CN111790316A - 用于产生气体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生气体的装置(15)，该装置(15)包括催化系统(60)和电磁系统(65)，所述催化系统限定了催化室(120)并且包括用于从液体(40)产生气体的反应的催化剂(110)，所述催化剂被容纳在所述催化室中，所述电磁系统包括线圈(150)和相对于所述线圈可移动的杆(155)，所述杆被固定至所述催化系统且包括磁体(175)和芯(170)，所述电磁系统被配置为当电流通过所述线圈时使所述杆相对于所述线圈移动，以便将所述催化系统置于打开位置，在该打开位置，所述催化室与外部流体连通，所述催化系统在没有电流通过所述线圈的情况下被置于封闭位置，在所述封闭位置，所述催化室被气密性地封闭。

Description

用于产生气体的装置
技术领域
本发明涉及通过液体的催化反应产生气体的装置以及产生该气体的方法。
背景技术
公知的用于产生二氢的方法在于使氢化物水溶液(例如硼氢化钠溶液)与氢化物水解反应的催化剂(例如由钴、铂或钌形成的催化剂)接触。在与催化剂接触中，发生了该水溶液的水解反应，产生二氢。
作为示例，WO 2012/003112 A1和WO 2010/051557 A1描述了用于执行这种催化氢化物水解的发生器。在这些文献中描述的气体发生器包括在操作中包含氢化物水溶液的外壳以及限定催化室的催化系统，该催化室包含氢化物水溶液的水解催化剂。
该催化系统包括主体和可移除的盖子。在该催化系统的封闭位置，盖子和主体一起将催化剂与氢化物水溶液隔离。这样就不会产生氢气。在催化系统的打开位置，盖子设置成与主体相距一定距离。氢化物水溶液然后与催化剂接触，从而开始产生二氢。以这种方式产生的二氢经由排气口从所述外壳排出。
为了防止外壳中产生的二氢的压力过高，WO 2012/003112 A1和WO2010/051557A1中描述的催化系统包括采用固定到主体和盖子二者的中空圆柱管形式的弹性体膜。所述主体还包括排放口，该排放口在外壳的一端处排放到外壳外部并且在外壳的另一端排放到膜的内部空间中，从而使得所述膜的内部空间中的压力等于大气压。因此，如果外壳中的二氢压力大于阈值压力，则在外壳中的压力的作用下，将盖子推向主体，从而通过扭转作用使弹性体膜收缩，直到催化系统的封闭位置。如果外壳中的压力小于该阈值压力，则试图返回至其平衡位置的弹性体膜在催化系统的打开位置中，被展开并使盖子移离，从而使氢化物水溶液能够接近催化剂。
在WO 2012/003112 A1和WO 2010/051557 A1中以被动方式控制催化剂对氢化物水溶液的暴露，即催化系统的打开和封闭仅取决于外壳中二氢的压力。因此，上述两个文献中描述的催化剂系统使用起来不是很灵活。WO 2012/003112A1和WO 2010/051557 A1的催化系统还有其它缺点。
为了确保弹性体膜的最佳展开和收缩，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。
催化剂系统的封闭阈值压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和机械特性，特别是弹性。因此，对膜定尺寸以确保气体发生器的最佳操作是复杂的。
此外，不可能独立于外壳中的压力来控制催化系统的打开和封闭。催化系统默认是处于打开的，并且气压必须超过要封闭的系统的阈值压力。在泄漏的情况下，则氢气的产生不受控制。
最后，现有技术的催化系统相对庞大，这妨碍了该催化系统旨在用于的气动应用(便携式计算机或移动电话、无人机等)。
特别地，一旦改变了催化剂的尺寸和形状，就必须改变WO 2012/003112 A1和WO2010/051557 A1的催化系统的尺寸和形状。因此，它具有复杂的设计。
因此，需要一种消除上述缺点的可用于通过使液体与催化剂接触而产生气体的气体发生器。
发明内容
本发明解决了这一需求并提出了一种包括催化系统和电磁系统的装置，所述催化系统限定了催化室并且包括用于从液体产生气体的反应的催化剂，所述催化剂被容纳在所述催化室中，所述电磁系统包括线圈和相对于所述线圈可移动的杆，所述杆被固定至所述催化系统且包括磁体和芯；所述电磁系统被配置为当电流通过所述线圈时使所述杆相对于所述线圈移动，以便将所述催化系统置于打开位置，在所述打开位置，所述催化室与外部流体连通，所述催化系统在没有电流通过所述线圈的情况下被置于封闭位置，在所述封闭位置，所述催化室被气密性地封闭。
通过使所述装置与所述液体接触，可以简单地通过向缠线管供应电流以将催化室置于打开位置，来触发气体的产生。如果向所述线圈供电并且该线圈承载电流，则该线圈产生电磁场，该电磁场将磁体吸向所述线圈。固定到所述杆的催化系统因此从所述封闭位置移动到所述打开位置。然后，液体能够渗入到催化室并与催化剂接触。因此，可以产生气体。
在此之后，仅简单地通过切断线圈的电力供应即可停止气体的产生。
因此，特别是在符合预先建立的标准的情况下，在包括所述装置的发生器或由这种发生器供应的燃料电池出现故障操作的情况下，可以停止产生氢气。
因此，可以与外壳中的气体压力和/或气体温度无关地产生气体。相对于WO 2012/003112 A1和WO 2010/051557 A1中描述的装置，可以在装置的用户的控制下触发和停止产生气体，而与外壳中的气体的压力值无关。
此外，根据本发明的装置具有有限的整体尺寸。
在封闭位置，催化室被“气密性地密封”。催化室是不透液体且不透气体的。例如，如果所述装置在封闭位置浸入液体中，则液体无法渗入到催化室中。这减小了非期望地产生气体的风险。
所谓“打开位置”是指催化室与外部流体连通的任何位置。所谓“外部”是指催化室外部。特别地，打开位置可以是致动器行程到达的极限打开位置。
所述催化系统的至少一部分可以受到由所述磁体感应的电磁封闭力，该电磁封闭力在没有电流通过所述线圈的情况下将所述催化系统保持在所述封闭位置。除了如上所述的参与打开催化系统之外，磁体有利地参与封闭催化系统。
催化系统的至少一部分优选地由铁磁材料制成。
所述铁磁材料例如是铁，或者是选自铁、钴和镍、特别是钢的至少一种金属的合金。
所述催化系统优选地包括第一部件和刚性地固定到所述杆的第二部件。所述第一部件和所述第二部件一起限定了所述催化室，并且在所述打开位置和所述封闭位置之间能够相对于彼此移动。所述第一部件优选地在封闭位置气密地封闭第二部件，反之亦然。所述催化系统优选地包括在封闭位置时在所述第一部件和所述第二部件之间被挤压的密封件，以提高催化室的密封性。
所述密封件可以安装在第一部件或第二部件上。
所述第一部件和所述第二部件可以在打开位置和封闭位置之间相对于彼此以平移和/或旋转的方式移动，特别是仅以平移的方式移动。
在打开位置，所述第一部件和所述第二部件限定至少一个将催化室连接到外部的开口。
催化系统的经受由磁体感应的电磁封闭力的所述部分优选地至少包括第一部件和/或催化剂。
特别地，所述第一部件可以包括以下材料、优选地由以下材料组成：铁磁材料，特别是钢或软铁。
所述第一部件与所述磁体之间的最短距离可以小于10mm，或者甚至小于5mm。这确保了所述第一部件和所述磁体由于磁体的磁化作用而吸引。
所述第二部件可以设置在所述第一部件和所述杆之间，特别是在所述第一部件和所述磁体之间。
所述第二部件在所述封闭位置优选地被挤压在所述第一部件和所述磁体之间。
所述第二部件在所述封闭位置可以与所述第一部件和所述磁体接触。
所述第二部件优选地由塑性材料(例如热固性材料)制成。因此，所述第二部件不与所述磁体和所述第一部件之间的电磁相互作用而产生相互作用。
所述催化剂可以为铁磁材料。催化剂可以被磁体磁性吸引。
催化剂优选是金属，优选地用于催化基于氢化物的溶液或液态有机氢载体的水解。特别优选的催化剂选自钴、镍、铂、钌及其合金。特别地，催化剂可以由钢制成。
可以将催化剂固定到第一部件和/或第二部件。
在一个特定的实施方式中，第一部件可以由无磁性材料或顺磁性材料制成，并且催化剂包括铁磁性材料或者甚至由铁磁性材料所构成。
然后优选地将催化剂固定到第一部件。
线圈可以是环形的、特别是环曲面的大体形状。
线圈可以由至少一种金属(例如，铜)导线形成，该金属导线涂覆有电绝缘体(例如，树脂)，并且被缠绕成围绕可以引导杆的绕组支撑部的多个绕组。
线圈相对于第一部件可以是固定的。
线圈可以包括开口，杆(尤其是芯)被容纳在开口中并且可平移移动(例如在纵向方向上)。
至少在封闭位置，磁体优选地在纵向上与线圈间隔一定距离。磁体优选地容纳在所述开口的外部。
线圈和杆，特别是芯，优选地被布置成使得线圈引导杆在催化系统的打开位置与封闭位置之间的移动。
在打开位置和封闭位置，杆优选地与绕组支撑部相距一定距离。因此，杆不会在线圈上摩擦，这有利于打开和封闭催化系统。在垂直于芯相对于线圈的移动方向的方向上测量的将芯和线圈分开的距离可以在0.1mm至2.0mm之间(包括0.1m和2.0mm)。
杆可以优选地完全用塑性材料涂覆。因此，可以限制氢化物溶液对杆的腐蚀。
所述装置优选地包括壳体，所述第一部件被刚性地固定到所述壳体，所述第一部件和所述壳体形成保持架，所述线圈被限制在所述保持架中。所述线圈特别可以固定到所述壳体。
所述壳体可以由钢或软铁制成。
所述第二部件优选地容纳在所述壳体中。
所述壳体可以引导所述第二部件在打开位置和封闭位置之间移动。
如上所述，杆固定到催化系统，优选地刚性固定到催化系统。在所述装置包括所述第一部件和所述第二部件的实施方式中，所述杆固定到所述第二部件。
所述磁体优选地固定到所述第二部件。可以将所述磁体胶合和/或螺纹连接到所述第二部件。
所述磁体可以由分子式为Nd2Fe14B的NdFeB合金、SmCo、AlNiCo或硬铁氧体(诸如锶铁氧体)制成。
所述磁体优选地固定到所述芯。所述磁体优选地固定到所述芯的一个纵向端部。例如将所述磁体胶合和/或螺纹连接到所述芯上。
所述芯优选地由铁磁材料制成。因此，所述芯增加了由所述线圈产生的磁感应。
在优选的变型中，所述芯包括另一磁体。
可以将所述另一磁体固定到所述芯，特别是螺纹连接到和/或胶合到所述芯。所述磁体和所述另一磁体的相同极性的磁极优选地设置成彼此面对。所述另一磁体优选地被固定到所述芯的与所述磁体固定到的纵向端部相对的纵向端部。因此，所述杆夹置在这些磁体之间。这增加了所述装置的紧凑性，该配置使得能够产生更高强度的电磁场，同时减少所述线圈中导线的绕组数量。
所述装置可以包括用于向所述催化系统施加弹性力的弹簧。
所述弹簧可以在催化系统的打开位置和/或封闭位置向催化系统施加弹性力。
所述弹簧优选地在打开位置被催化系统挤压，并且可选地在封闭位置被催化系统挤压。
所述弹簧可以在所述线圈中没有电流流动时，特别是在所述磁体和所述催化系统之间没有磁引力的情况下，向所述催化系统施加弹性封闭力，以将所述催化系统保持在所述封闭位置。
所述弹簧和所述磁体可以联合并分别向催化系统施加弹性封闭力和电磁封闭力，以这种方式，在所述线圈电力地非运行时，将催化系统保持在封闭位置。因此，由于磁力的作用，所述弹簧增强了催化室在封闭位置处的保持。
借助于所述弹簧，所述装置可以设置在彼此不同的多个打开位置。在第一打开位置和第二打开位置，用于液体可接近以进入催化室的一个或多个开口的尺寸和/或形状优选是不同的。这样，可以通过在两个不同的打开位置之间移动催化装置来改变气体产生动力学。杆在封闭位置和其中一个打开位置之间的移动是由施加到杆上的力的平衡引起的，特别是由线圈感应的电磁力和由弹簧感应的弹性力的平衡引起的。通过调节线圈中流动的电流，可以将催化系统设置在不同的打开位置。弹簧可以布置成使得向第二部件施加弹性封闭力。
弹簧可以被容纳在线圈和催化系统之间，优选地被容纳在线圈和第二部件之间。
弹簧可以在打开位置和封闭位置中被挤压。
弹簧可以是螺旋弹簧或板簧。
杆可以容纳在弹簧中。
此外，通常需要气体发生器以其放置的任何方向操作。现在，在产生二氢的情况下，氢化物水溶液通常包括硼氢化钠NaBH4，该硼氢化钠的催化反应产生偏硼酸钠NaBO2，消耗溶液中的水分。因此，氢化物水溶液的体积和比重分别减小和增大。为了保持足够的二氢产量，可能需要在连续的气体产生时段期间在外壳中加水。例如，为了确保无论所述装置的取向如何，所述装置都永久浸入，因此强迫将WO 2012/003112 A1和WO 2010/051557 A1的催化系统刚性地固定到所述装置的壁上，并且将该催化系统放置在外壳的基本上中心处。
根据本发明的装置优选地包括浮标，所述浮标配置成使得：如果所述装置与比重大于0.6且优选地小于6的液体接触时，所述浮标漂浮在所述液体上，并且所述催化系统至少部分地、优选完全地浸入在所述液体中。
因此，无论包括所述装置的气体发生器的取向如何，都可以产生气体，其中所述液体都能够在催化系统的打开位置渗入到催化室中。
电磁系统可以设置在浮标和催化系统之间。
漂浮浮标的比重优选小于催化系统和/或电磁系统的比重。
浮标优选具有小于0.6的比重。浮标可以由聚合物制成，例如由膨胀的聚苯乙烯制成。
电磁系统可以优选地设置在浮标和催化系统之间，以有利于将催化系统浸入所述液体中。
浮标优选地固定到壳体。例如，浮标固定到壳体的侧壁上和/或固定到壳体的底壁上。
此外，所述装置可以包括连接到线圈的电池。
电池优选容纳在密封的外壳中。例如电池可以通过感应而充电。因此，所述装置可以有利地容纳在复杂形状的气体发生器中。
电池例如相对于第一部件和/或相对于线圈是固定的。电池可以固定到第一部件或设置在保持架中。
线圈可以包括n个铜导线绕组，并且电池可以用于产生电流I，使得乘积n·I小于1000安培·匝数(A·turn)。
所述装置可以包括接收器模块，该接收器模块被配置为接收控制信号并被配置为在接收到所述控制信号之后控制通过电池产生电流。
在变型(所述装置包括弹簧)中，控制模块可以被配置为将催化系统布置在彼此不同的多个打开位置。
所述装置可以具有管状的大体形状。
例如，在一个实施方式中，所述装置的长度可以小于50mm和/或高度可以小于30mm和/或深度可以小于30mm。由磁体感应以封闭催化系统的电磁封闭力例如大于2.0牛(N)。施加到线圈的电流的功率优选地在1瓦(W)至10W之间(包括1W和10W)，特别是小于20W。
本发明还涉及一种气体发生器，该气体发生器包括：
-外壳，所述外壳限定了包含液体的内部空间；以及
-根据本发明的装置，该装置至少部分地浸入所述液体中，使得在打开位置，所述液体渗入到所述催化室中且通过使所述液体与所述催化剂接触而产生气体。
所述液体可以选自氢化物的溶液和液态有机氢载体，所述氢化物的溶液优选为所述氢化物的水溶液。
所述氢化物的水溶液可以包括选自硼氢化钾、硼氢化钠、硼氢化镁、硼氢化钙、硼氢化锂、氢化铝锂、氢化镁、氰化铝钠及其混合物中的至少一种氢化物。所述氢化物的水溶液还可以包括一种试剂或碱性试剂的混合物，以限制化学氢化物、特别是氢氧化钾和/或氢氧化钠的自发分解。
“含氢的有机液体”也被称为液体有机氢载体(Liquid Organic HydrogenCarrier，LOHC)。液体有机氢载体是由一对化合物组成的，富含氢的化合物A，和缺乏氢的化合物B，用A/B表示。LOHC可以选自甲苯/甲基环己烷、萘/萘烷、二苄基甲苯(H0-DBT)/全氢二苄基甲苯(H18-DBT)、N-乙基咔唑(H0-NEC)/十二氢-N-乙基咔唑(H12-NEC)及其混合物。LOHC可以是能够在富含H2的分子与缺乏H2的分子之间进行液体/液体循环的任何化合物。
所述装置可以仅部分地浸入所述液体中。催化系统优选地完全浸入所述液体中，而无论发生器的取向如何。
电磁系统可以浸入(例如完全地浸入)液体中。
所述装置优选地包括如上所述的浮标，该浮标漂浮在所述液体上并保持催化系统浸入、优选地完全浸入在所述液体中。
特别地，所述装置相对于外壳是可移动的。所述装置相对于外壳可以自由地移动。特别地，所述装置可以没有与外壳连接的电连接装置或机械连接装置。
所述发生器可以包括电连接到线圈的电池。
所述气体发生器可以包括电缆，特别是浸入在液体中的电缆，该电缆将电池连接到线圈。
所述气体发生器可以包括控制模块，该控制模块被配置为发出控制信号以触发由电池向线圈提供电流。
本发明还涉及一种产生气体的方法，包括以下连续步骤：
a)获得根据本发明所述的发生器；
b)向所述线圈供电，以通过使所述芯相对于所述线圈移动而打开所述催化室，使得液体渗入到所述催化室并与催化剂接触。
优选地，执行所述方法以产生二氢。
优选地，测量待调节的幅度，当待调节的幅度低于最小值或高于最大值时，控制催化室的打开或封闭。
特别地，待调节的幅度可以是外壳中的气体的压力、或气体的温度、或氢化物溶液或液体有机氢载体的温度。
根据第一实施方式，待调节的幅度可以是外壳中的压力，并且液体可以是氢化物溶液。
根据第二实施方式，待调节的幅度可以是气体的温度，并且液体可以是液体有机氢载体。然后，一旦外壳中的气体温度达到预定的临界温度，就可以命令封闭催化系统。
所述方法在步骤b)之后可以包括步骤c)，该步骤c)在于通过切断向所述线圈的电力供应来封闭催化系统。
附图说明
通过阅读以下经由非限制性示例提供的详细的描述和示例以及研究下列附图，本发明的其它特征、变型和优点将更清楚地显现，其中：
图1以纵向剖面图示出了根据本发明的气体发生器的一个示例；
图2为处于催化系统的封闭位置的包含在图1中所示的气体发生器中的装置的放大图；
图3为图2中的装置的分解3D视图；
图4示出了处于催化系统的打开位置的图2中的装置；
图5示出了处于催化系统的打开位置的图2中的装置的3D视图；
图6示出了处于催化系统的封闭位置的图5中的装置；
图7示出了处于催化系统的打开位置且以纵向剖面观看的装置的另一示例；
图8示出了处于催化系统的封闭位置的图7中的装置；
图9示出了处于催化系统的打开位置且以纵向剖面观看的装置的又一示例；
图10示出了处于催化系统的封闭位置的图9中的装置；
图11示出了气体发生器的另一实施方式；
图12示出了图11中的包含较小体积的液体的气体发生器；以及
图13示出了相对于重力方向不同的取向的图11中的气体发生器。
在附图中，不一定要遵守构成设备和装置的各种构件和单元的缩放和比例。此外，为了清楚起见，可以将各个构件表示为彼此不接触，尽管它们实际上是彼此接触的。不同的附图标记可以指示同一构件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的气体发生器5的一个示例。气体发生器5包括外壳10、装置15、电池20、测量模块25和控制模块30。
外壳限定了内部空间35，该内部空间35包含适于与催化剂接触发生反应以产生气体的液体40。该液体例如为氢化物水溶液或液体有机氢载体，该氢化物水溶液或液体有机氢载体能够通过与催化剂反应而产生二氢。
该外壳包括用于将内部空间中产生的气体排出(例如排出到未示出的燃料电池)的排放口45。
电池20布置在外壳的外部。如在下文中将变得明显的，可以设想电池的其它布置。电池通过侵入在液体中的导电且柔性的电缆50a-50b电连接到该装置。
测量模块25被配置为测量待控制的幅度。该测量模块连接(例如电连接)到该控制模块，测量模块将待控制的幅度的测量值传输到该控制模块。例如，该测量模块包括测量外壳中的气体压力的传感器。
该控制模块分析待控制的幅度的值，并且根据测量结果能够产生控制信号Sc并将该控制信号Sc传输到该电池，以触发或切断该装置的电力供应。
该装置侵入在液体中。
在图1的示例中，该装置被固定到该外壳的壁上并布置在外壳的基本上中心处。然而，这种易于生产的布置并不限制本发明。如将在下文中描述的，可以设想其它有利的布置变型。
该装置具有围绕纵向轴线X的圆柱形的且管状的大体形状。
该装置包括催化系统60、电磁系统65和壳体70。
该壳体具有中空且管状的大体形状。壳体包括底壁75，中心孔80穿过底壁75，侧壁85从该底壁75延伸，在该侧壁85中产生窗90。
该催化系统包括第一部件100、第二部件95、密封件105和催化剂110。
在图1、图2和图6所示的配置中，该催化系统设置在封闭位置处。该第一部件阻挡了由该第二部件限定的上开口115。因此，该第一部件和该第二部件限定了封闭的催化室120。
催化剂110，例如基于铂和/或钌的催化剂110，被放置在该催化室中。该催化剂为有角的形状且固定到该第一部件。第一部件具有面向该催化室设置的壁125，突出部130从该壁沿纵向方向延伸。该突出部具有与该催化剂的形状互补的形状的侧面轮廓135。因此，该催化剂安装在该第一部件上并且固定到该第一部件，如图1所示。
根据未示出的变型，该催化剂可以由该第二部件承载，例如该催化剂刚性地固定到该第二部件的底部。根据另一变型，该催化剂可以采取两个分别由该第一部件和该第二部件承载的块(例如环状块)的形式。
该第二部件具有底部140和从该底部纵向延伸的侧壁145。密封件105，例如由弹性材料制成，被安装在该第二部件的该侧壁的纵向端面上。
在封闭位置，该第一部件和该第二部件夹置该密封件并压缩该密封件。因此，该第一部件和该第二部件提供了对催化室的液体和气体的密封。因此，在该催化系统的封闭位置，包含在该外壳中的液体不能渗透到该催化室中。这样就不会产生气体。
此外，该第一部件100安装在(例如螺纹连接到)壳体70上。该壳体和该第一部件一起限定了保持架148，电磁系统容纳在该保持架中。
该第一部件和该第二部件在纵向方向上可以相对于彼此移动，如箭头T所示。该第二部件相对于该第一部件的移动由该第二部件所连接的电磁系统所引导。
电磁系统65包括杆155和围绕该纵向轴线延伸的线圈150。
该线圈包括绕组支撑部，铜线绕着该绕组支撑部缠绕。
该线圈包括开口160，该杆可通过开口160沿纵向轴线平移移动，如箭头T所示。
在所示的示例中，该线圈具有环曲面形状，并完全围绕该杆。然而，环曲面形状并没有限制本发明。可替选地，该线圈可以具有更常见的环形形状。
该线圈被容纳在该壳体的侧壁和底部与催化系统之间的保持架中。该线圈固定到该壳体上，例如夹在侧壁上或粘到底壁上。因此，将该线圈固定到该第一部件。
此外，该杆包括芯170和固定到该芯的一个纵向端的磁体175。在图1的示例中，该芯为圆柱体，但是可以设想其它形状。
该芯优选地由铁磁材料制成，并且该磁体被固定到该芯。
在一个变型中，该芯可以由无磁性或顺磁性材料所制成。
在封闭配置中，该磁体在纵向方向上与该线圈隔开一定距离布置。该磁体尤其固定在中央开口的外部。
杆155被刚性地固定到第二部件95上。
在所示的示例中，该第二部件由塑料材料制成。
该第一部件由铁磁材料制成。因此，该第一部件受到由磁体感应的电磁力的作用，该电磁力趋于将该第一部件吸引到磁体上。
在该线圈中不存在电流流动的情况下，该第一部件和该磁体之间的吸引力将催化系统保持在封闭位置。
当来自电池20的电流通过该线圈时，该线圈150产生电磁场，该电磁场将该磁体朝向该线圈吸引。该磁场的强度应使得由该线圈在该磁体上产生的吸引力的绝对值大于该磁体与催化系统之间的电磁吸引力。然后，该磁体相对于该线圈在纵向方向上朝向该线圈平移移动，如箭头T所示，并使第二部件与其一起以刚性主体移动。
该线圈相对于该第一部件是固定的，其结果是该第二部件则远离该第一部件。然后将催化系统设置在打开位置，如图4和图5所示。然后，容纳在该外壳中的液体40穿过该壳体的窗90，并通过由该第二部件相对于该第一部件的移动所限定的开口160渗透到催化室中，并且能够与催化剂接触。然后就产生了气体。
然后，随着催化反应的进行，该外壳中的气体压力增大，并由测量模块进行测量。如果该外壳中的气体压力达到最大压力，则控制模块会产生并传输控制信号，以切断向该线圈的电流供应。然后，该线圈不再产生电磁场。
然后，由该第一部件所经受的由磁体所感应的磁力使该第一部件被该磁体所吸引并沿纵向方向移动，直到该催化系统被置于封闭位置。
因此，图1所示的装置特别紧凑，并且在内部空间中占据受限的体积。该外壳可以有利地包含大量液体。
图7和图8中所示的装置15与图1至图6中所示的该装置的不同之处在于，杆155包括另一磁体180。
该另一磁体180安装在芯的纵向端部185上，该纵向端部185与磁体175所固定的端部190相反。
这两个磁体的相同极性的磁极布置成在纵向方向上彼此面对。
当该线圈被供应电流时，这两个磁体都受到电磁力的作用，该电磁力朝向催化系统的打开位置驱动这两个磁体。因此，可以通过减小金属线的绕组的数量来减小该线圈的尺寸，例如相对于图1至图6的装置至少减少到二分之一，同时产生将催化系统保持在封闭位置中的基本上相同的力。因此，提高了该装置的紧凑型，同时也提高了该装置的能源效率。这类装置是特别优选的。
图9和图10中的装置15与图1至图6中所示的该装置的不同之处在于：该装置包括弹簧200，并且芯170通过其纵向端部190与第二部件95接触并固定到第二部件95，以及磁体175固定到相对端部185。
弹簧200被夹在线圈150和第二部件95之间，该弹簧抵靠该线圈和该第二部件。
在所示的示例中，弹簧为贝勒维尔(Belleville)垫圈，该垫圈包括中央开口205，杆接合在该中央开口中并且可移动。可替选地，该弹簧可以为螺旋弹簧。
在该装置的打开位置和封闭位置，该弹簧被压缩。存储在该弹簧中的弹性能量在打开位置比在封闭位置高。
在所示的示例中，该第一部件和该第二部件以及催化剂由无磁性材料制成，例如由塑料材料制成。处于封闭位置或处于打开位置的催化系统中的磁体不会产生吸引力。
当电池向线圈输送电流时，随着电流产生，该磁体会被电流吸向该线圈。该线圈被配置为使得通过电流在该线圈中经过而产生的电磁力的绝对值大于在封闭位置处的弹簧中的弹性压缩力。
然后该第二部件朝向该线圈移动，从而打开催化室。当该磁体的吸引力补偿了弹簧的该弹性压缩力时，则第二部件停止移动。
当切断向线圈的电流供应时，弹簧膨胀并导致第二部件朝向第一部件移动以封闭催化系统。
然后，催化系统经受压缩中的弹簧产生的弹性封闭力。
这样的装置是有利的。例如，这样的装置可以旨在与腐蚀铁磁性金属(诸如钢)的液体接触。例如，除线圈、磁体和催化剂之外，该装置的构成构件可以由聚合物(例如热塑性塑料)制成。
此外，该装置可以包括另一磁体，如图7和图8所示。
在图9和图10所示的装置的另一变型中，第一部件由铁磁材料制成。然后，磁体和第一部件在磁体感应的磁力的作用下相互吸引。
根据第一示例，在封闭位置，弹簧可以处于平衡状态，也就是说，弹簧不存储弹性能量。弹簧不会对催化系统施加附加的力以将催化室保持在封闭位置。根据第二示例，弹簧可以被压缩并且向催化系统施加附加的力。
图11至图13示出了包括如图2所示的装置的气体发生器5。该装置还包括安装在壳体上的浮标210。
该装置通过柔性电缆50a-50b电连接到电池20。
该装置可在内部空间中自由移动。该电缆不妨碍该装置相对于外壳的移动。
浮标浮在液体上，并且浮标保持催化系统60完全浸没在液体中，无论第二部件中包含的液体量是高(如图11所示)还是低(如图12所示)。类似地，如图13所示，当外壳以不同的取向设置时，例如相对于重力方向G成90°，则催化系统保持被完全浸没在液体中。无论图11和图13中所示的配置如何，产生的气体的流速都是最佳的。
此外，在所示的示例中，电磁系统65完全浸没在液体中。在未示出的变型中，电磁系统可以设置在液体外部。
示例
线圈的尺寸
作为示例，为了确保该装置的操作消耗很少的电能，要求电磁系统的能量消耗最大为20瓦(W)。
此外，根据该示例，要求线圈在磁体上产生的力(该力大于2牛(N))大于在封闭位置由磁体施加到第一部件的力。
该线圈包括铜线的n个绕组。
铜线的总长度L＝n·lt，lt为一个绕组的长度。
绕组的截面Sb根据铜线的截面S、缠绕率f和绕组数而获得，即Sb＝S·n/f。
线圈的电阻R表示为R＝n2·lt·ρ/(Sb·f)，其中ρ为等于1.7×10-8Ω·cm的铜的电阻率。
然后功率P表示为P＝RI2＝(n·I)2·lt·ρ/(Sb·f)。
本领域技术人员知道，由线圈产生的磁场强度取决于在线圈中循环的电流I与绕组数n的乘积n·I。
示例1
在图7和图8所示的第一示例中，该装置具有管状的大体形状，该装置的高度等于50毫米(mm)，直径等于30mm。
磁体向催化系统施加约2.5N的封闭力。磁体由NdFeB组成，并且具有直径为10mm、高度为2mm的呈扁平圆柱状锭剂形状。
该第一部件由钢或软铁制成。
在封闭位置，突出部距离磁体2mm，该距离是在纵向方向上测量的。
线圈由铁或软钢制成，线圈的长度等于13mm，直径等于10mm。
线圈包括由1mm厚的钢板形成的磁路。该磁路引导线圈产生的磁通量。
线圈具有内径和外径分别等于12mm和30mm的环曲面形状，这对应于90mm2的绕组面积和65mm的绕组长度。因此，直径等于10mm的杆在接合在线圈中时与线圈相距一定距离。
打开催化系统需要使线圈的乘积n·I为约500A·匝数。本领域技术人员知道如何根据在线圈的端子处的电压U容易地确定该乘积，该电压U表示为U＝lt·ρ/(Sb·f)·n2·I。本领域技术人员还知道如何根据关系D＝(4·Sb·f/π·n)0.5确定导线的直径D。
例如，在电压U等于5V时，匝数n等于400，流过线圈的电流I为1.3A，线圈导线的直径D等于0.38mm，并且用于打开催化室消耗的功率P为6W。
芯的行程为4mm。在极端打开位置和极端封闭位置之间的移动需要大约10毫秒(ms)。
示例2
在图7和图8所示的第二示例中，该装置具有管状的大体形状，该装置的高度等于50mm，直径等于30mm。
磁体向催化系统施加约2.5N的闭合力。磁体由铁素体组成，并且具有直径为20mm、高度为5mm的圆柱状锭剂形状。
芯由铁或软钢制成，并且芯的长度等于7mm，直径等于20mm。
在封闭位置，第二部件的突出部距离磁体2mm，该距离是在纵向方向上测量的。
线圈包括由1mm厚的钢板形成的磁路。
线圈具有内径和外径分别等于22mm和32mm的环曲面形状，并且该环曲面的高度为10mm，这对应于50mm2的绕组面积和85mm的绕组长度。
打开催化系统需要使线圈的乘积n·I为约200A·匝数。
例如，在电压U等于5V时，匝数n等于430，电流I为0.5A，线圈导线的直径D等于0.27mm，并且用于打开催化室消耗的功率P为2.5W。
芯的行程大于5mm。在极端打开位置和极端封闭位置之间的移动需要大约20ms。
正如在整个说明书中清楚可知的是，借助于包括根据本发明的装置的发生器气体、特别是二氢的产生，可以容易地根据所产生的气体的预期应用进行调整。此外，该装置特别紧凑并且该装置的使用消耗很少的能量。当然，本发明并不限于根据本发明的装置和气体发生器的实施方式以及所描述和示出的方法的实施方式。

Claims (17)

1.一种包括催化系统(60)和电磁系统(65)的装置(15)，
所述催化系统限定了催化室(120)并且包括用于从液体(40)产生气体的反应的催化剂(110)，所述催化剂(110)被容纳在所述催化室(120)中，所述电磁系统(65)包括线圈(150)和相对于所述线圈(150)可移动的杆(155)，所述杆(155)被固定至所述催化系统(60)且包括磁体(175)和芯(170)；
所述电磁系统(65)被配置为当电流通过所述线圈(150)时使所述杆(155)相对于所述线圈(150)移动，以便将所述催化系统(60)置于打开位置，在所述打开位置，所述催化室(120)与外部流体连通；
所述催化系统(60)在没有电流通过所述线圈(150)的情况下被置于封闭位置，在所述封闭位置，所述催化室(120)被气密性地封闭。
2.根据权利要求1所述的装置(15)，其中，所述催化系统(60)的至少一部分受到由所述磁体(175)感应的电磁封闭力，该电磁封闭力在没有电流通过所述线圈(150)的情况下将所述催化系统(60)保持在所述封闭位置。
3.根据权利要求1或2所述的装置(15)，其中，所述催化系统(60)包括第一部件(100)和刚性地固定到所述杆(155)的第二部件(95)，所述第一部件(100)和所述第二部件(95)一起限定了所述催化室(120)并且在所述打开位置和所述封闭位置之间能够相对于彼此移动。
4.根据权利要求2和3所述的装置(15)，其中，所述催化系统(60)的所述至少一部分至少包括所述第一部件(100)和/或所述催化剂(110)。
5.根据权利要求3或4所述的装置(15)，其中，所述第二部件在所述封闭位置被挤压在所述第一部件(100)和所述杆(155)之间。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的装置(15)，其中，所述装置(15)包括壳体(70)，所述第一部件(100)被刚性地固定到所述壳体(70)，所述第一部件(100)和所述壳体(70)形成保持架，所述线圈(150)被限制在所述保持架中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(15)，其中，所述磁体(175)被固定到所述芯(170)的一个纵向端部(190)。
8.根据权利要求7所述的装置(15)，其中，所述杆(155)包括另一磁体(180)，所述另一磁体(180)被固定到所述芯(170)的与所述磁体(175)固定到的所述纵向端部(190)相对的纵向端部(185)，所述磁体(175)和所述另一磁体(180)的相同极性的磁极布置成彼此面对。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置(15)，其中，所述装置(15)包括用于向所述催化系统(60)施加弹性力的弹簧(200)。
10.根据权利要求9所述的装置(15)，其中，所述弹簧(200)在所述打开位置被所述催化系统(60)挤压，并且可选地在所述封闭位置被所述催化系统(60)挤压。
11.根据权利要求9或10所述的装置(15)，其中，所述弹簧(200)在所述线圈(150)中没有电流通过时，特别是在所述磁体(175)和所述催化系统(60)之间没有磁引力的情况下，向所述催化系统(60)施加弹性封闭力，以将所述催化系统(60)保持在所述封闭位置。
12.根据权利要求11所述的装置(15)，其中，所述弹簧(200)容纳在所述线圈(150)和所述催化系统(60)之间。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置(15)，其中，所述装置(15)包括浮标(210)，所述浮标(210)配置成使得当所述装置(15)与比重大于0.6的液体接触时，所述浮标(210)漂浮在所述液体上，并且所述催化系统(60)至少部分地、优选完全地浸入在所述液体中。
14.一种气体发生器(5)，所述气体发生器(5)包括：
-外壳(10)，所述外壳(10)限定了包含液体(40)的内部空间(35)；
-根据前述权利要求中任一项所述的装置(15)，该装置(15)至少部分地浸入所述液体中，使得在所述打开位置，所述液体渗入到所述催化室(120)中且通过使所述液体与所述催化剂接触而产生气体。
15.根据权利要求14所述的气体发生器(5)，其中，所述液体选自氢化物的溶液和液态有机氢载体，所述氢化物的溶液优选为所述氢化物的水溶液。
16.根据权利要求14或15所述的气体发生器(5)，其中，所述装置(15)能够在所述外壳内自由地移动。
17.一种产生气体的方法，所述气体优选地为二氢，所述方法包括以下连续步骤：
a)获得根据权利要求14至16中任一项所述的气体发生器(5)；
b)向所述线圈(150)供电，以通过使所述杆(155)相对于所述线圈(150)移动而打开所述催化室(120)，使得所述液体渗入到所述催化室(120)并与所述催化剂(110)接触；以及
c)可选地，通过切断向所述线圈(150)的电力供应封闭所述催化系统(60)。
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