CN113164905B - 用于氢释放的可更换模块化装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于从氢液体载体生成氢气的模块化装置，可包括：壳体；用于接收氢液体载体的至少入口；以及布置在壳体内的至少一个盒。盒包括至少一个催化剂，该催化剂被配置成当暴露于氢液体载体时导致氢气的释放。该模块化装置可包括用于排出所述模块化装置中释放的氢气的气体出口和用于排出废氢液体载体的液体出口。

Description

用于氢释放的可更换模块化装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年4月17日提交的美国临时申请号62/658,635和2018年8月27日提交的美国临时申请号62/723,331的权益。前述申请中的每一个都通过引用整体并入本文。
背景技术
近年来，氢已成为一种越来越有吸引力的清洁能量生产源。例如，氢可以为诸如汽车、自行车、飞机或其他电动车辆等移动装置提供高效的零排放能源。虽然一些氢供能系统利用存储箱来供应氢以用于能量产生，但是这种系统引起了诸如重量、体积、效率、安全性和成本的技术问题。然而，氢燃料电池可通过电氧化反应在燃料电池中提供安全、可靠的按需能量源。例如，金属硼氢化物燃料具有相对高的氢含量，从而使其成为一种有吸引力的制氢燃料选项。
这种硼氢化物燃料电池常常需要与氢液体载体接触的催化剂来有助于氧和氢的反应。氢燃料电池技术的主要障碍是开发一种不会随时间推移过快降解的耐久的催化剂材料。虽然在催化剂的选择和设计方面取得了进步，但催化剂的耐久性常常是燃料电池技术生命周期中的一个限制因素。因此，在大多数系统中，随着催化剂的降解，燃料电池的生产率大大降低，并且没有办法更换催化剂。
因此，考虑到这些缺陷，需要针对允许更换催化剂的液态氢基燃料电池的技术解决方案。解决方案应有利地允许在维护周期期间移除催化剂。另外，燃料电池装置应具有模块化设计，从而允许重复的托盘或盒，这些托盘或盒可以根据需要单独移除和更换。这种装置应该允许可更换的催化剂盒，而不牺牲装置的效率或按需制氢的能力。
发明内容
本公开涉及一种用于从氢液体载体生产氢气的模块化装置。本文公开的模块化装置克服了几个技术问题。在典型的制氢装置中，装置的生命周期受到催化剂耐久性的限制，并且因此，催化剂降解是燃料电池技术的主要障碍。如下所讨论的，所公开的模块化装置可具有包含用于制氢的催化剂的一系列盒。这些盒可从模块化装置移除以进行检查或更换。此外，模块化装置可容纳一系列重复的可互换盒，以降低成本并且有助于维护。在所公开的模块化装置中使用可更换的一致的盒，可以显著提高氢气生产装置的效率和生命周期。
现在将详细参考所公开的实施例，其示例在随附附图中图示。
在一个方面，模块化装置可包括壳体、用于接收氢液体载体的至少一个入口、布置在壳体内的至少一个盒以及用于排出在模块化装置中释放的氢气的至少一个气体出口。该盒可包括至少一个催化剂，该催化剂被配置成当暴露于氢液体载体时导致氢气的释放。在一些实施例中，盒可包括中央支撑结构，其中催化剂安装到中央支撑结构的一侧。在其他实施例中，盒可具有安装到中央支撑结构任一侧的催化剂。盒也可从壳体移除以进行检查或维护。盒可被布置成使得从入口接收的氢液体载体在所述多个盒之间流动。
模块化装置可包括在模块化装置的至少一端上的边缘盒，该边缘盒包括至少一个催化剂。边缘盒还可包括催化剂，该催化剂被配置成当暴露于氢液体载体时导致氢气的释放。
在一些实施例中，模块化装置还可包括包含冷却流体的冷却护套。冷却护套可设置在盒的中央支撑结构内。可以使用热传递凝胶将催化剂附接到冷却护套。
模块化装置可包括壳体内的管道，该管道被配置成将氢液体载体从入口分配到盒。该管道可包括主流道，该主流道被配置成从入口接收氢液体载体，并通过分支将燃料分配到盒之间的空间。
催化剂可包括具有催化涂层的金属结构。涂层可包含Ni的内层和外部催化剂层。在一些实施例中，Ni层的Ra粗糙度值可以在6.3-25μm的范围内。催化剂可布置成规整填料构型。
在另一个实施例中，模块化装置可包括壳体；布置在所述壳体内的至少一个内盒，所述内盒包括至少一个第一催化剂，所述第一催化剂被配置成当暴露于所述氢液体载体时导致氢气的释放；以及在壳体的第一端上设置在壳体内的第一边缘盒和在壳体第二端上设置在壳体内的第二边缘盒。模块化装置还可包括用于移除在模块化装置内生成的热量的冷却系统；用于接收氢液体载体的燃料入口；和用于排出在模块化装置中生成的氢气的气体出口。第一边缘盒包括第二催化剂，并且第二边缘盒包括第三催化剂。
在另一个实施例中，模块化装置可包括至少两个可堆叠盒，其中每个可堆叠盒包括至少一个第一催化剂和一个或多个结构元件，所述第一催化剂被配置成当暴露于氢液体载体时导致氢气的释放，所述一个或多个结构元件被配置成有助于所述至少两个可堆叠盒的配合，以便形成模块化装置；用于接收氢液体载体的至少一个液体入口，其中，所述至少一个液体入口设置在所述至少两个可堆叠盒中的一个或多个上；至少一个气体出口，其用于排出在模块化装置中释放的氢气，其中，至少一个气体出口设置在所述至少两个可堆叠盒的一个或多个上；和用于排出氢液体载体的至少一个液体出口，其中，所述至少一个液体出口设置在所述至少两个可堆叠盒的一个或多个上。
模块化装置可以被配置成使得所述至少一个液体入口定位成比靠近模块化装置的第二端更靠近模块化装置的第一端；该至少一个液体出口定位成比靠近模块化装置的第一端更靠近模块化装置的第二端；并且所述至少一个气体出口设置在所述至少两个可堆叠盒的一个或多个的顶部上。在一些方面，一个可堆叠盒的液体入口可被配置成与相邻可堆叠盒的液体出口对准。
模块化装置可被配置成使得被配置成有助于所述至少两个可堆叠盒的配合的所述一个或多个结构元件包括对准结构、棘爪或对准孔中的至少一者。模块化装置还可包括设置在可堆叠盒之间的至少一个密封件。
在一个方面，所述至少两个可堆叠盒包括第一和第二边缘盒，其中第一边缘盒设置在模块化装置的第一端处，并且第二边缘盒设置在模块化装置的第二端处，并且其中，第一和第二边缘盒的所述一个或多个结构元件仅设置在盒的面向模块化装置内部的一侧上。
在一个方面，所述至少两个可堆叠盒的外表面和所述至少一个边缘盒的外表面可形成模块化装置的外部壳体。
在一个方面，第一和第二边缘盒中的每一者包括至少一个第二催化剂，该第二催化剂被配置成当暴露于氢液体载体时导致氢气的释放。第一催化剂和第二催化剂可以是相同的。
在另一方面，公开了一种对模块化装置的催化剂执行维护的方法。该方法可包括从模块化装置排空氢气和氢液体载体；打开所述模块化装置的壳体上的至少一个接入端口，从所述模块化装置移除至少一个盒，所述盒包括至少一个催化剂，所述催化剂被配置成当暴露于所述氢液体载体时导致氢气的释放；以及执行维护操作，该维护操作包括以下各项中的至少一项：针对降解检查所述至少一个催化剂，或者更换所述至少一个催化剂或所述至少一个盒中的至少一者。
附图说明
并入并构成本公开的一部分的随附附图图示了各种公开的实施例。在附图中：
图1图示了示例性的模块化装置，其具有用于移除盒的接入端口；
图2是示例性模块化装置的横截面图图示；
图3图示了具有两个催化剂的盒的示例性实施例；
图4图示了在一侧上具有催化剂的边缘盒的示例性实施例；
图5图示了具有设置在盒内的内部冷却护套的盒的示例性实施例；
图6A图示了在单个端口中喷射燃料的壳体的示例性实施例；
图6B图示了用于分配氢液体载体的示例性管道系统；
图7图示了在模块化装置上执行维护的示例性方法；
图8图示了用于操作模块化装置的示例性方法；
图9A图示了呈堆叠构型的示例性模块化装置；
图9B图示呈盒块分离的堆叠构型的示例性模块化装置。
具体实施方式
本公开涉及用于从氢液体载体生产氢气的模块化装置100。虽然本公开提供了模块化装置100的示例构型，但是应当注意，本公开的各方面在其最广泛的意义上不限于所公开的特定实施例。
模块化装置100可使用氢液体载体生成氢。在一个方面，氢液体载体可包括已知的硼氢化物燃料，诸如硼氢化钾(KBH4)。在其他方面，氢液体载体可包括另一种形式的金属硼氢化物(M1-BH4)。氢液体载体可以是市场上销售的液态硼氢化物，诸如Electriq Global(EG)电子燃料。虽然本公开提供了液体硼氢化物燃料的示例，但是可使用任何其他适合于产生氢的氢液体载体。
根据本公开，模块化装置100可用于提供按需氢源。例如，氢可用于支持需要按需制氢的燃料电池系统。模块化装置100可用于供应氢，以用于为电动运输工具(诸如汽车、卡车、自行车、轻便摩托车、高尔夫球车或飞机)供能。模块化装置100还可为燃料电池供能的电子装置提供功率。电子装置的示例可包括手机或其他移动装置、膝上型电脑、个人计算机、摄像机、可穿戴电子装置、IoT装置、医疗装置、遥控汽车或无人机或任何其他电子装置。
根据本公开，模块化装置100可包括壳体110。例如，图1图示了具有示例性壳体110的模块化装置100。壳体110可以以适合于保持一系列内部可移除盒的任何方式配置。在一些实施例中，壳体的形状可以是大致矩形的。替代地，壳体110可包括圆柱形器皿或其他容器。制氢过程可需要大量的热量和压力，并且因此，壳体110可被设计成承受这些高操作条件。例如，壳体110可由金属(诸如不锈钢)构造。在一些方面，壳体110可具有能够容纳制氢过程的单个壁。在其他方面，壳体110可由多层或壁制成。壳体110还可根据需要具有外部或内部涂层，以保护壳体或将制氢反应与潜在的污染物隔离。还设想的是，壳体110可包括密封件或其他机构，以用于减少或消除操作期间燃料或氢气泄漏的风险。
模块化装置100还可包括用于接收氢液体载体的入口130。对于入口130，可有几种可能的配置。入口可以包括例如从模块化装置100的壳体110延伸的一个或多个管。入口130还可包括法兰或螺纹连接，以连接到燃料源。入口130可以直接焊接到工艺管道(processpiping)，以接收氢液体载体。入口130可包括阀或其他部件，以控制燃料流进入模块化装置100中或以其他方式有助于模块化装置100的使用。另外，入口130可位于相对于模块化装置100的任何位置处，并且适合于将氢液体载体接收到模块化装置100中。如图1所示，例如，入口130可定位在模块化装置100的底部处。
模块化装置100还可以包括气体出口140，用于排出模块化装置100内产生的氢气。类似于入口130，对于出口140，可以有几种可能的构型。例如，出口140可包括法兰或螺纹连接，以连接到所产生的氢燃料的接收器(例如，贮存器、与耗电装置或系统相关联的一个或多个导管等)。出口140也可直接焊接到工艺管道，以排出装置内产生的氢。出口140还可包括阀或其他部件，以有助于将所产生的氢从模块化装置100转移出去。图1例如示出了定位在模块化装置100顶部处的出口140。将连接出口140定位在模块化装置100的顶部处可能有益于收集在生产过程期间向上上升的氢气。然而，应理解的是，出口140可连接在适合于从模块化装置排出所产生的氢的任何位置处。
模块化装置100还可以包括液体出口145，用于在氢生成过程完成时从模块化装置排出废氢液体载体。类似于入口130，对于出口145，可以有几种可能的构型。例如，出口145可包括法兰或螺纹连接，以连接到所产生的氢燃料的接收器(例如，贮存器、与耗电装置或系统相关联的一个或多个导管等)。出口145也可直接焊接到工艺管道，以排出装置内产生的氢。出口145还可包括阀或其他部件，以有助于将产生的氢从模块化装置100转移出去。例如，图1示出了定位在模块化装置100底部处的出口145。然而，应当理解，出口145可连接在适合于从模块化装置中排出氢液体载体的任何位置处。
模块化装置100还可包括布置在壳体110内的至少一个盒120。盒120可被配置成包括至少一个催化剂160。如上所述，催化剂160可以被配置成当暴露于氢液体载体时产生氢气。催化剂160可通过螺钉、螺栓、夹具、夹子、锁定机构、焊接、粘合剂或任何其他方式附接到盒。催化剂160可以以任何适合于与氢液体载体接触产生氢气的方式来配置。例如，在某些情况下，催化剂可具有平面构型。在其他情况下，如图1所示，催化剂160可具有大致平面的构型，但是具有被配置成用于增加与催化剂相关联的表面积的表面特征(例如，波状表面、多面表面、粗糙表面等)。催化剂160也可被配置成各种其他形状，例如以促进氢液体载体在模块化装置100内的流动，或者最大化表面积。在一些实施例中，催化剂160可被配置成波纹片材或网格。在其他实施例中，催化剂160可以以规整填料构型布置，诸如蜂窝、纱布、针织、片材金属、栅格或其他规整填料构型。在其他实施例中，催化剂160可以包括球形或管状结构。
根据本公开，催化剂可包括：金属结构和金属结构上的催化涂层。涂层可包括当与氢液体载体接触时适合于有助于产生氢的任何材料。例如，涂层可包括包含Ni的层。在一些情况下，涂层可包括设置在内层上的外层。外层可包括对制氢过程具有催化作用的成分。在一些实施例中，外层可以包括第三族金属(例如，钴-P、钴-B、钴-Ni、P和钴-NIB)。虽然本公开提供了具有Ni基涂层的催化剂的示例，但是应当注意，本公开的各方面在其最广泛的意义上不限于催化剂的任何特定组成或结构。
在一些实施例中，催化剂的金属结构可由不锈钢组成。金属结构上的催化涂层(例如，Ni基涂层)可包括一定的粗糙度值或粗糙度值范围，这可有助于催化剂材料和氢液体载体之间的相互作用。在一些实施例中，包括Ni层的催化剂涂层可具有作为粗糙度平均值(Ra)计算的在6.3-25μm之间的粗糙度值。虽然本公开提供了示例性粗糙度值的示例，但是应当注意，本公开的各方面在其最广泛的意义上不限于这些特定值。
在一些实施例中，模块化装置100可以保持多个盒。例如，图2示出了模块化装置100，其具有彼此平行布置的多个盒120。盒120可以以允许从模块化装置移除的任何方式配置。例如，盒120可被配置为圆盘，或者可以基于其他几何形状，诸如六边形或八边形。盒120如图1所示呈竖直布置。应当理解，盒120可以以任何其他合适的构型布置，例如水平地或对角地。
根据本公开，模块化装置也可被布置成“堆叠的”或“成块的”构型。在这种构型中，模块化装置可不包括单独的外部壳体，而是可由多个串联连接的可堆叠盒块形成。可堆叠盒块的外边缘可形成用于模块化装置的外部壳体。在该实施例中，模块化装置的尺寸将取决于被堆叠以形成该装置的盒块的数量。该实施例通过允许模块化装置基于应用(例如，被供能装置的尺寸、被供能装置的类型、所需氢的量等)改变大小而允许用于氢气产生的进一步的灵活性。图9A示出了示例性模块化装置100，其包括呈堆叠构型的一系列盒块910。盒块910例如可以是如上所述的盒120，其被配置成串联连接到其他盒。应当理解，当模块化装置被配置为可堆叠构型时，对盒120的任何提及也可描述盒块910。
盒块可以被配置成以各种不同的方式彼此连接。例如，盒块可以通过穿过盒块910设置的至少一个螺杆911(诸如双头螺栓)保持在一起。盒块910可例如包括数个孔，当放置在其它盒块旁边时，这些孔对准。螺杆911可插入穿过盒，并使用螺母或其他紧固件在两端拧紧。板或垫圈912也可设置在螺杆911上。预期的是，可使用将盒块连接在一起的各种其他方法(例如，夹具、螺钉、螺栓、锁定机构等)。盒块还可被配置成通过各种方法(例如，对准结构、棘爪或对准的孔。)与相邻盒块对准。还预期的是，单独的连接器可设置在每个盒块之间。
呈堆叠构型的模块化装置可包括设置在每一端上以围封模块化装置的边缘块。边缘块的外表面与盒块的外表面/边缘相结合可形成模块化装置的外部壳体。例如，图9B示出了包括边缘块920的模块化装置100。边缘块920也可容纳催化剂。例如，边缘块920可以是边缘盒420，如下文详细描述的，其被配置成在一侧上连接到盒块。如上所述，边缘盒可被配置成与相邻盒块连接和/或对准。应当理解，对边缘盒420的任何提及也可描述边缘块920。可使用各种其他方法来围封模块化装置，例如使用连接到模块化装置任一端上的盒块的端板或帽。替代地，盒块910可以是独立的，使得不需要端板或边缘块920。例如，盒块910可被配置成使得催化剂被完全围封。在该实施例中，流可以通过模块装置、通过盒块内部的通道或管件、或者通过连接到块的外部歧管被分流。
在堆叠构型中，模块化装置的入口和出口可设置在一个或多个盒块或边缘盒块上。如图9A所示，入口130和出口140可设置在一个边缘块上，其中出口145设置在模块化装置相对端上的边缘块上。盒块可以被构造成使得氢液体载体从一个边缘块流过盒块到达另一个边缘块。例如，每个盒块可包含入口和出口，使得一个盒块的入口被构造成在连接时与相邻盒块的出口对准。替代地，盒块可具有内部板，以引导流通过盒块并进入相邻盒块中。
在其他实施例中，模块化装置的所有出口和入口可设置在单个盒块上或跨数个块设置。例如，入口和出口可被包括在每个盒块上，并经由歧管或其他系统连接。入口和出口也可在一些模块上关闭，例如使用阀关闭，使得仅使用一些盒模块上的入口和出口。如上所述，虽然入口和出口端口在图9A中以竖直构型示出，但是它们可以以各种取向或放置位置布置。可使用其他各种构型来允许氢液体载体流入和流出模块化装置，并允许排出氢气。
模块化装置100还可包括设置在每个盒块910和/或边缘块920之间的至少一个密封件，诸如垫圈930或其他密封装置。密封件930可确保氢液体载体、氢气或其他过程流体在模块化装置的操作期间不会泄漏。垫圈930还可一体地形成或连接到盒块910、边缘块920或端板或帽。
根据本公开的实施例，盒120还可包括刚性中央支撑结构，至少一个催化剂附接到支撑结构的侧面。例如，盒可被配置成保持两个催化剂，一个附接到中央支撑结构320的任一侧。图3示出了示例性的盒120，其中催化剂附接在支撑结构320的任一侧。盒120可被布置成适合于有助于氢液体载体和设置在盒上的催化剂之间接触的任何构型。在一些实施例中，盒可形成为矩形形状，其中催化剂附接在任一侧上。在其他实施例中，盒可容纳在顶部和底部处连接到盒的一系列催化剂，而不具有中央支撑结构320。
尽管图3示出了呈“I”形构型的中央支撑结构320，但是应当理解，中央支撑结构320可具有任何其他合适的构型。例如，支撑结构320可被配置为圆盘、球体或具有几何形状，诸如六边形或八边形。
在一些示例性实施例中，盒120可从模块化装置100和壳体110移除。盒120可被移除以检查与盒120相关联的结构。例如，在定期维护期间，可通过从模块化装置100移除盒120来检查催化剂160。例如，可针对盒是否损坏或磨损来检查盒120。还可针对是否有降解的迹象来检查催化剂160，催化剂降解会导致制氢减少。盒120或催化剂160也可用另一个盒120或催化剂160更换以继续操作。图1示出了允许移除盒120的示例性壳体。虽然图1示出了壳体110，其具有用于移除每个盒的一系列接入端口150，但是设想的是，可提供用于移除盒的其他装置。例如，壳体110可具有单个接入端口，其提供对所有盒的接入。接入端口150可包括关闭机构，诸如门或可移除面板。在其他实施例中，壳体110可从模块化装置100可移除，以允许移除盒。壳体110或模块化装置100还可具有轨道、辊、轴承或导向装置，以便于移除盒120。模块化装置100还可具有在操作期间将盒120保持在适当位置的机构(即，夹子、锁、螺栓、螺钉、夹具等)。
其他盒结构可以与所公开的模块化装置结合使用。例如，图4示出了另一个盒400的示例。在该实施例中，盒400包括边缘盒，该边缘盒被设计成放置在壳体的每一端上。例如，边缘盒420可仅在盒的面向壳体110内部的一侧附接有催化剂。边缘盒420的催化剂可与盒120的催化剂相同或不同。图4示出了示例性边缘盒420。虽然图4示出了仅一个催化剂，但是设想的是，边缘盒可以被配置成保持多个催化剂。例如，边缘盒420可包括连接到盒的一侧并在顶部或底部处保持在适当位置的两个或多个催化剂，或者以允许氢液体载体在催化剂之间流动的另一种方式。在一些实施例中，边缘盒420可被具体配置成放置在模块化装置的端部上，例如，以仅从一侧接收氢液体载体。
根据本公开的模块化装置还可包括设置在模块化装置内的一个或多个冷却护套。冷却护套可用于散发在氢生成过程期间生成的热量。冷却护套可包括设置在护套内的液体。在一些实施例中，冷却护套可包含冷却流体以促进热量分配。冷却流体可由水、乙二醇或其他气体或液体冷却剂或其组合组成。冷却护套可在护套内包含许多翅片或挡板，以促进热传递。替代地，冷却护套可以是壳管式热交换器或其他已知的热传递装置。冷却护套可以通过各种替代结构包含在模块化装置内。冷却护套可例如沿着壳体的内壁放置。替代地，冷却护套可放置在盒120之间或与其成一直线。
冷却护套也可设置在所述至少一个盒内。每个盒可具有盒内部的专用冷却护套。这允许在制氢过程期间生成的热量通过盒120散发。举例来说，图5示出了具有一体式冷却护套的示例性盒。在这个示例中，盒500具有中央支撑结构520。冷却护套510被集成为中央支撑结构520内的空腔。盒500还可包括用于冷却流体530的循环的入口540和出口550。如上所述，冷却护套510可进一步包括挡板、翅片或一些其他结构以促进热传递。
根据本公开的实施例，所述至少一个催化剂可用热传递凝胶附接到冷却护套。举例来说，图5示出了带有一体式冷却护套510的盒500。催化剂160附接到中央支撑结构520，并且热传递凝胶535设置在催化剂160和冷却护套510之间以促进热传递。应注意的是，设想了催化剂160、中央支撑结构520和冷却护套510的其他构型，并且在图5中示出的盒仅作为示例提供。
在一些示例性实施例中，模块化装置100可保持多个盒或盒块，这些盒或盒块被布置成使得从入口接收的燃料在所述多个盒之间流动。例如，燃料可从入口130接收并被被引导入壳体110中。燃料可在单个点处或多个位置中进入壳体110。盒120可被布置成使得氢液体载体可以在盒之间流动，以跨该装置铺开以接触所有催化剂160。图6A示出了示例性模块化装置，其中在单个端口605处喷射燃料。燃料可以在盒120之间流动，以允许氢液体载体接触附接到盒的每个催化剂160。图2中的布置仅作为示例提供，并且设想了其他实施例。例如，燃料可在多于一个的位置处喷射并分散在燃料盒之间。
在其他实施例中，模块化装置100可进一步包括模块化装置内的一个或多个管道。管道可被配置成将氢液体载体从入口分配到所述多个盒。在每个盒之间分配氢液体载体可促进氢生产跨催化剂的分配。在一些情况下，氢液体载体在盒之间的分配可使得在催化剂之间甚至或几乎均匀地产生氢。这种分配可以通过各种替代结构来实现。在一个方面，管道或管道系统可一体地形成到壳体110中。例如，管道可通过其他制造工艺直接加工或形成到壳体110中。在另一方面，管道可形成为单独的结构，诸如设置在模块化装置100内的板或歧管。燃料也可通过模块化装置100内的管件、管道、通道或其他内部结构来分配。例如，氢液体载体可通过一端上的边缘盒(或边缘盒块)上的燃料入口注射，然后，朝向装置相对端上的边缘盒(或边缘盒块)经由内部通道流过串联的每个催化剂板，在此排出废氢液体载体。
图6B示出了一种示例性的装置构型，其包括用于在多个盒之间分配氢液体载体的多个管道。根据示例性公开的实施例，用于分配燃料的管道可包括被配置成从入口接收氢液体载体的主流道，以及将主流道连接到所述多个盒之间的空间的多个分支。例如，图6B示出了设置在模块化装置100内的结构630。结构630被配置成经由入口130从下方接收燃料。结构630具有主流道615，用于跨模块化装置100分配燃料。结构630还具有源自主流道615的多个侧向分支640。侧向分支640在每个盒120之间引导氢液体载体，以促进均匀分配。
在一些实施例中，氢液体载体可被喷洒到模块化装置100中。在其他实施例中，氢液体载体可流入模块化装置100中，以将催化剂浸入氢液体载体中。在一些实施例中，燃料可被允许在壳体110内自然流动。在其他实施例中，氢液体载体可被强制在壳体110内循环。例如，模块化装置100可包含泵或用于在燃料盒之间循环燃料的其他装置。
图7图示了在模块化装置上执行维护的示例性方法。在步骤710中，一旦所有的氢液体载体已经被移除或耗尽，就终止氢提取过程的操作。在一个方面，模块化装置的操作可手动终止。例如，模块化装置的操作员可发起装置的关闭。在其他方面，操作的终止可通过自动化过程发生。例如，操作的终止可由被配置成控制模块化装置100的计算机发起。终止也可由使用模块化装置100来产生功率的电子装置发起。设想的是，步骤710可包括数个子步骤，诸如关闭阀或关闭泵、热交换器、风扇、加热器或其他相关设备。
然后，在步骤720中，可从模块化装置中排空任何剩余的氢和氢液体载体。模块化装置720可被完全排空，以确保可安全地接入盒。步骤720可包括通过模块化装置100中提供的排放口排放氢液体载体。也可以使用数个传感器或其他监测装置来确保模块化装置100对于打开是安全的。
接下来，如果模块化装置100包括外部壳体，则壳体中的盒接入面板可以打开以接入盒120，如步骤730所示。接入面板可包括如图1所示的入口150。如上所述，在所公开的发明的一些方面，接入面板可以提供对单个盒的接入。在这个示例中，可接入单个盒，从而将剩余的盒留在适当位置。在其他方面，接入面板可以提供对多个盒或所有盒的接入。替代地，如果模块化装置100呈堆叠构型，如上所述，则在步骤735中，盒块可以彼此分离。然后可从其他盒或盒块移除盒120。虽然盒120被称为示例，但是应当理解，方法700和图7中描述的程序可能应用于其他盒构型。例如，方法700可以应用于边缘盒，诸如图4所示的边缘盒420。方法700也可以应用于具有内部冷却护套的盒，诸如如图5所示的盒500。
在步骤740中，如上所讨论的，可移除和/或检查盒120或催化剂160。例如，可针对损坏或磨损或出于任何其他维护目的检查盒120。可针对在制氢过程期间可能发生的降解检查催化剂160。盒120和催化剂160也可被移除以进行清洁。在一些实施例中，步骤740可包括更换盒120或催化剂160，或更换两者。
在步骤750中，关闭盒接入面板。设想的是，该步骤可包括其他子步骤，诸如确保在壳体110中形成密封。步骤750还可能需要使用例如螺钉、螺栓、闩锁、夹子、夹具、锁或其他机械关闭装置来机械地关闭接入面板。
在步骤760中，可恢复氢生成过程的操作。这可包括相对于打开步骤710描述的附加步骤的相反程序。步骤760还可包括安全程序，以确保模块化装置100的操作可恢复。
图8图示了操作模块化制氢装置的示例性方法。在步骤810中，可将氢液体载体(例如，氢基氢液体载体)泵入模块化装置100中。如上所讨论的，氢液体载体可包括硼氢化物燃料，诸如硼氢化钾(KBH4)。在其他方面，氢液体载体可包括另一种形式的金属硼氢化物(M1-BH4)。氢液体载体可以是商业上可获得的液体硼氢化物，诸如Electriq Global(EG)电子燃料。可通过入口130接收氢液体载体。
在步骤820中，在盒120之间分配氢液体载体。在所公开的发明的一些方面，氢液体载体可在单个处点或多个位置中进入壳体110，并且可以在盒120之间流动，如图6A所示。在其他方面，氢液体载体可在盒之间分配，如图6B所示。
在步骤830中，作为氢液体载体与催化剂160接触的结果，生成氢气。这可通过各种替代过程来实现，包括使用与催化剂接触的液体硼氢化物燃料生产氢气的过程。在步骤830期间生成的氢气可在步骤840中从模块化装置中排出。氢气可以通过出口140排出，如图1所示。氢气可用于供应燃料电池以给如上所述的电子车辆或装置供能。
上文讨论了本公开的几个方面。注意，上文讨论的特征、方面、特性、结构等的任何可行组合——例如，相对于附图中的任一幅或多幅附图——其可以被实施为被认为是本公开的一部分。出于诸如本公开的简洁且明了的原因，没有详细讨论这些可行的组合中的一些，但是它们仍然是本公开的一部分，并且鉴于上述公开，它们将呈现给本领域技术人员。

Claims (27)

1.一种用于从氢液体载体生成氢气的模块化装置，所述模块化装置包括：
至少两个可堆叠盒，其中，每个所述可堆叠盒包括：
至少一个第一催化剂，其被配置成当暴露于所述氢液体载体时导致氢气的释放，
一个或多个结构元件，其被配置成有助于所述至少两个可堆叠盒的配合，以便形成模块化装置，以及
外表面，其中所述至少两个可堆叠盒的外表面形成所述模块化装置的外表面的至少一部分；用于接收所述氢液体载体的至少一个液体入口，其中，所述至少一个液体入口设置在所述至少两个可堆叠盒中的一个或多个上；
至少一个气体出口，其用于排出在所述模块化装置中释放的氢气，其中，至少一个气体出口设置在所述至少两个可堆叠盒的一个或多个上；和
用于排出所述氢液体载体的至少一个液体出口，其中，所述至少一个液体出口设置在所述至少两个可堆叠盒中的一个或多个上；
其中，所述至少两个可堆叠盒中的一个的至少一个液体入口被配置成与所述至少两个可堆叠盒中的相邻一个的所述至少一个液体出口对准。
2.根据权利要求1所述的模块化装置，其中：
所述至少一个液体入口定位成比靠近所述模块化装置的第二端更靠近所述模块化装置的第一端；
所述至少一个液体出口定位成比靠近所述模块化装置的第一端更靠近所述模块化装置的第二端；和
至少一个气体出口，其设置在所述至少两个可堆叠盒的一个或多个的顶部上。
3.根据权利要求1所述的模块化装置，其中，被配置成有助于所述至少两个可堆叠盒的配合的所述一个或多个结构元件包括对准结构、棘爪或对准孔中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的模块化装置，还包括设置在所述可堆叠盒之间的至少一个密封件。
5.根据权利要求1所述的模块化装置，其中，所述至少两个可堆叠盒被配置成使用穿过所述至少两个可堆叠盒插入的至少一个螺栓来彼此连接。
6.根据权利要求1所述的模块化装置，其中，所述至少两个可堆叠盒包括第一边缘盒和第二边缘盒，其中，所述第一边缘盒设置在所述模块化装置的第一端处，并且所述第二边缘盒设置在所述模块化装置的第二端处，并且其中，所述第一边缘盒和第二边缘盒的一个或多个结构元件仅设置在所述第一边缘盒和第二边缘盒的面向所述模块化装置内部的一侧上。
7.根据权利要求6所述的模块化装置，其中，所述至少两个可堆叠盒的外表面和至少一个边缘盒的外表面形成所述模块化装置的外部壳体。
8.根据权利要求6所述的模块化装置，其中，所述第一边缘盒和第二边缘盒中的每一者包括至少一个第二催化剂，所述至少一个第二催化剂被配置成当暴露于所述氢液体载体时导致氢气的释放。
9.根据权利要求8所述的模块化装置，其中，所述至少一个第一催化剂和所述至少一个第二催化剂相同。
10.根据权利要求6所述的模块化装置，其中，所述至少一个液体入口设置在所述第一边缘盒上。
11.根据权利要求6所述的模块化装置，其中，所述至少一个液体出口设置在所述第二边缘盒上。
12.根据权利要求1所述的模块化装置，其中，所述至少一个第一催化剂包括：
金属结构；和
所述金属结构上的催化涂层，所述涂层包括：
包含Ni的内层；和
外部催化剂层。
13.根据权利要求12所述的模块化装置，其中，所述包含Ni的内层具有在6.3-25μm范围之间的Ra粗糙度值。
14.根据权利要求12所述的模块化装置，其中，所述金属结构包括不锈钢。
15.一种用于从氢液体载体生成氢气的模块化装置，所述模块化装置包括：
壳体；
用于接收所述氢液体载体的至少一个入口；
布置在所述壳体内的至少一个盒，所述盒包括至少一个第一催化剂，所述至少一个第一催化剂被配置成当暴露于氢液体载体时导致氢气的释放；
至少一个气体出口，其用于排出所述模块化装置中释放的氢气；
至少一个液体出口，其用于排出所述氢液体载体；和
设置在所述至少一个盒内的冷却护套，其中，所述冷却护套包含冷却流体，并且其中，所述至少一个第一催化剂利用热传递介质附接到所述冷却护套，
设置在所述模块化装置的至少一端上的边缘盒，所述边缘盒包括至少一个第二催化剂，所述至少一个第二催化剂被配置成当暴露于所述氢液体载体时导致氢气的释放。
16.根据权利要求15所述的模块化装置，其中，所述至少一个盒进一步包括：
中央支撑结构，其中，所述至少一个第一催化剂在一侧上安装到所述中央支撑结构。
17.根据权利要求15所述的模块化装置，其中，所述至少一个第一催化剂包括多个催化剂，并且至少一个盒还包括：
中央支撑结构，所述多个催化剂中的第一个附接到所述中央支撑结构的第一侧，并且所述多个催化剂中的第二个附接到所述中央支撑结构的第二侧。
18.根据权利要求15所述的模块化装置，其中，所述至少一个盒可从所述壳体移除。
19.根据权利要求15所述的模块化装置，其中，所述至少一个盒包括多个盒，所述多个盒被布置成使得从所述入口接收的氢液体载体在所述多个盒之间流动。
20.根据权利要求15所述的模块化装置，其中，所述至少一个盒包括多个盒，并且所述模块化装置还包括在所述壳体内的至少一个管道，所述至少一个管道被配置成将所述氢液体载体从所述入口分配到所述多个盒。
21.根据权利要求20所述的模块化装置，其中，所述至少一个管道包括：
主流道，其被配置成从所述入口接收所述氢液体载体，以及
将所述主流道连接到所述多个盒之间的空间的多个分支。
22.根据权利要求15所述的模块化装置，其中，所述至少一个第一催化剂包括：
金属结构；和
所述金属结构上的催化涂层，所述涂层包括：
包含Ni的内层；和
外部催化剂层。
23.根据权利要求22所述的模块化装置，其中，所述包含Ni的内层的Ra粗糙度值在6.3-25μm的范围内。
24.根据权利要求22所述的模块化装置，其中，所述金属结构包括不锈钢。
25.根据权利要求15所述的模块化装置，其中，所述至少一个第一催化剂布置成规整填料构型。
26.一种用于从氢液体载体生成氢气的模块化装置，所述模块化装置包括：
壳体；
布置在所述壳体内的至少一个内盒，所述内盒包括至少一个第一催化剂，所述至少一个第一催化剂被配置成当暴露于所述氢液体载体时导致氢气的释放；
在所述模块化装置的第一端上设置在所述壳体内的第一边缘盒和在所述模块化装置的第二端上设置在所述壳体内的第二边缘盒，其中：
所述第一边缘盒包括至少一个第二催化剂，所述至少一个第二催化剂被配置成当暴露于所述氢液体载体时导致氢气的释放，并且
所述第二边缘盒包括至少一个第三催化剂，所述至少一个第三催化剂被配置成当暴露于所述氢液体载体时导致氢气的释放；
冷却系统，其用于移除在所述模块化装置内生成的热量；
至少一个燃料入口，其用于接收所述氢液体载体；
至少一个气体出口，其用于排出在所述模块化装置中生成的氢气；
至少一个液体出口，其用于排出所述氢液体载体；和
设置在所述至少一个内盒内的冷却护套，其中，所述冷却护套包含冷却流体，并且其中，所述至少一个第一催化剂利用热传递介质附接到所述冷却护套。
27.根据权利要求26所述的模块化装置，其中，所述至少一个第一催化剂包括多个催化剂，并且至少一个内盒还包括：
中央支撑结构，所述多个催化剂中的第一个附接到所述中央支撑结构的第一侧，并且所述多个催化剂中的第二个附接到所述中央支撑结构的第二侧。
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