第二供应源4，所述反应剂是酸性水溶液，例如磷酸水溶液，其中可以加入催化剂，参见US 2006/0269470第[0027，0028]段。所述第二供应源位于波纹管中5，所述波纹管5可以沿着所述圆柱形筒2的轴向方向压缩。所述波纹管5具有排出管道11，该排出管道通过泵12与分配器13相连，在图中，所述分配器设置在所述圆柱形筒2的顶部。来自所述第二供应源4的反应剂通过排出管道11，输送到分配器13，然后输送到第一供应源3内的固体燃料。所述分配器13通过US 2008/0286195的第[0019]段所述的方式将反应剂分配在固体燃料上。在作为反应室14的位于所述第一供应源块3旁边的体积内，与反应剂接触的燃料发生反应，形成作为有用的产物的氢气以及废反应产物，即硼酸盐和水等。为了排出氢气，在所述筒2中设置了氢气出口15，在图中，该氢气出口15位于筒2的底部。反应室接下 来是通向氢气出口15的路径16以及通向吸收材料21的路径17。 

所述吸收材料结合了反应产生的大体为液态的废产物，同时有用的氢气仍然可以通过；因此所述吸收材料作为很高程度的气体过滤器。其可已有例如海绵，织物组织或棉绒组成。这些材料在吸收了液体的时候大体可以保持其体积，如果进一步吸收，则会发生滴液或渗出。但是优选所述吸收材料包含溶胀性超强吸收剂。超强吸收剂是本领域已知的，吸收能力相当于其自身重量的数倍。其可以由丙烯酸与丙烯酸钠的共聚物组成。所述吸收材料还包含由吸收性织物组成的芯吸性材料。如果不包含芯吸性材料，则液态废产物会冲击超强吸收剂，仅在表面处形成吸收区域，而不会到达内部。所述吸收材料还包含一些材料，通过对主要为酸性的废产物进行中和，从而调节所述废产物的pH值，由此尽可能提高吸收能力，还包含诸如钙离子的某些试剂，促进硼酸盐的结晶，以避免硼酸盐阻碍吸收。这样的吸收材料的一个例子是从婴儿尿布切下的叠层，这些叠层在高压力条件下进行压缩；或者在数层厕纸之间夹入其它所述的组分，然后也进行压缩。所述超强吸收剂避免了滴液和渗漏现象。 

所述波纹管5和吸收材料具有界面22。吸收的结果是，吸收材料21的体积增大，第二供应源4的体积减小，使得波纹管5收紧，从而使得界面22朝着波纹管5移动。由此在筒2内提供了体积交换。随着吸收材料21块的体积增大，存在以下风险：即用于氢气的路径16会发生收缩，同时用于废反应材料的路径17也会部分地发生收缩。为了避免这些路径被堵塞，另外的路径23穿过吸收材料21，另外的路径24通过波纹管5。所述另外的路径23具有孔，所述液态的废产物可以经由所述孔流通进入吸收材料21。这些路径23是疏水性的，以免孔内发生结晶。所述另外的路径23还具有以下功能：在较长时间停止运行之后，废反应产物的组成会变得略微不同，即结晶化程度提高，形成非渗透性的膜，此时所述另外的路径23能够保持渗透性。 

除了已经安装的过滤器，即吸收材料21以外，可以任选地直接在氢气出口15之前添加另一个气液过滤器25，从而确保只有纯的氢气离开所述氢气发生器1。适合用于所述另外的气-液过滤器25的材料是US 2008/0286195的第[0017]段所述的薄膜。 

为了控制氢气产生速率，对筒2内的压力进行测量，如果该压力减小到低于某个预先设定的阈值，则提高泵的速率，参见US 2005/0238573的第[0042]段。 

参见图2，图2中显示了氢气发生器1的一个不同实施方式，与第一个实施方式相类似地，筒2包含吸收材料21。筒还包含液态燃料的供应源29，该液态燃料供应源29容纳在波纹管30中。排出管道31从所述波纹管30引出，然后返回筒2，所述排出管道31经由泵32与包含催化剂的封闭的反应室33连通。这种结构可参见US 7,105,033。氢气和废产物经由进入管道34进入筒2。如图所示，氢气由此通过其路径16和另外的气-液过滤器25，到达位于筒2的底部的氢气出口15。废产物经由其路径17前进，到达吸收材料21，被其俘获。界面22又一次将吸收材料21从波纹管30分离。在此实施方式中，随着吸收材料21发生膨胀，波纹管30变空并收缩，从而提供了体积交换。 

附图编号说明 

1氢气发生器 

2筒 

3(燃料固体块)的第一供应源 

4(反应剂)的第二供应源 

5波纹管 

11排出管道 

12泵 

13分配器 

14反应室 

15氢气出口 

16路径 

17路径 

21吸收材料 

22界面 

23另外的路径 

24另外的路径 

25另外的气-液过滤器 

29液态燃料的供应源 

30波纹管 

31排出管道 

32泵 

33反应室 

34进入管道 

Claims (13)

1.氢气发生器(1)，其包括燃料供应源(3，29)，所述燃料供应源可以水解并在与第一供应源(3，29)连通的反应室(14，33)中反应，产生氢气和至少部分液态的废反应产物，所述反应室与用于氢气以及用于废反应产物的排出路径(16，17)相连通，用于废反应产物的排出路径(17)通向吸收材料(21)供应源，所述吸收材料适合用来固定所述废反应产物。

2.如权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，其除了包括第一燃料供应源(3)以外，还包括第二反应剂供应源(4)，所述第二反应剂供应源用来与所述燃料反应，产生氢气和废反应产物，还包括从所述第二供应源至反应室(14)的输送管线(11)。

3.如权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，其包括促进反应的催化剂(在33中)。

4.如权利要求1-3中任一项所述的氢气发生器，其特征在于，所述吸收材料(21)是适合用来将氢气与废反应产物分离的材料。

5.如权利要求1-4中任一项所述的氢气发生器，其特征在于，所述吸收材料(21)是适合在吸收废反应产物的时候膨胀的材料。

6.如权利要求5所述的氢气发生器，其特征在于，所述吸收材料(21)包括超强吸收剂和适合用来将废反应产物分配在吸收材料中的芯吸材料。

7.如权利要求6所述的氢气发生器，其特征在于，所述芯吸材料是吸收性织物。

8.如权利要求6或7所述的氢气发生器，其特征在于，所述吸收材料(21)还包括适合用来调节pH值的材料。

9.如权利要求6-8中任一项所述的氢气发生器，其特征在于，所述吸收材料(21)还包括适合使得废反应产物中所含的硼酸盐结晶的材料。

10.如权利要求1-9中任一项所述的氢气发生器，其特征在于，设置了至少一条通过所述吸收材料(21)的另外的路径(23)。

11.如权利要求1-10中的任一项所述的氢气发生器，其特征在于，其还包括设置在所述废反应产物的排出路径(16或17内)的过滤材料(25)。

12.如权利要求5所述的氢气发生器，如果权利要求5引用权利要求2，或者如权利要求6-11中任一项所述的氢气发生器，如果权利要求6-11引用权利要求2和5，其特征在于，第二供应源(4)和吸收材料(21)封装在筒(2)中，所述反应剂是具有以下性质的材料：随着反应的进行，所述第二供应源中的材料的体积减小，所述吸收材料能够膨胀，在它们之间，所述反应剂具有能够移动进入所述第二供应源的体积内的界面(22)，用于体积补偿。

13.如权利要求5所述的氢气发生器，如果权利要求5引用权利要求3，或者如权利要求6-11中任一项所述的氢气发生器，如果权利要求6-11引用权利要求3和5，其特征在于，第一供应源(29)和吸收材料(21)封装在筒(2)中，所述燃料是具有以下性质的材料：随着反应的进行，所述第一供应源中的材料的体积减小，所述吸收材料能够膨胀，在它们之间，所述燃料具有能够移动进入所述第一供应源的体积内的界面(22)，用于体积补偿。

Images