CN111542491B - 气体生成设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化装置，该催化装置包括：中空主体、容纳在该中空主体中的活塞、用于生成气体的反应的催化剂，该反应通过使反应性液体与该催化剂接触而进行，该催化剂被容纳在催化室中，该活塞和该中空主体限定用于容纳可压缩流体的密封的压缩室，并且该活塞和该中空主体在该催化室对该反应性液体气密的封闭位置和用于使该反应性液体进入该催化室的打开位置之间能够相对于彼此移动，该催化装置被设计为在该可压缩流体容纳在该压缩室中且施加到该活塞的力不小于封闭力时，从该打开位置移动到该封闭位置，在该可压缩流体容纳在该压缩室中且施加到该活塞的力小于封闭力时，从该封闭位置移动到该打开位置。

Description

气体生成设备
技术领域
本发明主要涉及一种基于使反应性液体与催化剂接触而生成气体、特别是二氢的设备。
背景技术
公知的用于生成二氢的方法在于使氢化物水溶液(例如硼氢化钠溶液)与氢化物的水解反应的催化剂(例如由钴、铂、钌或镍形成的催化剂)接触。通过与催化剂接触而发生该水溶液的水解反应，从而生成二氢。
作为示例，WO 2012/003112A1和WO 2010/051557A1均描述了用于实施这种催化的氢化物水解的设备。在这些文献中描述的气体生成设备均包括在操作中容纳氢化物水溶液的外壳以及限定催化室的催化装置，该催化室容纳氢化物水溶液的水解的催化剂。该催化装置包括主体和可移除的盖子。在催化装置的封闭位置，盖子和主体一起将催化剂与氢化物水溶液隔离。这样就不会生成二氢。在催化装置的打开位置，将盖子设置成与主体隔开距离。氢化物水溶液然后与催化剂接触，从而开始生成二氢，该二氢通过排出阀从该外壳排出。
为了避免外壳内部产生的二氢压力过高，在WO 2012/003112A1中描述的催化装置包括采用固定到主体和盖子的中空圆柱管形式的弹性体膜。所述主体还包括排放口，该排放口的一端在外壳外部露出并且其相对端在膜的内部空间内部，从而使得所述膜的内部空间中的压力等于大气压。因此，当外壳中的二氢压力产生大于封闭力的力时，则在所述力的作用下，盖子被推向主体，从而通过扭转作用使弹性体膜收缩，直到处于催化装置的封闭位置。当外壳中的压力产生小于所述封闭力的力时，则试图返回至其平衡位置的弹性体膜被展开并将盖子释放到催化装置的打开位置，从而使氢化物水溶液能够接近催化剂。
然而，为了确保弹性体膜的收缩和最佳展开，膜的高度必须小，这限制了基于氢化物的水溶液接近催化剂并限制了二氢产率。
此外，催化装置的封闭力由弹性体膜的刚度决定，弹性体膜的刚度取决于弹性体膜的形状、弹性体膜的尺寸(特别是其厚度)和弹性体膜的机械特性(特别是弹性)。因此，设计弹性体膜的尺寸以确保有效的水解是复杂的。
因此，需要一种克服上述缺点的基于使反应性液体与催化剂接触而生成气体的有用设备。
发明内容
为此，本发明提出了一种催化装置，该催化装置包括：
-中空主体；
-活塞，所述活塞容纳在所述中空主体中；
-气体生成反应的催化剂，所述气体生成反应基于使反应性液体与所述催化剂接触而进行，所述催化剂被容纳在催化室中；
所述活塞和所述中空主体限定用于容纳可压缩流体的气密压缩室，并且在所述催化室对所述反应性液体气密的封闭位置和用于使所述反应性液体进入所述催化室的打开位置之间能够相对于彼此移动；
所述催化装置被配置为在所述可压缩流体容纳在所述压缩室中并且施加到所述活塞的力大于或等于封闭力时，从所述打开位置切换到所述封闭位置，在所述可压缩流体容纳在所述压缩室中并且施加到所述活塞的力小于所述封闭力时，从所述封闭位置切换到所述打开位置。
所述“封闭力”对应于催化装置开始处于封闭位置的最小力。
如将在下文清楚地显现的，根据本发明的催化装置使得可以无需采用参考压力(特别是大气压)来限定封闭力。因此，简化了催化装置的制造。此外，活塞的冲程可以很容易地适应于对应气体生成需求。如下文将详细描述的，因此可以促进反应性液体进入催化室并优化反应性液体接近催化剂。因此，与现有技术的催化装置相比，可以减少催化剂的量，同时保留至少相等、甚至更大的产率。此外，如将在下文中更清楚地呈现的，根据本发明的催化装置可以容纳各种形式的催化剂，这使得可以简化催化剂的形成方法。此外，通过在极限打开位置处，即在活塞处于其冲程末端的位置处，调节可压缩流体的体积和/或压力，可以容易地限定封闭力。最后，根据本发明的催化装置使得可以省去用于调节压缩室内的压力的装置(诸如压力传感器和伺服控制单元)的实施。因此，该催化装置可以自主运行，而不需要其它的电源装置来使活塞相对于中空主体移动。
此外，本发明可以包括一个或多个以下可选特征。
所述催化剂优选地适于催化包括氢化物的水溶液的水解。优选地，所述催化剂包括大于95.0％的、甚至大于99.0％的选自铂、钌、钴、镍及其合金的金属。
优选地，所述催化剂固定到、优选地刚性固定到所述活塞和/或所述中空主体。
特别地，所述催化剂可以以厚度大于1mm的块的形式设置在催化支撑件上，所述催化支撑件优选是多孔的。该催化支撑件可以由陶瓷、聚合物或优选地由金属材料形成。特别地，催化剂可以设置在催化支撑件的各个孔中。优选地，基于所述催化支撑件的重量和所述催化剂的重量之和表示的所述催化剂的重量百分比大于50.0％。
作为变型，催化剂可以为厚度小于1mm的覆盖物的形式。
所述可压缩流体可以容纳在所述压缩室中。
优选地，所述可压缩流体为气体，该气体优选地选自惰性气体和空气。空气具有低成本的优势。惰性气体因其惰性化学特性而优选。
在极限打开位置处所述可压缩流体的压力可以等于、甚至大于大气压。优选地，在催化装置包括支座并且该支座被设置成使得所述活塞在极限打开位置抵靠所述支座的变型中，在极限打开位置处，可压缩流体的压力大于1.1巴，甚至优选地大于1.2巴。该“压力”是相对于真空中的零压力基准定义的。
优选地，在所述封闭位置所述压缩室中的可压缩流体的压力大于在所述极限打开位置所述压缩室中的可压缩流体的压力。
优选地，在所述封闭位置，所述压缩室中的可压缩流体的压力大于大气压。
优选地，所述活塞和所述中空主体在所述打开位置和所述封闭位置之间能够相对于彼此平移和/或旋转移动。优选地，所述活塞能够相对于所述中空主体沿单个轴线平移移动。优选地，所述中空主体符合引导所述活塞平移。优选地，所述中空主体包括中空圆柱形引导筒，该引导筒符合引导活塞平移。
优选地，在所述压缩室中没有容纳活塞返回部件，该活塞返回部件特别是弹簧。
优选地，所述活塞和所述中空主体限定所述催化室。因此，催化装置易于制造，催化室和压缩室由相同的单元限定。
在一个实施方式中，所述中空主体可以为单块式。作为变型，所述中空主体可以包括一个部件，插塞可移除地安装在该部件上。
所述中空主体可以包括安全阀，所述安全阀被配置为从所述压缩室排出所述可压缩流体。
所述催化装置优选地包括支座，该支座被设置成使得所述活塞在极限打开位置处抵靠所述支座。
在一个实施方式中，所述中空主体可以包括具有中空圆柱形引导筒的部件、储罐和流体连接构件，其中，所述中空圆柱形引导筒符合引导活塞，所述流体连接构件将所述部件连接到所述储罐。例如，引导筒可以设置在气体生成设备的外壳中，而储罐可以设置在所述外壳的外部。因此，通过将可压缩流体体积远程地设置在外壳的外部，增加了外壳中的可供液体进入的体积。
所述活塞优选地包括盖子，在所述封闭位置，所述盖子承载在所述中空主体上且完全封住开口，并且在所述打开位置，所述盖子与所述中空主体隔开距离设置。
优选地，在打开位置，当所述外壳的内部空间容纳反应性液体时，所述催化剂的不与所述活塞和/或所述中空主体接触的表面的大于50％、优选地大于80％、更优选地大于90％、甚至特别是全部暴露于反应性液体。
优选地，所述催化剂的至少一部分固定到中空主体和/或活塞。
优选地，在极限打开位置处，封闭力大于可压缩流体的压力对活塞施加的力。
本发明还涉及一种气体生成设备，包括限定用于容纳反应性液体的内部空间的外壳、以及根据本发明的催化装置，所述设备被配置为使得在所述内部空间容纳所述反应性液体时，在所述催化装置的所述打开位置，所述催化室与所述内部空间流体连接，从而通过使所述反应性液体与所述催化剂接触而生成所述气体；以及在所述催化装置的所述封闭位置，所述催化剂与所述反应性液体隔离。
优选地，所述催化装置至少部分地、甚至完全地设置在所述外壳的内部空间内部。
特别地，所述催化装置的中空主体可以包括具有中空圆柱形引导筒的部件、储罐和流体连接构件，其中，所述中空圆柱形引导筒符合引导活塞，所述流体连接构件将所述部件连接到所述储罐，所述储罐设置在所述外壳的内部空间的外部。
在一个实施方式中，当所述外壳的内部空间容纳所述反应性液体时，所述活塞在所述封闭位置比在所述打开位置更靠近所述反应性液体的自由表面。
所述外壳可以容纳反应性液体。优选地，在极限打开位置处，压缩室中的可压缩流体的压力大于内部空间中的气体压力。
此外，所述设备可以包括至少两个催化装置。
本发明还涉及一种用于对根据本发明的装置进行尺寸设计的方法，其中：
-通过选择至少一个参数来限定活塞在封闭位置和极限打开位置之间的冲程，该至少一个参数选自封闭力、压缩室在极限打开位置的容积、在极限打开位置处的可压缩流体的压力以及引导筒的直径(如果合适)，或者
-通过选择至少一个参数来限定封闭力，该至少一个参数选自压缩室在极限打开位置的容积、极限打开位置处的可压缩流体的压力、活塞的冲程以及引导筒的直径(如何合适)。
所述极限打开位置可以通过支座来限定，该支座被布置成使得活塞在极限打开位置处抵靠所述支座。
本发明还涉及一种气体生成方法，所述气体生成方法基于使反应性液体与气体生成反应的催化剂接触而进行，所述方法包括以下连续步骤：
i)获得根据本发明的设备，其中，所述外壳的内部空间容纳所述反应性液体；
ii)将所述催化装置置于所述打开位置，以使所述反应性液体与所述催化剂接触。
优选地，所述气体为二氢，所述催化剂适于催化包括氢化物的水溶液的水解，优选地，所述催化剂包括大于95.0％的选自铂、钌、钴、镍及其合金的金属，以及所述反应性液体为包括氢化物的水溶液。
本发明最后涉及一种发电机，包括：
-燃料电池，所述燃料电池用于通过气体氧化产生电流；
-根据本发明的气体生成设备，
所述装置与所述燃料电池流体连接并且被配置为向所述燃料电池供应所述气体。
附图说明
通过阅读以下以说明性的且非限制性的方式提供的详细的描述和示例以及对附图的研读，本发明的其它特征、变型和优点将更清楚地显现，其中：
-图1和图2以纵向平面上的横截面示出了根据本发明的气体生成设备的示例，其中，催化装置分别处于打开位置和封闭位置；
-图3至图8示出了根据本发明的催化装置的不同变型；以及
-图9和图10为分别示出在借助非本发明的设备和根据本发明的设备实施用于生成二氢的方法期间，该非本发明的设备和根据本发明的设备的流速的趋势和外壳中的压力的趋势的曲线图。
贯穿各个附图，不一定要遵循形成所述设备和所述装置的不同部件和单元的缩放和比例。此外，为了清楚起见，可以将各个部件表示为彼此不接触，尽管它们实际上是彼此接触的。此外，不同的附图标记可以表示同一个部件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的生产气体生成设备5的示例。
所述设备包括限定内部空间15的外壳10，在外壳中布置了根据本发明的催化装置20。
在图1所示的示例中，所述外壳容纳反应性液体25。例如，当该设备用于产生二氢时，该外壳中容纳的反应性液体为包括例如硼氢化钠和/或硼氢化钾的氢化物水溶液。此外，在气体生成之前，该内部空间可以不容纳反应性液体。
所述外壳包括沿纵向方向X延伸的侧壁30、在纵向方向X平行于重力方向并与重力方向相反取向(如图1所示)时限定该外壳的底部的底壁35、以及具有气体排放口45的顶壁40。如图1和图2所示，阀50可以设置在该气体排放口中。
在图1的示例中，该催化装置布置在该外壳的内部空间中，并固定到该外壳的底部。然而，可以设想催化装置的其它布置。例如，可以将催化装置固定到该侧壁中的至少一者或固定到该顶壁。此外，催化装置可以部分地布置在该内部空间的外部，如图7所示。催化装置甚至可以完全地布置在该内部空间之外。
图1和图2中所示的催化装置包括中空主体55，活塞60容纳在该中空主体中。该中空主体和该活塞一起限定了容纳可压缩流体的压缩室65。在图1和图2的示例中，该压缩室容纳所述可压缩流体70。在图1和图2的示例中，该中空主体包括部件75以及可移除地安装在该部件上的插塞85，该部件75具有在厚度上穿过该部件的壁的孔80。该孔形成在该部件的与该外壳的底部接触的壁上，并且该外壳的底部包括在该部件的该孔上出现的孔90。这样，通过从该部件上移除插塞，可以用该可压缩流体填充该压缩室。为了确保对可压缩流体的气密性，当将插塞安装在该部件上时，优选地在该插塞的顶部上形成在该部件和该插塞之间夹置的紧密密封件。在未示出的变型中，该活塞具有由可移除插塞形成的孔，以便将可压缩流体引入压缩室。在另一变型中，孔80设有充气阀，用于根据所述装置的预期应用来调节可压缩流体的压力。例如，根据催化装置的变型实施方式，压缩室中没有可压缩流体，则将催化系统置于封闭位置，并且在设定催化系统至打开位置之前的不到一个小时，甚至小于10分钟，甚至小于5分钟，经由充气阀将可压缩流体注入压缩室。
如上所述，该压缩室是密封的。因此，当该可压缩流体容纳在该压缩室中时，该可压缩流体从所述压缩室的泄露基本上为零。
此外，该中空主体包括安全阀92，该安全阀92设置在该主体的壁和外壳的壁中形成的孔中。该安全阀被配置成使得当压缩室中的压力超过临界值时，打开该安全阀，从而将该外壳与该外壳外部的环境94(优选处于大气压下)流体连通。
该活塞和该中空主体相对于彼此是可移动的，优选地平移地和/或旋转地移动。优选地，该活塞和该中空主体在打开位置和封闭位置之间沿单个轴线相对于可彼此平移移动，如图1和图2所示。显然，如在所述附图中清楚地看到的，可以将催化装置布置在多个打开位置。特别地，当该活塞达到其冲程时，将该催化装置置于极端打开位置。
在图1和图2所示的示例中，该中空主体包括具有轴线Y、优选地旋转轴线Y的中空圆柱形引导筒100，并且该活塞包括活塞头105，该活塞头的一个面部分地限定了该压缩室。该活塞头在图1和图2中采用了板的形式，但是可以设想其它形式。此外，在图1和图2所示的示例中，当活塞头与设置在引导筒的内壁上的支座95接触时，所述催化装置处于极端打开位置。
活塞头具有在垂直于引导筒的轴线Y的平面中观察到的截面，该截面的形状与该引导筒的内壁的截面互补，以紧密地密封压缩室。为了进一步提高所述密封性，活塞头可以包括承载在引导筒的内壁上的环形密封件108。
此外，活塞包括与引导筒同轴的轴110，该轴110的一端刚性地固定到活塞头，而盖子115刚性地固定到该轴的相对端。将基于使催化剂与反应性液体接触而产生气体的反应的催化剂118设置在该盖子上。在催化装置的封闭位置，催化剂被容纳在该中空主体中。
在封闭位置，该盖子搁置于该中空主体上。因此，如在图2中清楚显示的，活塞和中空主体一起限定了催化室120。
在图1的示例中，所述中空主体还包括肩部125，该肩部125延伸有环形部分128，该环形部分的端面的顶部上有密封件130，在封闭位置处，盖子115置于该密封件130上。由该肩部和该环形部分形成的组件限定了用于在封闭位置容纳催化剂的容器。该环形部分是圆柱形的、优选是旋转的，并且该环形部分的轴线可以与该引导筒的Y轴线重合。该环形部分的直径DA大于活塞头的直径DP，这两个直径是与该环形部分的Y轴成角度地进行测量的。该环形部分的直径大于该导引部分的直径和活塞头的直径，这还使得可以限定大容积的催化室，从而有利于在打开位置反应性液体与催化剂之间的交换。在未示出的实施方式中，所述装置可以既不包括肩部也不包括环形部分，并且在封闭位置，该盖子可以直接搁置到顶部可以有密封件的该导引筒上。在一变型中，该盖子的面向催化室的面可以覆盖有柔性聚合物层(例如，硅树脂层或“三元乙丙橡胶(epdm)”弹性体层)，以确保在封闭位置的催化室的密封性。
在图1的示例中，催化剂118设置在固定到盖子115上的催化支撑件119上。作为变型，催化剂可以设置在活塞上。在另一变型中，催化剂可以设置在中空主体上和/或固定到中空主体。特别地，催化剂可以设置在肩部125和/或环形部分128上。在另一变型中，催化剂的一部分可以设置成与中空主体接触，催化剂的另一部分可以设置在活塞上。
关于催化剂的形式，催化剂可以采取厚度小于1mm的覆盖物的形式，该覆盖物例如沉积在该盖子的其法线朝向催化室取向的表面上或中空主体的壁的内表面上(例如，沉积在环形部分128的或肩部125的内壁上)。该覆盖物可以化学或电化学或通过物理气相沉积或化学气相沉积来沉积。
如上所述，作为变型，催化剂可以沉积在多孔催化支撑件的孔中。
下面借助于如例如图1所示的根据本发明的催化装置来实施根据本发明的方法。
在生成气体之前，优选地将催化装置置于封闭配置。因此，防止了气体的生成，容纳在外壳中的反应性液体不能够渗透到催化室中。为了引发气体的生成，然后将催化装置置于打开位置。
在变型中，在生成气体之前，可以将催化装置置于打开位置。开始生成气体，外壳中的气体压力增大，直到该压力施加在催化装置上的合力将催化系统置于封闭位置。
在另一变型中，在生成气体之前，所述外壳可以包括处于压力下的反应性液体，并且由处于压力下的反应性液体的压力施加的力将催化系统保持在封闭位置，直到开始生成气体为止。
作为变型，在生成气体之前，将催化装置放置在打开位置，并且外壳中没有反应性液体。然而，外壳可以容纳除反应性液体以外的液体(例如水)，但是该液体在与催化剂接触时不发生反应以生成气体。例如，为了引发气体生成反应，将盐(特别是硼氢化物)倾注入内部空间，以通过溶解在水中形成反应性液体。
在生成气体之前，在外壳的内部空间中普遍存在反应性液体初始压力。该初始压力小于或等于、甚至等于压缩室中的压力。特别地，该初始压力可以等于大气压。
在生成气体之前催化装置处于打开位置并且可压缩流体的压力大于外壳中的压力的变型中，可压缩流体在活塞上施加推力，以便增大压缩室的容积。优选地，催化装置包括支座(诸如例如在图1所示的标记为95的支座)，以便限制活塞在中空主体的冲程，从而限定了极限打开位置。
在产生任何气体之前催化装置处于打开位置并且压缩室中的压力等于外壳中的压力的变型中，由可压缩流体和反应性液体的压力的作用产生的作用力以及活塞的重量而产生的作用力抵消，从而限定了催化装置的极限打开位置。
在打开位置，容纳在外壳中的反应性液体可以通过在活塞和中空主体之间限定的孔渗透入催化室。反应性液体与催化剂接触，从而产生气体。然后，气体通过浮力作用从催化室排出到外壳的内部空间，如箭头S所示。由于外壳的供气体进入的容积是有限的，因此外壳中的气体压力和反应性液体的压力增大。值得注意的是，只要反应性液体与催化剂接触，就会产生气体，并且气体的压力和反应性液体的压力就会增大。此外，容纳在外壳中的气体可以通过排出阀从外壳中排出。
由于外壳中的压力大于压缩室中可压缩流体的压力，因此对活塞产生的作用力使活塞发生移位，该活塞压缩可压缩流体。压缩室的容积减小并且压缩室的可压缩流体的压力增大。活塞的压缩移动继续进行，直到压缩室中的压力与外壳中的压力达到平衡为止。因此，可以将催化装置设置在极限打开位置和封闭位置之间的中间打开位置。在图2的示例中，外壳中的压力等于阈值压力，使得将催化装置置于封闭位置。在图1和图2的示例中，通过活塞的移位来封闭催化装置是通过用盖子115覆盖环形部分128来实现的，从而封闭催化室。然后，抑制了气体的产生，在封闭位置，催化室对反应性液体是气密的。然后，容纳在外壳中的反应性液体不再能够渗透到催化室中。因此，一旦外壳中的压力导致施加在活塞上的力大于或等于封闭力，则就将催化装置置于封闭位置。在催化装置供应燃料电池的变型中，则将在封闭催化装置之前仍容纳在外壳中的产生的气体通过所述阀从外壳排出。
因此，反应性液体的压力变得小于或等于压缩室中可压缩流体的压力。这样对活塞产生的作用力然后使得可压缩流体将活塞从封闭位置推回到打开位置，甚至推到极限打开位置。然后，反应性液体再次与催化剂接触，并且重新开始产生气体。因此，只要使反应性液体与催化剂接触导致气体产生，打开/封闭循环的连续过程就会持续。
此外，如先前已经详细描述的，催化装置的尺寸可以适应于与通过催化装置产生的气体的使用相关的特定限制。例如，当产生的气体为二氢并用于提供给燃料电池时，催化装置的尺寸可以设计成使得该设备的输出端的二氢具有与燃料电池的最佳产率所需的压力相对应的压力。
特别地，可以通过选择至少一个参数来限定活塞在封闭位置和极限打开位置之间的冲程，该至少一个参数选自封闭力、极限打开位置的压缩室的容积、极限打开位置的可压缩流体的压力以及引导筒的直径(如何合适)。作为变型，可以通过选择至少一个参数来限定封闭力，该至少一个参数选自极限打开位置的压缩室的容积、极限打开位置的可压缩流体的压力、活塞的冲程以及引导筒的直径(如何合适)。
因此，可以优化在打开位置催化剂对反应性液体的暴露，同时保持紧凑的装置，该紧凑装置在气体生成设备内占据有限的体积。
例如，图3和图4示出了催化装置的示例，这些催化装置设置在极限打开位置并且被配置为在相同的封闭力下到达其封闭位置。图3和图4的催化装置包括相同的中空主体和活塞，区别仅在于它们在极限打开位置处所容纳的可压缩流体的体积不同。值得注意的是，对于这两个催化装置，在极限打开位置的可压缩流体的压力是相同的。对于极限打开位置和封闭位置之间的相同压力变化，图3的催化装置的活塞的冲程C1大于图4的催化装置的活塞的冲程C2。因此，与图4的催化装置相比，在极限打开位置和封闭位置之间，图3的催化装置更有利于催化剂对反应性液体的暴露。然而，图4中所示的催化装置确实具有比图3中所示的催化装置紧凑性更好的优点。
图5和图6示出了被配置成在相同的封闭力下到达其封闭位置的催化装置。图6的催化装置与图5的催化装置的不同之处在于，图6的催化装置具有较大直径的引导筒。在极限打开位置处，图5和图6的催化装置包括相同体积的可压缩流体。此外，在极限打开位置处的可压缩流体的压力对这两个装置是相同的。对于极限打开位置和封闭位置之间相同的压力变化，图5的催化装置的活塞的冲程C3大于图6的催化装置的活塞的冲程C4。因此，与图6的催化装置相比，在极限打开位置和封闭位置之间，图5的催化装置更有利于催化剂对反应性液体的暴露。
图7所示的设备与图1所述的设备的不同之处在于催化装置部分地设置在外壳内。该催化装置具有主体、储罐135以及流体连接构件140，所述主体包括具有其中容纳有活塞的中空圆柱形引导筒100的部件，所述流体连接构件将所述部件连接到所述储罐。流体连接构件可以为如图7所示的柔性管或可以为刚性连接器。该流体连接构件可以可拆卸地安装，例如拧到该部件或外壳上。作为变型，该流体连接构件和该部件限定了整体式组件。关于储罐，在图7的示例中，储罐设置在外壳的外部。作为变型，储罐可以设置在外壳中。此外，如图7所示，储罐可以包括在厚度上穿过储罐的壁的孔145，在该孔145上安装有可移除的罐塞150。因此，可以将可压缩流体注入压缩室，例如在产生气体之前或在产生气体之间可以将可压缩流体注入压缩室，以补偿可压缩流体的任何泄露。
图8所示的设备与图1所述的设备的不同之处在于，催化装置使得活塞的盖子115面向外壳的底部35。为了允许活塞在外壳中移位，催化装置通过固定凸耳形式的间隔件160与外壳保持一定距离。当内部空间容纳如图所示的反应性液体时，活塞在催化装置的打开位置处比在封闭位置处，距反应性液体的自由表面165的距离更大。图8中所示的设备具有以下优点：当在外壳中气体产生之后剩余的反应性液体的体积较低时，允许催化剂暴露于反应性液体。其特别适用于这样的情况：当外壳的内部空间完全充满反应性液体时，催化装置的高度大于外壳中的反应性液体的高度，该高度是在重力方向上测量的。
示例
通过以下非限制性示例说明本发明。
比较例
利用如图1所示的设备执行气体生成测量，其中设置有WO 2012/003112中所描述的浮标形式的催化装置。该催化装置包括沉积在金属上的700毫克(mg)钴钌、重量为400毫克的多孔金属催化支撑件以及具有1600毫升(ml)容积的外壳内部空间，该内部空间容纳500克(g)的硼氢化钠溶液。该催化装置的压缩室容纳空气。
所述设备连接到可调流量计，该流量计实行的设定值流速为1000ml/min。
图9示出了通过在外壳中使氢化物溶液与催化剂接触而产生的二氢压力Pg以及在气体生成期间二氢的流速Dg随着实施生成二氢的方法的时间t变化的趋势。
在t0＝0时，催化装置置于打开配置。反应性液体渗入催化室并与催化剂接触。立即达到设定值流速，该催化室内的压力增大，直到活塞被推回到封闭位置。从而发生WO2012/003112的浮标的打开和封闭循环，使得在整个气体生成期间保持设定值流速，直到压力达到1.1巴。外壳中的二氢压力在t1＝110分钟时降低。从这时起，外壳中的压力等于大气压。现有技术的设备不再能够产生足够量的气体以确保设定值流速。从而产生总体积V1＝110升的气体。氢化物保留在水溶液中，但是该氢化物在溶液中的低浓度以及对催化剂的接触受限导致所产生的气体的流速变小，该气体流速小于设定值流速。
因此，定义为现有技术方法的产生的氢的总重量与溶液的总重量之比的方法的产率为1.8％。
根据本发明的示例
利用图1所示的设备执行气体生成测试，该设备包括与比较示例相同量的催化剂和硼氢化钠溶液。
催化装置的尺寸设计成使得在极限打开位置，压缩室内的气体压力等于1.25巴。
图10示出了外壳中的二氢压力Pg以及二氢的流速Dg随着实施产生二氢的方法的时间t变化的趋势。
在时刻t0＝0时，催化系统置于打开位置。从所述方法实施的第一个循环开始，产生气体并且达到产生的气体的设定值流速(值为1000ml/min)。
气体继续产生，直到氢化物浓度太低而无法维持设定值流速(时刻t1＝180min)为止，如图10所示。从而产生总体积V2＝180升的二氢。
因此，根据本发明的方法的二氢产率为3.0％。
从本说明书可以清楚地看出，通过配备有根据本发明的装置的设备，可以容易地根据所产生的气体的预期应用来调节气体的产生，特别是二氢的产生。值得注意的是，可以通过与活塞的冲程以及在极限打开位置的可压缩流体的压力和体积相匹配的选择来设置该设备输出端处的气体压力范围。本发明使得可以高效、可靠和安全地以高产率引发二氢产生。
显然，本发明并不限于根据本发明的设备和装置的实施方式以及所描述和所示出的方法的实现模式。
值得注意的是，催化装置可以设置在该设备的外壳的外部。外壳可以包括除氢化物水溶液以外的反应性液体，以及用于产生除二氢以外的气体(例如氧气)。

Claims (16)

1.一种催化装置(20)，包括：
-中空主体(55)；
-活塞(60)，所述活塞(60)容纳在所述中空主体中；
-气体生成反应的催化剂，所述气体生成反应基于使反应性液体(25)与所述催化剂(118)接触而进行，所述催化剂被容纳在催化室(120)中；
所述活塞和所述中空主体限定容纳可压缩流体(70)的气密压缩室(65)，并且能够在所述催化室对所述反应性液体气密的封闭位置和用于使所述反应性液体进入所述催化室的打开位置之间相对于彼此移动；
所述中空 主体包括部件(75)，所述部件(75)具有在厚度上穿过所述部件的壁的孔(80)，所述孔(80)设有充气阀，
所述催化装置被配置为在施加到所述活塞的力大于或等于封闭力时，从所述打开位置切换到所述封闭位置，并且在施加到所述活塞的力小于所述封闭力时从所述封闭位置切换到所述打开位置，所述催化装置包括支座，该支座被设置成限定极限打开位置，使得所述活塞在所述极限打开位置处抵靠所述支座，并且在所述极限打开位置处，所述可压缩流体的压力大于1.1巴。
2.根据权利要求1所述的催化装置，其中，所述催化剂适于催化包括氢化物的水溶液的水解。
3.根据权利要求2所述的催化装置，其中，所述催化剂包括多于95.0％的选自铂、钌、钴、镍及其合金的金属。
4.根据权利要求1所述的催化装置，其中，所述可压缩流体为气体。
5.根据权利要求4所述的催化装置，其中，所述可压缩流体选自惰性气体和空气。
6.根据权利要求1所述的催化装置，其中，所述中空主体包括安全阀(92)，所述安全阀(92)被配置为从所述压缩室排出所述可压缩流体。
7.根据权利要求1所述的催化装置，其中，在所述封闭位置处所述压缩室的所述可压缩流体的压力大于在所述极限打开位置处所述压缩室的所述可压缩流体的压力。
8.根据权利要求1所述的催化装置，其中，所述催化剂固定到所述活塞和/或所述中空主体。
9.根据权利要求1所述的催化装置，其中，所述催化剂以厚度大于1mm的块的形式设置在催化支撑件上，或者是厚度小于1mm的覆盖物的形式。
10.根据权利要求9所述的催化装置，其中，基于所述催化支撑件的重量和所述催化剂的重量之和表示的所述催化剂的重量百分比大于50.0％。
11.根据权利要求1所述的催化装置，其中，所述活塞包括盖子(115)，所述盖子在所述封闭位置承载在所述中空主体上且完全封住所述催化室，并且所述盖子在所述打开位置与所述中空主体隔开距离。
12.一种气体生成设备(5)，包括限定用于容纳反应性液体(25)的内部空间(15)的外壳(10)、以及根据权利要求1所述的催化装置(20)；
所述设备被配置为使得在所述内部空间容纳所述反应性液体时：
在所述催化装置的所述打开位置，所述催化室与所述内部空间流体连接，从而通过使所述反应性液体与所述催化剂接触而生成所述气体；以及
在所述催化装置的所述封闭位置，所述催化剂与所述反应性液体隔离。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述催化装置至少部分地、甚至完全地设置在所述外壳的所述内部空间中。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，当所述外壳的所述内部空间容纳所述反应性液体时，所述活塞在所述封闭位置比在所述打开位置更靠近所述反应性液体的自由表面(165)。
15.一种气体生成方法，所述气体生成方法基于使反应性液体与气体生成反应的催化剂接触而进行，所述方法包括以下连续步骤：
iii)获得根据权利要求12所述的设备，其中，所述外壳的所述内部空间容纳所述反应性液体；
iv)将所述催化装置置于所述打开位置，以使所述反应性液体与所述催化剂接触。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
-所述气体为二氢；
-所述催化剂适于催化包括氢化物的水溶液的水解；以及
-所述反应性液体为包括氢化物的水溶液。
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