CN105283991A - 模块化燃料电池和燃料源 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池电源模块通过适配器连接到燃料供应反应器模块，所述适配器包括一些用于控制在所述反应器模块内的反应物的反应的控制元件。所述适配器包括壳体和在所述壳体内的用于将所述适配器可拆卸地连接到燃料电池电源模块燃料进口的第一连接接口和在所述壳体内的用于将所述适配器可拆卸地连接到反应器模块燃料出口的第二连接接口。流体管线在所述第一连接接口和第二连接接口之间延伸。所述适配器包括流量控制机构的动力装置，当反应器模块连接到所述适配器时，所述动力装置被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力。所述适配器模块使得燃料电池电源模块与具有不同的形状因数和不同的控制要求的不同类型的反应器模块相连接。

Description

模块化燃料电池和燃料源

技术领域

本发明涉及电化学燃料电池，并且尤其但是不独占地涉及，被配置用作带有可更换插入式燃料贮器的便携式电源的电化学燃料电池。

背景技术

现在许多人通常携带很多便携式电子设备，诸如手机、个人音乐播放器、便携式电脑、个人游戏机等。这些设备通常需要连接到主电源以进行该设备的扩展操作或为该设备充电。电化学燃料电池技术的最近发展已允许压缩燃料电池作为此类便携式电子设备的电源使用。这些燃料电池电源可与所述便携式电子设备相结合或者作为单独的电源适配器或充电装置提供。

所述燃料电池电源需要燃料供应，通常为氢。对于完全携带式、基于燃料电池的电源，希望具有紧凑、安全和可控的氢源。提供所述氢燃料的一种方式是通过反应器模块，其根据反应物材料和水溶液或水的反应的需要或当反应物材料和水溶液或水的反应需要时产生氢气。这为储存氢的方法提供一种选择，诸如使用加压氢的容器。

反应器的已知类型按照反应物燃料的反应需要释放氢，诸如稳定的包含在反应室内的碱金属材料，由水箱供应水溶液或水。随着水被送入反应室，氢气产生且在反应室内形成气压，其阻止水的进一步输入直到氢压下降，例如将氢从反应室内抽出以用于燃料电池的消耗。当由化学溶液贮器供应的反应物燃料被输送到含有催化剂的反应室内时，反应器的另一种已知类型根据其反应需要释放氢。氢气生成装置的实例可见于WO2011/097198和EP1375419中。

一些反应器模块的特征为要求提供动力以驱使流体进入反应室从而引发产生氢燃料的反应。所述动力可通过泵机构提供并可由适合的阀和控制系统控制。这些物品在本文中称为流量控制机构。在一个实例中，流量控制机构可包括与用来调节流量的控制阀结合使用的促使流体从流体贮器进入所述反应室的机械弹簧支撑室。在另一个实例中，根据需要可使用电力驱动泵促使流体从流体贮器进入所述反应室。

如果燃料供应反应器模块作为可替换模块(一次性或可再填充的)提供以在需要时插入所述燃料电池电源将是方便的。

作为一般原则，所述流量控制机构可并入所述反应器模块。这代表在反应器模块顶部的相当大的成本和尺寸，所述反应器模块优选为一次性或可再填充的物品。或者，所述流量控制机构可并入所述燃料电池电源，并且当被插入所述燃料电池电源时可用来对反应器模块起作用。这具有不需要用一次性或可再填充的反应器模块更换流量控制机构部件的好处，但需要专门定做的位于燃料电池和反应器模块之间的接口，其限制所述燃料电池电源使用不同的反应器模块的灵活性。

将希望具有简便、低成本和易于实现的系统来使燃料电池电源与氢气供应反应器模块对接。

发明内容

根据一个方面，本发明提供一种用于燃料电池电源的适配器，其包括：

壳体；

在所述壳体内的第一连接接口，其用于将所述适配器可拆卸地连接到燃料电池电源模块的燃料入口；

在所述壳体内的第二连接接口，其用于将所述适配器可拆卸地连接到反应器模块的燃料出口；

在所述第一连接接口和第二连接接口之间延伸的流体管线；

流量控制机构的动力装置，当反应器模块连接到所述适配器时，其被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力。

所述动力装置可包括马达和泵，并且所述第二连接接口可包括第一反应物端口和第二反应物端口，所述泵设置于在所述第一反应物端口和第二反应物端口之间延伸的流体管线中。所述动力装置可包括具有驱动输出的泵马达，所述驱动输出设置在所述用于连接到所述反应器模块内的泵头的第二连接接口上。所述马达和泵可包括蠕动泵。所述驱动输出可包括滚轴，当反应器模块连接到所述第二连接接口时，所述滚轴被配置用来与在所述反应器模块内的蠕动泵头协作。所述第一连接接口可包括用于接收来自燃料电池电源模块的控制信号和/或电功率的电连接接口。所述适配器可包括连接到所述用于接收来自所述燃料电池电源模块的控制信号的电连接接口的电子控制器。所述第一连接接口可包括连接到阀的机械致动器，当连接到所述第一连接接口时，所述机械致动器可由燃料电池电源模块操作。所述第一连接接口可包括连接到阀的机械致动器，当连接到所述第一连接接口时，所述机械致动器可由燃料电池电源模块操作。所述第二连接接口可包括用于操作所述反应器模块的关闭阀或密封件的机械致动器。所述适配器可包括被配置用来控制所述动力装置的控制器。所述动力装置可包括流量控制阀，并且所述第二连接接口可包括第一反应物端口和第二反应物端口，所述开关阀设置在所述第一反应物端口和第二反应物端口之间延伸的流体管线中。

在另一方面，本发明提供模块化反应器组件，其包括如上所述的适配器和反应器模块，所述反应器模块具有被配置用来与所述适配器的第二连接接口接合并协作的连接接口。

所述反应器模块可包括：

含有第一反应物的反应物贮器，

含有第二反应物的反应室；

流动回路，其包括在所述反应物贮器和所述反应室之间延伸的流动路径；以及

在所述流动路径内的流量控制元件，其用于控制第一反应物到所述反应室的流量，当所述反应器模块连接到所述适配器的第二连接接口时，所述流量控制元件可由所述适配器的动力装置驱动。

所述反应器模块可包括：

含有第一反应物的反应物贮器，

含有第二反应物的反应室；以及

流动回路，其包括从所述反应物贮器延伸至所述反应器模块连接接口的第一流动路径以及从所述反应器模块连接接口延伸至所述反应室的第二流动路径；以及

所述适配器可包括：

在所述第二连通接口中分别与所述反应器连接接口的第一流动路径和第二流动路径接合的第一反应物端口和第二反应物端口，

其中所述动力装置包括位于在所述第一反应物端口和所述第二反应物端口之间延伸的流体管线内的流量控制元件，当反应器模块连接到所述适配器的第二连接接口时，所述流量控制元件用于控制第一反应物通过所述适配器的流体管线到所述反应室的流量。

所述适配器可限定接纳所述反应器模块的腔。当所述反应器模块被接纳到腔内时，所述腔可被关闭。所述反应器模块可限定接纳所述适配器模块的腔。

根据另一个方面，本发明提供一种燃料电池电源，其包括：

壳体；

在所述壳体内的连接接口，其用于将所述燃料电池电源可拆卸地连接到反应器模块的燃料出口；

流量控制机构的动力装置，当反应器模块连接到所述燃料电池电源时，其被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力。

所述动力装置可包括马达和泵，并且所述连接接口可包括第一反应物端口和第二反应物端口，所述泵设置于在所述第一反应物端口和第二反应物端口之间延伸的流体管线中。所述动力装置可包括具有驱动输出的泵马达，所述驱动输出设置在所述用于连接到所述反应器模块内的泵头的连接接口上。所述马达和泵可包括蠕动泵。所述驱动输出可包括滚轴，当反应器模块连接到所述连接接口时，所述滚轴被配置用来与在所述反应器模块内的蠕动泵头协作。所述连接接口可包括用于操作所述反应器模块的关闭阀或密封件的机械致动器。

所述动力装置可包括流量控制阀，并且所述第二连接接口可包括第一反应物端口和第二反应物端口，所述开关阀设置在所述第一反应物端口和第二反应物端口之间延伸的流体管线中。所述燃料电池电源可包括在壳体内的可接纳反应器模块的腔。

本发明进一步提供一种运行燃料电池电源的方法，其包括：

a)提供适配器，其具有：

壳体；

在所述壳体内的第一连接接口，其用于将所述适配器可拆卸地连接到燃料电池电源模块的燃料入口；

在所述壳体内的第二连接接口，其用于将所述适配器可拆卸地连接到反应器模块的燃料出口；

在所述第一连接接口和第二连接接口之间延伸的流体管线；

流量控制机构的动力装置，当反应器模块连接到所述适配器时，其被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力；

b)将所述第一连接接口连接到燃料电池电源模块；

c)将所述第二连接接口连接到反应器模块；以及

d)通过所述适配器控制燃料从所述反应器模块到所述燃料电池电源模块的输送。

该方法进一步包括通过在所述适配器内的电子控制器控制燃料输送的步骤。

根据另一个方面，本发明提供一种运行燃料电池电源的方法，其包括：

a)提供燃料电池电源，其具有：

壳体；

在所述壳体内的连接接口，其用于将所述燃料电池电源可拆卸地连接到反应器模块的燃料出口；

流量控制机构的动力装置，当反应器模块连接到所述燃料电池电源时，其被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力；

b)将所述连接接口连接到反应器模块；以及

c)使用在所述燃料电池电源内的动力装置控制燃料从所述反应器模块到所述燃料电池电源模块的输送。

根据另一个方面，本发明提供一种计算机程序，其包括被配置用来装载到用于燃料电池电源的适配器上的计算机程序代码，以配置所述适配器利用在所述适配器内的动力装置控制燃料从反应器模块到燃料电池电源的输送。

根据另一个方面，本发明提供一种计算机程序，其包括被配置用来装载到燃料电池电源上的计算机程序代码，以配置所述燃料电池电源利用在所述燃料电池电源内的动力装置控制燃料从反应器模块到所述燃料电池电源的输送。

根据另一个方面，本发明提供一种包含计算机程序代码的计算机程序，所述计算机程序代码被配置用来执行如上所述的方法。

附图说明

现将通过示例的方式并且参照附图来描述本发明的实施方案，其中：

图1是模块化燃料电池电源、适配器和在所述适配器内部署蠕动泵的反应器组件的示意图；

图2是模块化燃料电池电源、适配器和在所述适配器内部署动力装置及在所述反应器模块内部署蠕动泵的反应器组件的示意图；

图3是模块化燃料电池电源、适配器和在所述适配器内部署泵装置的反应器组件的示意图；

图4是模块化燃料电池电源、适配器和在所述适配器内部署动力装置及在所述反应器模块内部署泵头的反应器组件的示意图；

图5是模块化燃料电池电源、适配器和在所述适配器内部署马达驱动装置及在所述反应器模块内部署双泵头的反应器组件的示意图；

图6是模块化燃料电池电源、适配器和在所述适配器内部署马达驱动装置及在所述反应器模块内部署拆分泵头的反应器组件的示意图；

图7是模块化燃料电池电源、适配器和在所述适配器内部署双流体泵装置的反应器组件的示意图；

图8是模块化燃料电池电源、适配器和在所述适配器内部署双泵装置的反应器组件的示意图；

图9是适配器和反应器组件的示意性透视图；以及

图10显示适配器和反应器组件的示意性透视图和横截面图。

具体实施方式

本发明人认为，为了燃料电池电源和反应器模块的设计灵活性的增加以及燃料电池电源的最终使用者的灵活性的增加，非常期望燃料电池电源不限于与单个反应器模块设计的互通性。这意味着所述燃料电池电源的最终使用者或购买方不限于，例如，来自制造商或供应商的反应器模块。同样非常期望反应器模块仅运载最小数量的必需部件，以使得每次反应器模块用来避免损耗和降低该一次性物品的成本时，所述系统的持久部件不被更换。燃料电池电源能够充分控制所述反应器模块的运行可能也是重要的。

因此，本发明提出提供将流量控制机构的关键元件从反应器模块和燃料电池电源模块分离的接口模块，所述流量控制机构提供从反应物贮器到所述反应器模块的反应室的流量控制。

根据图1，燃料电池电源1的模块化布置包括燃料电池电源模块2、适配器模块3和反应器模块4。所述适配器模块3(本文也称为“适配器”)具有包括或限定两个单独连接接口6、7的独立壳体5。所述第一连接接口6被配置用来连接到在燃料电池电源模块壳体14上的相应接口11以及第二连接接口7被配置用来连接到在反应器模块壳体15上的相应接口12。

所述接口6、7、11、12形成适配器模块3、燃料电池电源模块2和反应器模块4的各自单独壳体5、14、15的一部分。所述接口6、7、11、12包括用于所述单独模块相互之间可拆卸接合的机械结构。这些机械结构包括用于所述接口和适合的固定机构之间的机械接触的配合面。所述固定机构可以为任何适合的类型，诸如那些使用夹具、锁、螺纹套环、摩擦配合面、磁性耦合器等及其任何组合的类型。所述配合面可包括用于确保正确对准和正确接合的插头和插座布置或锁紧面。所述接口6、7、11、12还包括多个不同的连通结构，其允许(a)燃料电池电源模块2和适配器模块3之间和(b)适配器模块3和反应器模块4之间的机械连通、电连通和流体连通。以下将更详细地描述这些。

所述燃料电池电源模块2、适配器模块3和反应器模块4的每一个均为带有各自单独壳体的整体结构。

根据熟知原理，燃料电池电源模块2包括用于从适合的燃料源产生电功率的电化学燃料电池堆(未显示)。所述燃料电池电源模块2优选为可被描述为微型燃料电池，例如具有适于超便携性的口袋大小的尺寸和具有适于为上述那些用户设备供电的能力。尽管可使用其它燃料，诸如烃，所述燃料源优选为氢。

所述燃料通过到电磁阀21和压力计22的进口20被接纳到燃料电池电源模块2，并从那里进入所述燃料电池堆(未显示)。微控制器23可为所述燃料电池堆和适配器5提供控制功能。电控制接口24提供与适配器3的连通。电池25可向燃料电池电源模块2提供功率还可通过功率接口26向所述适配器3提供功率。

所述适配器模块3包括在第一连接接口6和第二连接接口7之间延伸的流体燃料管线30。所述流体燃料管线30可并入位于第一连接接口6处的截止阀31、释压阀32和氢出口33。所述流体燃料管线30可操作用于从反应器模块4向燃料电池电源模块2传输氢燃料。所述释压阀32可被提供用于在超压情况下通向大气。在替代性布置中，释压阀可位于反应器模块4内，而不是，或者位于所述适配器模块内。

所述适配器模块3进一步包括泵34，其在该布置中为蠕动泵。微控制器35对该泵34提供控制功能性。所述微控制器35可至少部分地由在所述燃料电池电源模块内的微控制器23使用电控制接口24进行控制。

在燃料电池模块2和适配器模块3之间的接口6、11还可包括用于检测适配器模块的存在的感测机构和用于固定适配器模块的固定机构。所述感测机构和/或所述固定机构可体现在磁感测和固定结构内，所述磁感测和固定结构包括在所述适配器模块内的金属板36和在所述燃料电池电源模块2内的感测器(在图1中未显示但在其它图中通过实例表现)。

在图1的布置中，反应器模块4包括流体贮器40，其可为弹性流体贮器，诸如水袋或囊状物。所述反应器模块4具有从流体贮器40导向到位于接口12处的第一密封件42的管道41。所述第一密封件42可为可由所述适配器模块内的机械部件(由机械接口43示意性表示)开启的穿刺密封件或隔膜密封件。所述第一密封件42从而形成第一液力耦合器或接口44到适配器模块3的泵34的进口的一部分。

所述反应器模块4进一步包括位于接口12处的第二密封件45。所述第二密封件45可为可由适配器模块3内的机械部件(由机械接口46示意性表示)开启的穿刺密封件或隔膜密封件。所述第二密封件45从而形成第二液力耦合器或接口47到适配器模块3的泵34的出口的一部分。

流体管道48从第二密封件45导向到容纳反应物和/或催化剂(如果需要)的反应室49。流体管道50从反应室49导向到干燥剂室51然后到第三密封件52。所述第三密封件52可为可由所述适配器模块内的机械部件(由机械接口53示意性表示)开启的穿刺密封件或隔膜密封件。所述第三密封件52从而形成第三液力耦合器或接口54到适配器模块3的流体燃料管线30的一部分。所述反应器模块4还可包括在反应室49和第三密封件52之间的释压阀(未显示)。

适配器模块3和反应器模块4均包括用于可释放地维持所述两个模块彼此之间锁定接合的固定机构。所述固定机构可体现在机械夹具布置(作为夹具特征55和56示意性表示)中。

在使用中，反应器模块4通过接口7、12连接至适配器3，接口7、12使用固定机构55、56将所述两组成部分锁定在一起。在接口7、12处将所述两模块3、4连接的操作通过机械接口43、46、53开启密封件42、45、52，从而形成以下流体连通路径：(i)从流体贮器40到泵34；(ii)从到泵34到反应室49；以及(iii)从反应室49到燃料管线30。

随着微控制器35指令适配器3运行泵34，反应物(在一个实例中为水)从流体贮器40被泵送到反应室49中。从而产生氢并且使其通过干燥剂室51以除去水分然后进入燃料管线30。

当反应器模块4和适配器模块3连接到燃料电池电源模块2时，燃料截止阀31可由致动器(由机械接口57示意性表示)操作，以使得氢燃料可跨过接口6、11传到燃料电池电源模块2内的电磁阀21。随着反应室49内的反应进行，氢压将增强，这由微控制器23利用压力计22进行监控。考虑到燃料电池单元模块2内的燃料电池堆的氢燃料利用，与微控制器35控制来自贮器40的反应物通过泵34的流速相一致，氢压可由微控制器23控制。

在一般方面，适配器3内的连接接口6例证了用于将适配器3可拆卸地连接到燃料电池电源模块燃料进口20的第一连接接口。适配器3内的连接接口7例证了用于将所述适配器可拆卸地连接到反应器模块4的燃料出口54的第二连接接口。所述适配器模块3内的蠕动泵34例证了流量控制机构的动力装置，当反应器模块4连接到适配器3时，所述流量控制机构被配置用来向反应器模块4的流动回路提供动力。所述液力耦合器44、47例证了在所述适配器模块内的第一反应物端口和第二反应物端口，以及泵34位于在第一反应物端口和第二反应物端口之间延伸的流体管线内。

图2显示燃料电池电源101的另一种模块化布置，燃料电池电源101包括燃料电池电源模块102、适配器模块103和反应器模块104。该布置的大多数特征与图1的燃料电池电源的相应特征相同或相似，且不需要进一步详细描述。然而，101的布置在几个方面不同于布置1，这几个方面在下面讨论。

在图2的布置中，认为蠕动泵34的一部分可被重新放置到反应器模块104内。所述蠕动泵34的齿轮传动马达零件130提供于适配器模块103中，且泵头零件131提供于反应器模块104内。常闭式夹管阀132设置在蠕动泵头131的下游。例如，马达零件130可包括马达和该泵的凸轮转子部分，而泵头131可包括弹性可压缩管，其由所述凸轮转子以与传统蠕动泵运行一致的方式周期性挤压。更普遍的，所述凸轮转子可为任何适合的滚轴。在此布置中，只有所述低成本的弹性可压缩管需要形成(可能)一次性反应模块4的一部分。在替代性布置中，所述凸轮转子可提供于反应器模块4内，并且所述马达驱动提供于所述适配器模块内。马达零件130和所述泵头零件通过驱动轴(在138处示意性表示)连接使用。

在使用中，马达130的运转用来周期性压缩蠕动泵头管131以压缩流体通过常闭式夹管阀132，从而将反应物流体从流体贮器140泵送到反应室149中。

图2的布置还以对反应物流体室140的压力偏置的形式显示可选附加部件。在此实例中，所述压力偏置可为压力球160的形式，所述压力球160用于维持在流体贮器140(其为弹性球)上的压力。以这种方式辅助蠕动泵零件130、131的运转。特别地，如果扁平管用于所述蠕动泵的可压缩管部分和导向它的管道，压力球160扩张所述扁平管以确保对所述泵头的连续供应。如果需要可在干燥剂室151的下游提供另一个常闭式夹管阀161。

在一般方面，齿轮传动马达零件130(和也可能的凸轮转子零件)例证了流量控制机构的动力装置，当反应器模块104连接到适配器模块103时，所述动力装置被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力。

图3显示燃料电池电源201的另一种模块化布置，所述燃料电池电源201包括燃料电池电源模块202、适配器模块203和反应器模块204。该布置的大多数特征与图1或2的燃料电池电源的特征相同或相似，将不进行进一步详细描述。然而，201的布置在以下讨论的几个方面不同于1、101的布置。

在图3的布置中，认为泵234不需要为蠕动泵。泵234可为任何适合的泵的形式，所述泵能够通过液力耦合器244、247将反应物流体从反应物流体贮器240穿过流体管线260、261泵送到阀232然后通过管道248泵送到反应室249中。其它尤其优选的泵的类型包括电渗流泵和压电泵。

图3还显示作为可拆卸固定机构的磁铁227和金属板236，所述可拆卸固定机构用于维持燃料电池电源模块202和适配器模块203之间的相互接触。所述磁铁和金属板还可用作感测机构以，例如通过微控制器223，监控燃料电池模块202和适配器模块203之间的安全接合。

在一般方面，所述马达和泵234例证了流量控制机构的动力装置，当反应器模块204连接到适配器模块203时，所述动力装置被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力。可认为所述流动回路包括贮器240、阀232、管道248、反应室249和燃料出口254。

图4显示燃料电池电源301的另一种模块化布置，所述燃料电池电源301包括燃料电池电源模块302、适配器模块303和反应器模块304。该布置的大多数特征与图1至3的燃料电池电源的特征相同或相似，且不需要进一步详细描述。然而，301的布置在以下讨论的几个方面不同于1、101、201的布置。

在图4的布置中，认为所述泵不需要为蠕动泵，且齿轮传动马达零件330可为用于任何适合的泵头331的任何适合的马达驱动装置。齿轮传动马达零件330用来驱动通过阀332将反应物流体从贮器340泵送到反应室349中的泵头331。

在一般方面，马达零件330及其驱动输出338例证了流量控制机构的动力装置，当反应器模块304连接到适配器模块303时，所述动力装置被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力。可认为所述流动回路包括贮器340、泵头331、阀332、管道348、反应室349和燃料出口354。

图2和4的布置可提供胜过图1和3的布置的优势，即仅需要一种跨过接口7、12的液力耦合器154、354来将流体，例如，氢燃料，从反应器模块104、304运输到适配器模块103、303。不需要液力耦合器44、47。

图5显示燃料电池电源401的另一种模块化布置，所述燃料电池电源401包括燃料电池电源模块402、适配器模块403和反应器模块404。该布置的大多数特征与图4的燃料电池电源的特征相同或相似，且不需要进一步详细描述。然而，在图5的布置中，一个齿轮传动马达零件430提供于适配器模块403中，所述适配器模块403被配置用来通过驱动轴(在438处示意性表示)驱动反应器模块404内的多个泵头431a、431b。齿轮传动马达零件430用来驱动通过阀432a将反应物流体从第一贮器440a泵送到反应室449中的泵头431a。齿轮传动马达零件430还用来驱动通过阀432b将反应物流体从第二贮器440b泵送到反应室449中的泵头431b。

可当，例如，第一和第二反应物被被保持在单独的贮器440a、440b中，并被混合且在单独的反应室449内反应时，而不是在图1至4的布置(其中第一反应物被加入已存在于反应室内的第二反应物中)中，应用此布置。或者，可在需要三种反应物或两种反应物和一种催化剂材料的地方应用图5的布置，所述三种反应物或两种反应物和一种催化剂材料可被分别保持在两个流体贮器440a、440b中且反应室449用于混合。

图5的布置还可进一步适于包括两个以上贮器440a、440b(每一个均具有单独泵头431a、431b和单独阀432a、432b)。

在一般方面，马达430及其驱动输出438例证了流量控制机构的动力装置，当反应器模块404连接到适配器模块403时，所述动力装置被配置用来向所述反应器模块的两个流动回路提供动力。可认为所述流动回路包括贮器440a、440b、泵头431a、431b、阀432a、432b、管道448a、448b、反应器449和燃料出口454。

图6显示在图5的模块化布置上的变化，其中齿轮传动马达零件530用于驱动具有两个流动路径的双流体拆分泵头531并通过阀532a将反应物流体从第一贮器540a泵送到反应室549中并通过阀532b将反应物流体从第二贮器540b泵送到反应室549中。

在一般方面，马达530及其驱动输出538例证了流量控制机构的动力装置，当反应器模块504连接到适配器模块503时，所述动力装置被配置用来向所述反应器模块的两个流动回路提供动力。可认为所述流动回路包括贮器540a、540b、双流体泵头531、阀532a、532b、管道548a、548b、反应器549和燃料出口554。

图7显示在图3的模块化布置上的变化，其中双流体、双路径泵634可操作用于通过液力耦合器644a、647a将第一反应物流体从第一贮器640a穿过流体管线660a、661a泵送到阀632a然后到反应室649中，并且还可操作用于通过液力耦合器644b、647b将第二反应物流体从第二贮器640b穿过流体管线660b、661b泵送到阀632b然后到反应室649中。

在一般方面，泵634例证了流量控制机构的动力装置，当反应器模块604连接到适配器模块603时，所述动力装置被配置用来向所述反应器模块的两个流动回路提供动力。可认为所述流动回路包括贮器640a、640b、流体管线660a、660b、661a、661b、阀632a、632b、管道648a、648b、反应器649和燃料出口654。

图8显示在图7的模块化布置上的变化，其中双流体、双路径泵634被两个单独泵734a、734b替代。所述第一泵734a被配置用来通过液力耦合器744a、747a将第一反应物流体从第一贮器740a穿过流体管线760a、761a泵送到阀732a然后到反应室749中，并且还可操作用于通过液力耦合器744b、747b将第二反应物流体从第二贮器740b穿过流体管线760b、761b泵送到阀732b然后到反应室749中。

在一般方面，泵734例证了流量控制机构的动力装置，当反应器模块704连接到适配器模块703时，所述动力装置被配置用来向所述反应器模块的两个流动回路提供动力。可认为所述流动回路包括贮器740a、740b、流体管线760a、760b、761a、761b、阀732a、732b、管道748a、748b、反应器749和燃料出口754。

图9显示与反应器模块804(图9c)一起使用的用于燃料电池电源的适配器模块801、802(图9a、9b)的两个示例性物理布局。图9a显示适于与反应器模块804接合的适配器模块801。所述顶部805限定所述适配器模块和燃料电池电源模块2(图9中未显示)之间的第一连接接口。所述底部806限定适配器模块801和反应器模块804之间的第二连接接口。包括泵马达(如马达130和驱动轴138)的动力装置设置在下突出部分810中，所述下突出部分810用于在反应器模块接口812处与反应器模块804接合。

图9b显示适于与反应器模块804接合的替代适配器模块802。所述顶部807限定所述适配器模块和燃料电池电源模块2之间的第一连接接口。所述底部808限定适配器模块802和反应器模块804之间的第二连接接口。包括泵马达(如马达130和驱动轴138)的动力装置设置在延伸的下突出部分811中，所述下突出部分811用于与反应器模块804接合并进入其中。

除结合图1至9所描述的那些外，其它布置是可能的。

例如，当反应器模块包括具有足够压力促使流体从流体贮器40进入反应室49中的机械弹簧支撑室以致于不需要单独的泵(如电力操作的泵34)时，适配器模块3可用电力操作的流量控制阀代替泵34以控制通过液力耦合器44、47从流体贮器40到反应室49的流量。在这种情况下，所述适配器模块的动力装置可由流量控制阀例证。所述流量控制阀可包括用于流速的精细控制的切换阀(如简易的机电开关阀)和/或流量调节器，诸如可变孔流量控制器。

尽管上述一些实施方案优选提议在至少一个贮器40中使用流体反应物和在反应室49(所述流体反应物被泵入其中)中使用固体(如粉状)反应物，所述反应室可由两种输送并混合到反应室或在反应室内混合的流体反应物实现。所述动力装置还可被配置用来驱动固体(如粉状/颗粒)反应物，前提是所述流量控制机构被配置用来驱动此类固体颗粒通过所述泵。所述流体贮器40内的流体反应物可为化学溶液，其仅在提供于反应室49中的催化剂存在时反应。

优选地，所述适配器模块由耐用部件制成，所述耐用部件能够用于多种反应器模块变化，如部件寿命与所述燃料电池电源模块的寿命相似。所述反应器模块可由低成本、较不耐用的部件制成用于一次性使用(如完全一次性的)或者可具有适于有限寿命或延长寿命的再填充操作的寿命。理想地，所述反应器模块不具有或具有很少的耐用部件以及具有有限的或不具有车载智能，例如，以电控部件的形式。

所述适配器模块可提供根据反应器模块的特定类型以及特定燃料电池电源模块定制的控制功能和控制智能，以使得不同类型的反应器模块可成功地与不同类型的燃料电池电源模块(具有不同的物理布局(如形状因数)和不同的燃料流量控制需要)一起使用。用于使用所述适配器内的动力装置控制燃料从反应器模块到燃料电池电源模块的输送的控制功能可由所述适配器内的微控制器(如控制器35)执行，或由电源模块2内的微控制器(如控制器23)执行，或所述功能可以任何方便或策略方式在两控制器之间分配。所述控制功能可使用任何适当的专用软件和/或固件，或使用装载到适合的通用数据处理设备的软件，或以上的任何组合来实现。所述表述“微控制器”意图涵盖上述所有。用于配置此类微控制器的计算机程序可在任何计算机可读的介质上提供。所述计算机可读介质可为物理介质，诸如光学或磁介质或固态存储设备。所述计算机可读介质可包括在任何适合的数据通信信道上的瞬态信号。

任何适合的反应器模块可用于利用任何需要的反应物生成适当的燃料，诸如氢。一个实例可为预装有硼氢化钠(与来自反应物流体贮器40的水反应)的反应室49。

如果需要所述适配器模块可提供附加的功能性。例如，有可能使用由所述燃料电池电源模块在位于燃料电池膜处的氢和氧发生电化学反应期间产生的水向所述反应器模块提供进一步反应物供应。在这种情况下，所述适配器模块可从所述燃料电池电源模块提供另一个到所述反应器模块的流动管道用于水到那里的传输。

如果需要所述适配器模块的动力装置也可被配置用来向所述反应器模块提供搅拌功能(如搅拌)。

设想了用于适配器模块3和反应器模块4的其它物理布置。例如，根据图10，燃料电池电源模块装置901可包括适配器模块903，其中适配器模块903的壳体905形成一个腔，如具有通常的圆柱形状，图10b示出相应形状的反应器模块904被完全，或几乎完全接纳到其中。如之前结合图1至9所描述，反应器模块904含有流体贮器940和反应室949。反应器模块904可按图9a中的箭头指出的方向滑入适配器模块903壳体905，从而制成可供使用的适配器模块/反应器模块并用于连接到燃料电池电源模块2(图10中未显示)。

在更一般的方面，适配器模块3和反应器模块4可被形成以使得它们可一起被插入到单一整体壳体内，以形成便于携带的方便安全的装置。所述单一整体壳体可为与所述适配器模块和反应器模块的各自壳体分开的独立壳体，或者它可为适配器模块3和反应器模块4之一的壳体的一部分，在其中其它模块被整体或部分接纳，如图10所例证。在这种情况下，适配器模块3的第二连通接口7或反应器模块4的相应接口12可在各自壳体的凹进部分上，如图10所看到的。适配器模块3可限定接纳反应器模块4的腔。当所述反应器模块被插入或接纳到该腔中时，所述腔可用门、扣钩或闩装置关闭，从而形成便于携带的安全装置。类似地，反应器模块4可限定接纳所述适配器模块的腔。在这种情况下，然而，当使用时，适配器模块3的第一连通接口6将需要保持暴露以连接到燃料电池电源模块2。以上一般描述的壳体布置还适用于图2至8的所有其它实例。

在另一布置中，图10b例证的一起被插入的装置903、904可被接纳到由燃料电池电源模块2限定的壳体中，从而使得适配器模块3、903的第一连通接口6在由燃料电池电源模块壳体14限定的凹进处内与燃料电池电源模块2的相应接口11接合。因此，适配器模块3可限定接纳反应器模块4的腔并且燃料电池电源模块2可限定接纳所述一起被插入的适配器模块和反应器模块的腔。当所述反应器模块和适配器模块被插入或接纳到该腔中时，所述腔可用门、扣钩或闩装置关闭，从而形成便于携带的安全装置。

在其它布置中，适配器模块3、103、203、303、403、503、603、703的部件可被集成到燃料电池电源模块2、102、202、302、402、502、602、702中。在此布置中，流量控制机构的动力装置(如蠕动泵34、齿轮传动马达130、马达和泵234、634、734a、734b或马达330、430、530)被容纳在并集成到所述燃料电池电源模块中，并且当反应器模块连接到所述燃料电池电源时，其被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力。在此布置中，将认为可省去第一连通接口6和相应接口11，并且所述流动路径诸如流体燃料管线30和相关部件诸如截止阀31和释压阀可被集成到所述燃料电池电源模块中。所述燃料电池电源模块的动力装置有效提供了从所述反应器模块到所述燃料电池电源模块的燃料输送控制。所述动力装置优选为机械或机电装置。

其它实施方案意在处于所附权利要求书的范围内。

Claims (32)

1.一种用于燃料电池电源的适配器，其包括：

壳体；

在所述壳体内的第一连接接口，其用于将所述适配器可拆卸地连接到燃料电池电源模块的燃料入口；

在所述壳体内的第二连接接口，其用于将所述适配器可拆卸地连接到反应器模块的燃料出口；

在所述第一连接接口和第二连接接口之间延伸的流体管线；

流量控制机构的动力装置，当反应器模块连接到所述适配器时，其被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力。

2.根据权利要求1所述的适配器，其中：

所述动力装置包括马达和泵，并且

所述第二连接接口进一步包括第一反应物端口和第二反应物端口，所述泵设置于在所述第一反应物端口和第二反应物端口之间延伸的流体管线中。

3.根据权利要求1所述的适配器，其中所述动力装置包括具有驱动输出的泵马达，所述驱动输出设置在所述用于连接到所述反应器模块内的泵头的第二连接接口上。

4.根据权利要求2所述的适配器，其中所述马达和泵包括蠕动泵。

5.根据权利要求3所述的适配器，其中所述驱动输出包括滚轴，当反应器模块连接到所述第二连接接口时，所述滚轴被配置用来与在所述反应器模块内的蠕动泵头协作。

6.根据权利要求1所述的适配器，其中所述第一连接接口进一步包括用于接收来自燃料电池电源模块的控制信号和/或电功率的电连接接口。

7.根据权利要求6所述的适配器，其进一步包括连接到所述用于接收来自所述燃料电池电源模块的控制信号的电连接接口的电子控制器。

8.根据权利要求1所述的适配器，其中所述第一连接界面进一步包括连接到阀的机械致动器，当连接到所述第一连接接口时，所述机械致动器可由燃料电池电源模块操作。

9.根据权利要求1所述的适配器，其中所述第一连接界面进一步包括连接到阀的机械致动器，当连接到所述第一连接接口时，所述机械致动器可由燃料电池电源模块操作。

10.根据权利要求1所述的适配器，其中所述第二连接接口包括用于操作所述反应器模块的关闭阀或密封件的机械致动器。

11.根据权利要求7所述的适配器，其进一步包括被配置用来控制所述动力装置的控制器。

12.根据权利要求1所述的适配器，其中：

所述动力装置包括流量控制阀，并且

所述第二连接接口进一步包括第一反应物端口和第二反应物端口，所述开关阀设置于在所述第一反应物端口和第二反应物端口之间延伸的流体管线中。

13.一种模块化反应器组件，其包括根据前述权利要求中任一项所述的适配器和反应器模块，

所述反应器模块具有被配置用来与所述适配器的第二连接接口接合并协作的连接接口。

14.根据权利要求13所述的模块化反应器组件，其中所述反应器模块包括：

含有第一反应物的反应物贮器，

含有第二反应物的反应室；

流动回路，其包括在所述反应物贮器和所述反应室之间延伸的流动路径；以及

在所述流动路径内的流量控制元件，其用于控制第一反应物到所述反应室的流量，当所述反应器模块连接到所述适配器的第二连接接口时，所述流量控制元件可由所述适配器的动力装置驱动。

15.根据权利要求13所述的模块化反应器组件，其中所述反应器模块包括：

含有第一反应物的反应物贮器，

含有第二反应物的反应室；以及

流动回路，其包括从所述反应物贮器延伸至所述反应器模块连接接口的第一流动路径以及从所述反应器模块连接接口延伸至所述反应室的第二流动路径；以及

其中所述适配器包括：

在所述第二连通接口中分别与所述反应器连接接口的第一流动路径和第二流动路径接合的第一反应物端口和第二反应物端口，

其中所述动力装置包括位于在所述第一反应物端口和所述第二反应物端口之间延伸的流体管线内的流量控制元件，当反应器模块连接到所述适配器的第二连接接口时，所述流量控制元件用于控制第一反应物通过所述适配器的流体管线到所述反应室的流量。

16.根据权利要求13所述的模块化反应器组件，其中所述适配器限定一个接纳所述反应器模块的腔。

17.根据权利要求16所述的模块化反应器组件，其中当所述反应器模块被接纳到该腔内时，所述腔可被关闭。

18.根据权利要求13所述的模块化反应器组件，其中所述反应器模块限定一个接纳所述适配器模块的腔。

19.一种燃料电池电源，其包括：

壳体；

在所述壳体内的连接接口，其用于将所述燃料电池电源可拆卸地连接到反应器模块的燃料出口；

流量控制机构的动力装置，当反应器模块连接到所述燃料电池电源时，其被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力。

20.如权利要求1所述的燃料电池电源，其中：

所述动力装置包括马达和泵，并且

所述连接接口进一步包括第一反应物端口和第二反应物端口，所述泵设置于在所述第一反应物端口和第二反应物端口之间延伸的流体管线中。

21.根据权利要求19所述的燃料电池电源，其中所述动力装置包括具有驱动输出的泵马达，所述驱动输出设置在所述用于连接到所述反应器模块内的泵头的连接接口上。

22.根据权利要求20所述的燃料电池电源，其中所述马达和泵包括蠕动泵。

23.根据权利要求21所述的燃料电池电源，其中所述驱动输出包括滚轴，当反应器模块连接到所述连接接口时，所述滚轴被配置用来与在所述反应器模块内的蠕动泵协作。

24.根据权利要求19所述的燃料电池电源，其中所述连接接口包括用于操作所述反应器模块的关闭阀或密封件的机械致动器。

25.如权利要求19所述的燃料电池电源，其中：

所述动力装置包括流量控制阀，并且

所述第二连接接口进一步包括第一反应物端口和第二反应物端口，所述开关阀设置于在所述第一反应物端口和第二反应物端口之间延伸的流体管线中。

26.根据权利要求19所述的燃料电池电源，其进一步包括在所述壳体内的可接纳反应器模块的腔。

27.一种运行燃料电池电源的方法，其包括：

a)提供适配器，其具有：

壳体；

在所述壳体内的第一连接接口，其用于将所述适配器可拆卸地连接到燃料电池电源模块的燃料入口；

在所述壳体内的第二连接接口，其用于将所述适配器可拆卸地连接到反应器模块的燃料出口；

在所述第一连接接口和第二连接接口之间延伸的流体管线；

流量控制机构的动力装置，当反应器模块连接到所述适配器时，其被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力；

b)将所述第一连接接口连接到燃料电池电源模块；

c)将所述第二连接接口连接到反应器模块；以及

d)通过所述适配器控制燃料从所述反应器模块到所述燃料电池电源模块的输送。

28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括通过在所述适配器内的电子控制器控制燃料输送的步骤。

29.一种运行燃料电池电源的方法，其包括：

a)提供燃料电池电源，其具有：

壳体；

在所述壳体内的连接接口，其用于将所述燃料电池电源可拆卸地连接到反应器模块的燃料出口；

流量控制机构的动力装置，当反应器模块连接到所述燃料电池电源时，其被配置用来向所述反应器模块的流动回路提供动力；

b)将所述连接接口连接到反应器模块；以及

c)使用在所述燃料电池电源内的动力装置控制燃料从所述反应器模块到所述燃料电池电源模块的输送。

30.一种计算机程序，其包括被配置用来装载到用于燃料电池电源的适配器上的计算机程序代码，以配置所述适配器利用在所述适配器内的动力装置控制燃料从反应器模块到燃料电池电源的输送。

31.一种计算机程序，其包括被配置用来装载到燃料电池电源上的计算机程序代码，以配置所述燃料电池电源利用在所述燃料电池电源内的动力装置控制燃料从反应器模块到所述燃料电池电源的输送。

32.一种计算机程序，其包括被配置用来执行根据权利要求27至29中任一项所述的方法的计算机程序代码。