DE1567895C

DE1567895C - Portable device for the production of gaseous hydrogen

Info

Publication number: DE1567895C
Authority: DE
Inventors: Lawrence Marvin Lakewood Roth fleisch Jack Edward Westlake Ohio Litz (V St A )
Original assignee: VARTA AG
Current assignee: VARTA AG
Publication date: 1972-05-31

Description

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Die Erfindung betrifft eine tragbare Vorrichtung hälter 25 ist angrenzend zu dem ersten Rumpf-The invention relates to a portable device container 25 is adjacent to the first fuselage

zur Erzeugung von gasförmigem Wasserstoff durch teil 11 angeordnet; die zwei Rumpfteile sind dichtarranged for the generation of gaseous hydrogen by part 11; the two body parts are tight

Inberührungbringen. einer Lösung eines Wasserstoff durch eine konisch geformte Barriere 27 voneinanderBring into contact. a solution of a hydrogen through a conical shaped barrier 27 from each other

entwickelnden Stoffes mit einem festen metallischen getrennt, welche mit einem■■ Druckablaß-Ventil 29developing substance with a solid metallic separated, which with a ■■ pressure relief valve 29

Katalysator in einer geschlossenen Reaktionskammer, 5 versehen ist.Catalyst in a closed reaction chamber, 5 is provided.

mit einem Abzug für den entwickelten gasförmigen Ein abdichtbarer Einlaß 31 ist in einer Wand des Wasserstoff zur Verbrauchsstelle und mit einem an zweiten Rumpfteils 23 vorgesehen, und zwar, um die Reaktionskammer angrenzenden Behälter für die einen Zutritt zu dem Betriebsstoffbehälter für das unter Druck befindliche Lösung des Wasserstoff ent- Einfüllen und Säubern zu haben. Der zweite Rumpfwickelnden Stoffes, wobei die Reaktionskammer mit io teil 23 ist weiterhin mit einer Verbindungsleitung 33 dem Behälter über eine Leitung verbunden ist. versehen, welche mit einem Absperrventil 35 ausge-Eine derartige Vorrichtung ,ist in der USA.-Patent- rüstet ist. Die Leitung 33 verbindet den unteren Teil schrift 3 174 833 beschrieben. Bei dieser bekannten des Betriebsstoffbehälters 25 mit dem unteren Teil Vorrichtung wird die Lösung des Wasserstoff ent- der Reaktionskammer 13.with a vent for the developed gaseous A sealable inlet 31 is in a wall of the Hydrogen to the point of consumption and provided with a second body part 23, namely to the container adjoining the reaction chamber for access to the operating material container for the to have a pressurized solution of hydrogen discharged, filled in and cleaned. The second torso wrapper Substance, the reaction chamber with io part 23 is also with a connecting line 33 is connected to the container via a line. provided, which is equipped with a shut-off valve 35 such a device is in the USA. patent is equipped. The line 33 connects the lower part 3 174 833. In this known of the fuel tank 25 with the lower part The device is the solution of the hydrogen from the reaction chamber 13.

wickelnden Stoffes durch die Verbindungsleitung 15 In der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsin den oberen Teil der Reaktionskammer eingeleitet. form kleidet der Katalysator 15 die Innenwand der Bei einer Unterbrechung der Zufuhr der Lösung ver- Reaktionskammer 13 aus; die Auskleidung_; beginnt bleibt demnach immer ein gewisser Teil der Lösung an einem Punkt nahe der Verbindung zwischen dem in der Reaktionskammer in Berührung mit dem Ka- oberen Rumpfteil 11 und der Barriere 27 und ertalysator, so daß die Entwicklung von gasförmigem 20 streckt sich bis an die Oberseite der Kammer. Der Wasserstoff fortschreitet, bis die gesamte Menge des Katalysator kann, wie nachfolgend beschrieben werin der Reaktionskammer befindlichen Wasserstoff den wird, aus einer Vielzahl von Materialien bestehen. entwickelnden Stoffes verbraucht ist. Nickel wird jedoch vorgezogen. Der Katalysator wird Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung der in der Reaktionskammer auf solche Weise angebeschriebenen Art, bei welcher die Nichtentnahme 25 ordnet, daß in dem Maße, wie die Lösung in der von gasförmigem Wasserstoff die gesamte in der Kammer ansteigt, diese mit einer zunehmend grö-Reaktionskammer befindliche Menge der Lösusng ßeren Katalysatoroberfläche in Berührung kommt, durch den Druck des entwickelten Wasserstoffs aus Angrenzend an den ersten Rumpfteil befindet sich der Reaktionskammer verdrängt wird, so daß die der zweite Rumpfteil 23, welcher den Betriebsstoffweitere Entwicklung von gasförmigem Wasserstoff 3° behälter 25 enthält. Obgleich eine Vielzahl von Bevollständig unterbunden wird. triebsstoffen verwendet werden kann, ist Natrium-Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- borhydrid der bevorzugte Betriebsstoff. Der in der löst, daß der Katalysator an der Innenwandung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Betriebs-Reaktionskammer angeordnet ist und die Ver- stoff sollte vorzugsweise in Wasser löslich sein. Auf bindungsleitung den unteren Teil der Reaktions- 35 diese Weise ist es möglich, die Vorrichtung zu lagern, kammer mit dem unteren Teil des Behälters ver- während sie Betriebsstoff in trockener Form enthält, bindet. und vor dem Gebrauch einfach Wasser in den Be-winding material through the connecting line 15 in the embodiment shown in the drawing in the upper part of the reaction chamber. In the event of an interruption in the supply of the solution, the catalyst 15 lines the inner wall of the reaction chamber 13; the lining _; a certain part of the solution therefore always remains at a point near the connection between that in the reaction chamber in contact with the upper body part 11 and the barrier 27 and the analyzer, so that the development of gaseous 20 extends to the top of the Chamber. The hydrogen proceeds until the total amount of catalyst can be made up of a variety of materials, as will be described below as the hydrogen in the reaction chamber. developing substance is used up. However, nickel is preferred. The catalyst is the object of the invention is a device of the kind described in the reaction chamber in such a way, in which the non-withdrawal 25 arranges that as the solution in that of gaseous hydrogen increases the total in the chamber, this with an increasing Larger reaction chamber located amount of the solution ßeren catalyst surface comes into contact, by the pressure of the developed hydrogen from Adjacent to the first body part is the reaction chamber is displaced, so that the second body part 23, which the fuel further development of gaseous hydrogen 3 ° container 25 contains. Although a large number of Completely is prevented. Sodium can be used as a fuel. According to the invention, this task makes borohydride the preferred fuel. The fact that the catalyst is arranged on the inner wall of the device according to the invention and the operating reaction chamber used, and the material should preferably be soluble in water. In this way it is possible to store the device on the connection line, the chamber with the lower part of the container while it contains operating material in dry form. and before use, simply add water to the

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er- triebstoffbehälter einzubringen.In a preferred embodiment, the fuel tank is to be brought in.

findung ist der Katalysator als Auskleidung an der Gewöhnlich wird der Einbau eines Mitführungs-finding is the catalytic converter as a lining on the

Innenwandung der Reaktionskammer angeordnet. 40 Abscheiders wie auch eines Exsiccatorfüllmittels oderArranged inside wall of the reaction chamber. 40 separator as well as a desiccator filler or

Dadurch wird eine große Berührungsfläche zwischen eines Kondensators notwendig sein, um ein Ver-As a result, a large contact area between a capacitor will be necessary in order to

dem Katalysator und der Lösung erreicht. stopfen von Druckregulier-Vorrichtungen zwischenthe catalyst and the solution. stuffing pressure regulating devices between

Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Katalysator dem Gaserzeuger und der Wasserstoffgas verwenden-Appropriately, the catalyst extends the gas generator and the hydrogen gas use-

von unten bis oben an der Innenwandung der Reak- den Vorrichtung zu vermeiden. Eine Kombinationto avoid from bottom to top on the inner wall of the reacting device. A combination

tionskammer. Bei dieser Anordnung ist die Menge 45 von Mitführungs-Abscheider und Kühlereinheit kanntion chamber. With this arrangement, the amount of entrainment separator and cooler unit is 45

des entwickelten gasförmigen Wasserstoffs abhängig leicht in die Vorrichtung unterhalb der schnell lös-of the evolved gaseous hydrogen easily into the device below the rapidly dissolving

von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels der Lösung in baren Paßsitz-Verbindung oder, falls gewünscht, alsfrom the height of the liquid level of the solution in cash snug fit connection or, if desired, as

der Reaktionskammer. separate Einheit an der Außenseite des Gaserzeugersthe reaction chamber. separate unit on the outside of the gas generator

Die Zeichnung erläutert beispielsweise eine Aus- angebaut werden.The drawing explains, for example, an extension.

führungsform der Erfindung. 50 In der Praxis kommt der Wasserstofferzeuger leicht Die Vorrichtung umfaßt einen oberen ersten in Betrieb; wenn er in Betrieb ist, liefert er einen Rumpfteil 11 mit einer Reaktionskammer 13 und Strom von Wasserstoffgas, dessen Erzeugungsgeeiner Katalysatorzone 15. Ein Druck-Entlüftungs- schwindigkeit sich automatisch in Abhängigkeit von ventil 17 ist in einer Wand. des ersten Rumpfteils einer veränderlichen Verbrauchsmenge ändert. Die vorgesehen, um die Reaktionskammer 13 mit der 55 Vorrichtung ist relativ einfach zu betreiben,
äußeren Umgebung des Apparates· zu verbinden. Der Vor der Verwendung als Gasgenerator wird das erste Rumpfteil ist weiterhin mit einem Druckan- Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, in den Betriebszeiger 19 für den äußerden Druck versehen und mit Stoffbehälter 25, welcher das feste Natriumborhydrideiner schnell lösbaren Paßsitz-Verbindung 21, welche Granulat oder eine andere Betriebsstoffsquelle entden oberen Teil der Reaktionskammer mit dem äu- 60 hält, zugefügt. Ebenfalls ist es notwendig, Natriumßeren Teil des Apparates verbindet. Die schnell lös- hydroxyd oder andere geeignete Basen in den Bebare Paßsitz-Verbindung hat ein Absperrventil, wel- triebsstoffbehälter einzuführen, um die Stabilität der ches die Reaktionskammer 13 zur Atmosphäre hin Borwasserstofflösung zu erhöhen und damit die absperrt. Wenn der Stutzen einer Leitung in den Selbstzersetzung des Betriebsstoffes, besonders bei er-Paßsitz eingeführt ist, wird der Absperrhahn ge- 65 höhten Temperaturen hintanzuhalten,
öffnet, und der erzeugte Wasserstoff kann aus dem Ein Unterdrucksetzen des Betriebsstoffbehälters Apparat zur Verbrauchsstelle hin austreten. Ein zum Zwecke des Drückens des Betriefstoffes in die zweiter Rumpfteil 23 mit einem Betriebsstoffbe- Reaktionskammer kann auf verschiedenen Wegen er-embodiment of the invention. 50 In practice the hydrogen generator comes into operation easily. The device comprises an upper first one in operation; when it is in operation, it supplies a body part 11 with a reaction chamber 13 and a flow of hydrogen gas, the generation of which is a catalyst zone 15. A pressure-venting speed is automatically dependent on valve 17 in a wall. of the first body part of a variable consumption amount changes. The provided to the reaction chamber 13 with the 55 device is relatively easy to operate,
external environment of the apparatus · to connect. Before being used as a gas generator, the first body part is also provided with a pressure solvent, preferably water, in the operating pointer 19 for the external pressure and with material container 25, which contains the solid sodium borohydride of a quickly releasable snug fit connection 21, which granules or a Another source of fuel is added to the upper part of the reaction chamber with which the outside is held. It is also necessary to connect sodium to the outer part of the apparatus. The rapidly dissolving hydroxide or other suitable bases in the Bebare snug fit connection has a shut-off valve to introduce fuel containers in order to increase the stability of the reaction chamber 13 towards the atmosphere and thus shut off the hydrogen boron solution. If the nozzle of a line is inserted into the self-decomposition of the operating material, especially with a snug fit, the shut-off valve will be kept at high temperatures,
opens, and the hydrogen generated can escape from the pressurizing of the operating material container of the apparatus to the point of consumption. A reaction chamber for the purpose of pressing the substance into the second body part 23 with a reaction chamber can be created in various ways.

reicht werden. Beispielsweise kann der Betriebsstoffbehälter mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff, unter Druck gesetzt werden, nachdem das Wasser, der Betriebsstoff und das Hydroxyd zugefügt sind. Danach braucht die Vorrichtung nur geschüttelt zu werden, um die Feststoffe aufzulösen, worauf der Generator zum Betrieb fertig ist. Wenn man Wasserstoff erzeugen will, wird der Absperrhahn 35 geöffnet, wobei der Druck in dem Betriebsstoffbehälter die wässrige betriebsstoff-Mischung durch die Leitung · 33 in die Reaktionskammer 13 drückt, wo sie mit dem Katalysator in Berührung kommt und unter Entwicklung von Wasserstoffgas sich zersetzt. In dem Maße, wie das Niveau der Lösung ansteigt, berührt diese eine größere Oberfläche des Katalysators, wodurch die Geschwindigkeit der Wasserstoffentwicklung ansteigt. Wenn das Wasserstoffgas mit einer Geschwindigkeit abgezogen wird, welche wesentlich kleiner ist als die Geschwindigkeit, bei der er erzeugt wird, erhöht sich der Gasdruck in der Reaktionskammer und drückt die Flüssigkeit des Betriebstoffes in den Betriebsstoffbehälter zurück. Somit nimmt die Geschwindigkeit der Wasserstofferzeugung in dem Maße ab, wie die in Berührung mit dem Katalysator befindliche Betriebsstoffmenge abnimmt. In ähnlicher Weise ist, wenn große Gasmengen aus dem Generator abgezogen werden, der Wasserstoff druck in der Reaktionskammer niedrig genug, um den größeren Druck in dem Betriebsstoffbehälter in die Lage zu versetzen, den Betriebsstoff wiederum in die Reaktionskammer zu treiben, wo zusätzlicher Wasserstoff hieraus erzeugt wird. Somit wird die Geschwindigkeit, bei welcher der Betriebsstoff in die Reaktionskammer eintritt, durch den Druck in dem Betriebsstoffbehälter und durch den Wasserstoffdruck in der Reaktionskammer geregelt.be enough. For example, the operating material container can be filled with an inert gas, for example nitrogen, pressurized after the water, fuel and hydroxide are added. Thereafter, the device only needs to be shaken to dissolve the solids, whereupon the Generator is ready to operate. If you want to generate hydrogen, the stopcock 35 is opened, whereby the pressure in the fuel tank allows the aqueous fuel mixture to flow through the line 33 pushes into the reaction chamber 13, where it comes into contact with the catalyst and under development of hydrogen gas decomposes. As the level of the solution increases, touches this increases the surface area of the catalyst, reducing the rate of hydrogen evolution increases. If the hydrogen gas is withdrawn at a rate which is substantial is less than the speed at which it is generated, the gas pressure in the reaction chamber increases and presses the liquid of the fuel back into the fuel tank. Thus, the rate of hydrogen generation decreases in the Measure how the amount of fuel in contact with the catalytic converter decreases. In Similarly, if large amounts of gas are withdrawn from the generator, the hydrogen pressure will be in the reaction chamber low enough to accommodate the greater pressure in the fuel tank to move the fuel in turn to drive into the reaction chamber, where additional hydrogen is generated from this. The speed at which the fuel enters the reaction chamber is thus determined by the pressure in the fuel tank and regulated by the hydrogen pressure in the reaction chamber.

Wie schon erwähnt, ist ein geeigneter Katalysator zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Nickel. Es können aber auch andere Katalysatoren verwendet werden, um die Zersetzung des Natriumborhydrids zu Wasserstoffgas zu bewirken, beispielsweise Edelmetallkatalysatoren. Es wurde z. B. gefunden, daß alle Metalle der VIII. Gruppe des Periodischen Systems, mit Ausnahme von Eisen und Kobalt, den genannten Zweck erfüllen. Andere bevorzugte Katalysatoren sind Rhodium, Platin, Iridium oder Aluminiumoxyd. Der Katalysator sollte natürlich auf solche Weise verwendet werden, daß er eine große Oberfläche für die Reaktion mit dem Borwasserstoff bietet.As already mentioned, a suitable catalyst is for use in the device according to the invention Nickel. However, other catalysts can also be used to prevent the decomposition of the sodium borohydride to effect hydrogen gas, for example noble metal catalysts. It was z. B. found that all metals of Group VIII of the Periodic Table, with the exception of iron and Cobalt, fulfill the stated purpose. Other preferred catalysts are rhodium, platinum, iridium or aluminum oxide. The catalyst should of course be used in such a way that it offers a large surface for the reaction with the hydrogen boride.

Obgleich Natriumborhydrid der bevorzugte Betriebsstoff ist, können andere Verbindungen, welche ebenfalls bei der Zersetzung Wasserstoff entwickeln, verwendet werden, z. B. andere Hydride oder Borhydride, wie Kaliumborhydrid.
Wie oben angedeutet, ist die erfindungsgemäßeAlthough sodium borohydride is the preferred fuel, other compounds which also evolve hydrogen on decomposition can be used, e.g. B. other hydrides or borohydrides such as potassium borohydride.
As indicated above, the inventive

ίο Vorrichtung dann von Nutzen, wenn ein relativ konstanter Wasserstoffgas-Strom abgezogen werden soll. Weiterhin kann die Vorrichtung, um so mehr als sie eine in sich abgeschlossene leichte Einheit bildet, leicht transportiert werden und ist daher für die Verwendung in solchen Gebieten geeignet, wo Wasserstoffgas aus anderen Quellen nicht schnell verfügbar ist. Auf Grund seiner kompakten Natur ist die Vorrichtung auch besonders nützlich als Wasserstoffquelle für den Betrieb von Brennstoffzellen.ίο Device useful when a relatively constant one Hydrogen gas stream is to be withdrawn. Furthermore, the device can do more so than it forms a self-contained, lightweight unit, can be easily transported and is therefore suitable for use Suitable in areas where hydrogen gas from other sources is not readily available is. The device is also particularly useful as a hydrogen source because of its compact nature for the operation of fuel cells.

Claims

Patent claims:

1. Portable device for generating gaseous hydrogen by contact a solution of a hydrogen evolving substance with a solid metallic Catalyst in a closed reaction chamber with a hood for the developed gaseous hydrogen to the point of consumption and with one adjacent to the reaction chamber Container for the pressurized solution of the hydrogen evolved substance, whereby the reaction chamber is connected to the container via a line, characterized in that that the catalyst (15) is arranged on the inner wall of the reaction chamber (13) is and the connecting line (33) the lower part of the reaction chamber (13) with the connects the lower part of the container (25).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the catalyst (15) as a lining is arranged on the inner wall of the reaction chamber (13).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the catalyst (15) on the inner wall of the reaction chamber (13) extends from bottom to top.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings