JP6831089B2 - ガス発生デバイス - Google Patents

Description

本発明は、反応性液体を触媒と接触させることに基づいて、ガス、とりわけ二水素を発生させるための装置に主に関する。

二水素を発生させるための周知の方法は、水素化物水溶液、例えば水素化ホウ素ナトリウムの溶液を、例えばコバルト、プラチナ、ルテニウム又はニッケルによって形成された、水素化物の加水分解反応の触媒と接触させることにある。触媒と接触すると、水溶液の加水分解の反応が生じ、二水素を発生する。

例示として、特許文献１及び２は、このような触媒作用を及ぼされた水素化物の加水分解を実施するための装置をそれぞれ説明している。これらの文献で説明されたガス発生装置は、動作時に水素化物の水溶液を収容する包囲部と、水素化物水溶液の加水分解の触媒を収容する触媒作用チャンバを規定する触媒デバイスと、をそれぞれ備えている。触媒デバイスは、本体と、取り外し可能なカバーと、を備えている。触媒デバイスの閉鎖位置では、カバー及び本体が、ともに、水素化物水溶液から触媒を隔離する。二水素は、発生されない。触媒デバイスの開放位置では、カバーは、本体から離間して配置される。その後、水素化物水溶液は、触媒との接触状態に入り、従って、二水素の発生を開始し、二水素は、排出バルブを用いて包囲部から排出される。

発生された二水素の圧力が包囲部の内側で高くなりすぎることを回避するために、特許文献１で説明された触媒デバイスは、本体及びカバー双方に固定された、中空シリンダ状チューブの形状のエラストマーメンブレンを備えている。本体は、一端部が包囲部から出てかつ他端部がメンブレンの内部空間の内側に出てくる放出部も備えており、このため、メンブレンの内部空間内の圧力は、大気圧に等しい。従って、包囲部内の二水素の圧力は、閉鎖力よりも大きい力をもたらし、カバーは、前記力の効果を受けて本体に押し付けられ、ねじり効果によってエラストマーメンブレンを、触媒デバイスの閉鎖位置まで収縮させる。包囲部内の圧力が閉鎖力よりも小さい力をもたらす場合、エラストマーメンブレンは、その平衡位置へ回復しようとし、展開され、触媒デバイスの開放位置内にカバーを解放し、これにより、水素化物水溶液が触媒にアクセスすることを可能にする。

しかしながら、エラストマーメンブレンの収縮及び最適な展開を保証するために、メンブレンの高さは、小さいことが必要であり、これが、水素化物ベースの水溶液が触媒にアクセスすることを制限し、二水素の生産収率を制限する。

さらに、触媒デバイスの閉鎖力は、エラストマーメンブレンの剛性によって決定され、この剛性は、エラストマーメンブレンの形状と、寸法、とりわけ厚さと、機械的、とりわけ弾性的性質と、に依存する。従って、エラストマーメンブレンの寸法を定めることは、効果的な加水分解を保証するのに複雑である。

国際公開第２０１２／００３１１２号パンフレット 国際公開第２０１０／０５１５５７号パンフレット

従って、上述した欠点を克服する、反応性液体を触媒と接触させることに基づいてガスを発生させるための有効な装置が必要である。

このために、本発明は、
− 中空本体と、
− 中空本体内に収納されたピストンと、
− 反応性液体を触媒と接触させることに基づくガス発生反応の触媒であって、触媒作用チャンバ内に収納された、触媒と、
を備える触媒デバイスであって、
ピストン及び中空本体が、圧縮性流体を収容するための密封した圧縮チャンバを規定し、触媒作用チャンバが反応性液体に対して漏れがない閉鎖位置と、反応性液体を触媒作用チャンバ内に入れるための開放位置と、の間で互いに対して移動可能であり、
触媒デバイスが、圧縮性流体が圧縮チャンバ内に収容されかつピストンに付与される力が閉鎖力以上であるとき、開放位置から閉鎖位置へ、圧縮性流体が圧縮チャンバ内に収容されかつピストンに付与される力が閉鎖力よりも小さいとき、閉鎖位置から開放位置へ、切り替わるように適合される触媒デバイスを提案する。

“閉鎖力”は、触媒デバイスが閉鎖位置にある最小の力に相当する。

以下ではっきりと明らかになるように、本発明によるデバイスは、閉鎖力を規定するために基準圧力、とりわけ大気を得る手間を省くことを可能にする。従って、デバイスの製造は簡素化される。さらに、ピストンのストロークは、ガス発生の必要性に対応するように容易に適合され得る。従って、以下で詳細に説明されるように、触媒作用チャンバへの反応性液体のアクセスを促進することと、触媒への反応性液体のアクセスを最適化することと、が可能になる。従って、少なくとも同じ、さらにはより大きい収率を保持しながら、従来技術の触媒デバイスと比較して触媒の量を低減することが可能になる。さらに、以下ではっきりと分かるように、本発明による触媒デバイスは、様々な形状の触媒を収納することができ、触媒形成方法を簡素化することを可能にする。さらに、閉鎖力は、最大開放位置、すなわちピストンがそのストロークの終端にある位置における圧縮性流体の容積及び／又は圧力の適合を通じて容易に規定され得る。最後に、本発明による触媒デバイスは、圧縮チャンバの内側の圧力を調整するために圧力センサ及びサーボ制御ユニットのような手段を実装する手間を省くことを可能にする。従って、本発明による触媒デバイスは、中空本体に対してピストンを移動させるためのさらなる電力供給手段を必要とすることなく、自立して動作することができる。

さらに、本発明は、以下の選択的な特徴の１つ以上を含むことができる。

触媒は、好ましくは、水素化物を含む水溶液の加水分解に触媒作用を及ぼすことに適している。好ましくは、触媒は、プラチナ、ルテニウム、コバルト、ニッケル及びそれらの合金のうちから選択された金属を９５．０％よりも多く、さらに９９．０％よりも多く含む。

好ましくは、触媒は、ピストン及び／又は中空本体に、好ましくは堅く固定されている。

特に、触媒は、１ｍｍよりも大きい厚さのブロックの形状の、好ましくは多孔質の触媒作用支持体上に配置され得る。触媒作用支持体は、セラミック、ポリマー又は好ましくは金属材料によって形成され得る。特に、触媒は、触媒作用支持体の孔内に配置される。好ましくは、触媒作用支持体の重量及び触媒の重量の合計に基づいて表現される触媒の質量パーセントは、５０．０％よりも大きい。

変形例として、触媒は、１ｍｍよりも小さい厚さを有する被覆部の形状であり得る。

圧縮性流体は、圧縮チャンバ内に収容され得る。

好ましくは、圧縮性流体は、ガスであり、好ましくは不活性ガス及び空気のうちから選択される。空気は、低コストである利点を提供する。不活性ガスは、その不活性な化学的特性のために好ましい。

最大開放位置における圧縮性流体の圧力は、大気圧に等しく、さらには大気圧よりも大きくてもよい。好ましくは、デバイスが、隣接部を備え、隣接部が、ピストンが最大開放位置において前記隣接部に当接するように配置されている変形例では、最大開放位置において、圧縮性流体の圧力は、１．１ｂａｒよりも大きく、さらに好ましくは１．２ｂａｒよりも大きい。“圧力”は、真空中のゼロの圧力基準に対して規定される。

好ましくは、閉鎖位置における圧縮チャンバ内の圧縮性流体の圧力は、最大開放位置における圧縮チャンバ内の圧縮性流体の圧力よりも大きい。

好ましくは、閉鎖位置における圧縮チャンバ内の圧縮性流体の圧力は、大気圧よりも大きい。

好ましくは、ピストン及び中空本体は、開放位置と閉鎖位置との間で互いに対して並進移動可能及び／又は回転移動可能である。好ましくは、ピストンは、中空本体に対して単一の軸に沿って並進移動可能である。好ましくは、中空本体は、並進するピストンをガイドするように適合される。好ましくは、中空本体は、並進するピストンをガイドするように適合された中空シリンダ状ガイドドラムを備えている。

好ましくは、ピストン復帰手段、とりわけバネが、圧縮チャンバ内に収納されない。

好ましくは、ピストン及び中空本体は、触媒作用チャンバを規定する。従って、触媒デバイスは、製造することが容易であり、触媒作用チャンバ及び圧縮チャンバは、同じユニットによって規定される。

一実施形態では、本体は、単一部品からなってもよい。変形例として、本体は、プラグが取り外し可能に取り付けられた一部分を備えることができる。

本体は、圧縮チャンバから圧縮性流体を放出するように構成されたリリーフバルブを備えることができる。

デバイスは、好ましくは、隣接部を備え、隣接部が、最大開放位置においてピストンが前記隣接部に当接するように配置されている。

一実施形態では、本体は、ピストンをガイドするように適合された中空シリンダ状ガイドドラムを有する部分と、貯蔵タンクと、前記部分を貯蔵タンクに連結する流体接続部材と、を備えることができる。例えば、ガイドドラムは、ガス発生装置の包囲部内に配置され、貯蔵タンクは、前記包囲部の外側に配置され得る。従って、圧縮性流体の容積部を包囲部の外側に離しておくことによって、包囲部内で液体にアクセス可能な容積が増大させられる。

ピストンは、好ましくは、カバーを備え、カバーは、閉鎖位置において中空本体を圧迫して開口部を完全にブロックし、開放位置において中空本体から離間して配置される。

好ましくは、開放位置では、包囲部の内部空間が、５０％よりも多く、好ましくは８０％よりも多く、好ましくは９０％よりも多く反応性液体を収容している場合、さらにとりわけピストン及び／又は中空本体と接触していない触媒の表面の全てが、反応性液体にさらされる。

好ましくは、触媒の少なくとも一部は、中空本体及び／又はピストンに固定されている。

好ましくは、閉鎖力は、最大開放位置において圧縮性流体の圧力によってピストンにかけられる力よりも大きい。

本発明は、反応性液体を収容するための内部空間を規定する包囲部と、本発明による触媒デバイスと、を備えるガス発生装置であって、内部空間が反応性液体を収容しているときに、ガス発生装置が、触媒デバイスの開放位置において、触媒チャンバが内部空間と流体接続され、このため反応性液体を触媒と接触させることによってガスが発生されるように、かつ触媒デバイスの閉鎖位置において、触媒が前記反応性液体から隔離されるように、構成される装置にも関する。

好ましくは、触媒デバイスは、少なくとも部分的に、さらには完全に、包囲部の内部空間の内側に配置されている。

特に、触媒デバイスの本体が、ピストンをガイドするように適合された中空シリンダ状ガイドドラムを有する部分と、貯蔵タンクと、前記部分を貯蔵タンクに連結する流体接続部材と、を備え、貯蔵タンクが、包囲部の内部空間の外側に配置され得る。

一実施形態では、包囲部の内部空間が反応性液体を収容しているときに、ピストンが、開放位置よりも閉鎖位置において反応性液体の自由表面に近い。

包囲部は、反応性液体を収容することができる。好ましくは、最大開放位置では、圧縮チャンバ内の圧縮性流体の圧力は、内部空間内のガス圧力よりも大きい。

さらに、装置は、少なくとも２つの触媒デバイスを備えることができる。

本発明は、本発明によるデバイスの寸法を決定するための方法であって、
− 閉鎖位置と最大開放位置との間のピストンのストロークが、閉鎖力と、最大開放位置における圧縮チャンバの容積と、最大開放位置における圧縮性流体の圧力と、適切な場合にはガイドドラムの直径と、のうちから選択された少なくとも１つのパラメータの選定によって規定され、又は、
− 閉鎖力が、最大開放位置における圧縮チャンバの容積と、最大開放位置における圧縮性流体の圧力と、ピストンのストロークと、適切な場合にはガイドドラムの直径と、のうちから選択された少なくとも１つのパラメータの選定によって規定される方法にも関する。

最大開放位置は、隣接部を用いて規定され、隣接部は、最大開放位置においてピストンが前記隣接部に当接するように配置されている。

本発明は、反応性液体をガス発生反応の触媒と接触させることに基づくガス発生方法であって、
ｉ） 本発明による装置を得るステップであって、包囲部の内部空間が反応性液体を収容している、ステップと、
ｉｉ） 反応性液体が触媒との接触状態に入るように、触媒デバイスを開放位置に置くステップと、
の連続的なステップを含む方法にも関する。

好ましくは、ガスが、二水素であり、触媒が、水素化物を含む水溶液の加水分解に触媒作用を及ぼすのに適しており、好ましくは、触媒が、プラチナ、ルテニウム、コバルト、ニッケル及びそれらの合金のうちから選択された金属を９５．０％よりも多く含み、反応性液体が、水素化物を含む水溶液である。

本発明は、最後に、
− ガス酸化によって電流を発生するための燃料電池と、
− 本発明によるガス発生装置と、
を備える発電機であって、
装置が、燃料電池と流体接続され、燃料電池に前記ガスを供給するように構成されている発電機に関する。

本発明の他の特徴、変形例及び利点は、説明的かつ非限定的な方式で与えられる以下の詳細な説明及び例を読むことと、添付した図面を検討することと、でよりはっきりと明らかになるであろう。

触媒デバイスが開放位置に配置された、本発明によるガス発生装置の例を長手方向平面の断面図で表す。 触媒デバイスが閉鎖位置に配置された、本発明によるガス発生装置の例を長手方向平面の断面図で表す。 本発明による触媒デバイスの変形例を示す。 本発明による触媒デバイスの変形例を示す。 本発明による触媒デバイスの変形例を示す。 本発明による触媒デバイスの変形例を示す。 本発明による触媒デバイスの変形例を示す。 本発明による触媒デバイスの変形例を示す。 本発明でない装置を用いて二水素を発生させるための方法を実施中の、本発明でない装置の包囲部内での流量の傾向及び圧力の傾向を表すグラフである。 本発明による装置を用いて二水素を発生させるための方法を実施中の、本発明による装置の包囲部内での流量の傾向及び圧力の傾向を表すグラフである。

図では、装置及びデバイスを形成する様々な部材及びユニットの縮尺及びバランスは、必ずしも順守していない。さらに、明確にするために、部材は、実際には接触しているが、互いに接触していないと表される可能性がある。さらに、異なる参照符号は、１つの同じ部材を示すことがある。

図１は、本発明によるガス発生装置５の生成の例を表す。

装置は、内部空間１５を規定する包囲部１０を備え、内部空間１５内には、本発明による触媒デバイス２０が配置されている。

図１に示された例では、包囲部は、反応性液体２５を収容している。例えば、装置が、二水素を発生するように意図される場合、包囲部内に収容された反応性液体は、例えば水素化ホウ素ナトリウム及び／又は水素化ホウ素カリウムを含む水素化物水溶液である。さらに、ガス発生の前に、内部空間には、反応性液体がなくてもよい。

包囲部は、長手方向Ｘに延在する側壁部３０と、図１に示すように長手方向Ｘが重力の方向と平行でありかつ重力の方向の反対に方向づけられている場合には包囲部の底部を規定する底壁部３５と、ガス排出開口部４５を有する頂壁部４０と、を備えている。図１及び図２に示されるように、バルブ５０が、ガス排出開口部に配置され得る。

図１の例では、触媒デバイスは、包囲部の内部空間に配置され、包囲部の底部に固定されている。しかしながら、触媒デバイスの他の配置が考えられる。例えば、触媒デバイスは、側壁部のうちの少なくとも１つに固定されるか、又は頂壁部に固定され得る。さらに、触媒デバイスは、図７に示されるように、部分的に内部空間の外側に配置され得る。触媒デバイスは、内部空間の完全に外側に配置さえされ得る。

図１及び図２に示された触媒デバイスは中空本体５５を備え、中空本体５５内にはピストン６０が収納される。中空本体及びピストンは、ともに、圧縮性流体を収容する圧縮チャンバ６５を規定する。図１及び図２の例では、チャンバは、前記圧縮性流体７０を収容する。図１及び図２の例では、中空本体は、開口部８０を有する部分７５と、部分７５に取り外し可能に取り付けられたプラグ８５と、を備え、開口部８０は、部分７５の壁部を厚さ方向に貫通する。開口部は、容器の底部と接触する部分７５の壁部に形成され、容器の底部は、部分７５の開口部上に出てくる孔９０を備えている。このようにして部分７５からプラグを取り外すことによって、圧縮チャンバを圧縮性流体で充填することが可能になる。圧縮性流体に対して漏れがないことを保証するために、プラグは、好ましくは、プラグが部分７５に取り付けられたときに部分７５とプラグとの間に挟まれる密封部によって頂部を覆われる。表されない変形例では、ピストンは、取り外し可能なプラグによって形成された開口部を有し、これにより、圧縮性流体を圧縮チャンバ内に導入する。別の変形例では、開口部８０には、デバイスが意図される用途に従って圧縮性流体の圧力を調節するために、空気注入バルブが設けられる。例えば、触媒デバイスの変形実施によれば、圧縮チャンバには、圧縮性流体がなく、触媒システムは、触媒システムを開放位置に設定する前に、１時間よりも短く、さらに１０分間よりも短く、さらに５分間よりも短く、閉鎖位置に配置され、圧縮性流体は、空気注入バルブを介して圧縮チャンバ内に注入される。

上述したように、圧縮チャンバは、密封される。従って、圧縮性流体が圧縮チャンバ内に収容されると、前記圧縮チャンバからの圧縮性流体の漏れは実質的にゼロである。

さらに、中空本体は、本体の壁部及び包囲部の壁部に形成された開口部内に配置されたリリーフバルブ９２を備えている。リリーフバルブは、圧縮チャンバ内の圧力が臨界値を超えると、リリーフバルブが開放され、包囲部を包囲部の外側の環境９４と流体接続するように構成され、環境９４は、好ましくは大気圧にある。

ピストン及び中空本体は、互いに対して移動可能であり、好ましくは並進移動可能及び／又は回転移動可能である。好ましくは、ピストン及び中空本体は、図１及び図２に示されるように、開放位置と閉鎖位置との間で、互いに対して単一の軸に沿って並進移動可能である。図１及び図２ではっきりと見えるように、明らかに、触媒デバイスは、いくつかの開放位置に配置され得る。とりわけ、ピストンがそのストロークに到達すると、デバイスは最大開放位置に配置される。

図１及び図２に示される例では、中空本体は、軸Ｙの、好ましくは旋回軸Ｙの中空シリンダ状ガイドドラム１００を備え、ピストンは、ピストンヘッド１０５を備え、ピストンヘッド１０５の一面は、圧縮チャンバを部分的に規定している。ピストンヘッドは、図１及び図２ではプレートの形状をとるが、他の形状が考えられる。さらに、図１及び図２の例では、デバイスは、ピストンヘッドがガイドドラムの内壁上に配置された隣接部９５と接触するときに最大開放位置にある。

ピストンヘッドは、ガイドドラムの軸Ｙに垂直な平面で見ると、ガイドドラムの内壁部のセクションと相補的な形状のセクションを有し、これにより、圧縮チャンバを漏れがなくシールする。前記漏れがないシールをさらに向上させるために、ピストンヘッドは、ガイドドラムの内壁部を圧迫する環状シール１０８を備えることができる。

さらに、ピストンは、ガイドドラムと同軸のシャフト１１０であって、その端部の一方でピストンヘッドに堅く固定された、シャフト１１０と、シャフトの他端に堅く固定されたカバー１１５と、を備えている。触媒を反応性液体に接触させることに基づくガス発生反応の触媒１１８は、カバー上に配置されている。触媒は、触媒デバイスの閉鎖位置において中空本体内に収納される。

閉鎖位置では、カバーは、中空本体上に載っている。従って、図２ではっきりと見えるように、ピストン及び中空本体は、ともに、触媒作用チャンバ１２０を規定している。

図１の例では、本体は、環状部分１２８を延在させるショルダ１２５も備え、環状部分１２８の端面は、シール１３０によって頂部を覆われ、カバー１１５は、閉鎖位置においてシール１３０上に載る。ショルダ及び環状部分によって形成される組立体は、閉鎖位置において触媒を収納するための受容部を規定する。環状部分は、シリンダ状であり、好ましくは旋回シリンダ状であり、環状部分の軸は、ガイドドラムの軸Ｙと一致してもよい。環状部分の直径Ｄ_Ａは、ピストンヘッドの直径Ｄ_Ｐよりも大きく、これらの直径は、環状部分の軸Ｙと直角に測定されている。ガイド部分及びピストンヘッドの直径よりも大きい環状部分の直径は、大きい容積の触媒作用チャンバを規定することも可能にし、従って、開放位置において反応性液体と触媒との間の交換に有利に働く。表されない実施形態では、デバイスは、ショルダも環状部分も備えないこともでき、カバーは、閉鎖位置において、場合によってはシールによって頂部を覆われたガイドドラム上に直接載ることができる。変形例では、カバーにおける触媒作用チャンバに面する面は、例えばシリコーン又は“ＥＰＤＭ”エラストマーからなるフレキシブルポリマーの層によって覆われ、これにより、閉鎖位置における触媒チャンバの漏れがないシールを保証する。

図１の例では、触媒１１８は、カバー１１５に固定された触媒作用支持体１１９上に配置される。変形例として、触媒１１８は、ピストン上に配置され得る。別の変形例では、触媒１１８は、中空本体上に配置され、かつ／又は中空本体に固定され得る。特に、触媒１１８は、ショルダ１２５上及び／又は環状部分１２８上に配置され得る。別の変形例では、触媒の一部は、中空本体と接触して配置され、触媒の別の部分は、ピストン上に配置され得る。

触媒の形状に関して、触媒は、１ｍｍよりも小さい厚さの被覆部の形状をとることができ、被覆部は、例えば、カバーの面であって、面の垂直方向が触媒作用チャンバに向かって向けられた、カバーの面上に堆積させられるか、又は中空本体の壁部の内面上、例えば環状部分１２８又はショルダ１２５の内壁上に堆積させられる。カバーは、化学的に又は電気化学的に堆積させられ、又は物理蒸着又もしくは化学蒸着によって堆積させられ得る。

上記で詳細に述べたように、変形例として、触媒は、多孔性の触媒作用支持体の孔内に堆積させられ得る。

本発明による触媒作用デバイスを用いた本発明による方法の実施は、例えば図１で示されるように、以下で詳細に説明される。

ガス発生の前に、触媒デバイスは、好ましくは閉鎖形態に配置される。従って、ガス発生は、防止され、包囲部内に収容された反応性液体は、触媒作用チャンバ内に侵入することができない。ガスの発生を開始するために、デバイスは、その後、開放位置に配置される。

変形例では、ガス発生の前に、触媒デバイスは、開放形態に配置され得る。ガス発生は、開始され、包囲部内のガス圧力は、触媒デバイスにかかる結果として生じる力が触媒システムを閉鎖位置に配置するまで増大する。

別の変形例では、ガス発生の前に、包囲部は、圧力下にある反応性液体を含むことができ、圧力下にある反応性液体の圧力によってかけられる力は、ガス発生が開始されるまで触媒システムを閉鎖位置に保つ。

変形例として、ガス発生の前に、触媒デバイスは、開放位置に配置され、包囲部には、反応性液体がない。しかしながら、包囲部は、反応性液体以外の液体、例えば水を含むことができる。ただし、水は、触媒と接触しても、ガスを発生するように反応しない。例えば、ガス発生反応を開始するために、塩、とりわけホウ化水素が、水中での溶解によって反応性液体を形成するために内部空間内に注がれる。

ガス発生の前に、初期の反応性液体圧力が、包囲部の内部空間内に広がる。初期圧力は、圧縮チャンバ内の圧力以下であり、等しくさえもある。特に、初期圧力は、大気圧に等しくてもよい。

ガス発生の前にデバイスが開放位置にありかつ圧縮性流体の圧力が包囲部内の圧力よりも大きい変形例では、圧縮性流体は、圧縮チャンバの容積を増大させるためにピストン上に推進作用力をかける。好ましくは、触媒デバイスは、隣接部、例えば図１に示された参照符号９５を有するような隣接部を備え、これにより、中空本体内でのピストンのストロークを制限し、従って、最大開放位置を規定する。

任意のガス発生の前にデバイスが開放位置にありかつ圧縮チャンバ内の圧力が包囲部内の圧力に等しい変形例では、圧縮性流体及び反応性液体の圧力の効果からかつピストンの重量によって生じる作用力は、相殺され、デバイスの最大開放位置を規定する。

開放位置において、包囲部内に収容された反応性液体は、ピストンと中空本体との間に規定された開口部を通って触媒作用チャンバ内に侵入することができる。反応性液体は触媒との接触状態に入り、従って、ガスが発生される。ガスは、その後、矢印Ｓによって示されるように、触媒作用チャンバから包囲部の内部空間に浮力効果によって排出される。ガスにアクセス可能な包囲部の容積が制限されているので、ガスの圧力及び反応性液体の圧力は包囲部内で増大する。とりわけ、反応性液体が触媒との接触状態に入る限り、ガスは発生され、ガスの圧力及び反応性液体の圧力は増大する。さらに、包囲部内に収容されたガスは、包囲部から排出バルブを通じて排出される。

包囲部内の圧力が、圧縮チャンバ内の圧縮性流体の圧力よりも大きいので、ピストン上に結果として生じる作用力はピストンを変位させ、これが圧縮性流体を圧縮する。圧縮チャンバの容積は減少し、圧縮チャンバの圧縮性流体の圧力は増大する。ピストンの圧縮移動は、圧縮チャンバ内の圧力が包囲部内の圧力と平衡とされるまで継続する。従って、デバイスは、最大開放位置と閉鎖位置との間の中間開放位置に配置され得る。図２の例では、包囲部内の圧力は、デバイスが閉鎖位置に導かれるように、閾値圧力と等しい。図１及び図２の例では、ピストンの変位によるデバイスの閉鎖は、カバー１１５で環状部分１２８を覆うことによって行われ、触媒作用チャンバをブロックする。ガス発生は、その後、阻止され、触媒作用チャンバは、閉鎖位置において反応性液体に対して漏れがない。包囲部内に収容された反応性液体は、その後、触媒作用チャンバ内に侵入できない。従って、デバイスは、包囲部内の圧力が、ピストン上にかけられる力が閉鎖力以上であることをもたらすとすぐに、閉鎖位置に配置される。触媒デバイスが燃料電池に供給する変形例では、なおも包囲部内に収容された、触媒デバイスの閉鎖前に発生されたガスは、バルブを通じて包囲部から排出される。

従って、反応性液体の圧力は、圧縮チャンバ内の圧縮性流体の圧力以下になる。ピストン上に結果として生じる作用力は、その後、圧縮性流体が、ピストンを閉鎖位置から開放位置へ、さらには最大開放位置へ押し戻すようになる。その後、反応性液体は、触媒との接触状態に再び入り、ガス発生が、再開する。従って、連続の開放／閉鎖サイクルは、反応性液体を触媒と接触させることがガス発生をもたらす限り、継続する。

さらに、すでに詳細に説明したように、触媒デバイスの寸法は、触媒デバイスを用いて発生されたガスの使用に関連した特定の制限に適合され得る。例えば、発生されたガスが、二水素であり、かつ燃料電池に供給するように意図される場合、触媒デバイスは、装置の出力部での二水素が、燃料電池の最適な収率のために必要な圧力と対応する圧力を示すような寸法とされ得る。

特に、閉鎖位置と最大開放位置との間のピストンのストロークは、閉鎖力と、最大開放位置における圧縮チャンバの容積と、最大開放位置における圧縮性流体の圧力と、適切な場合にはガイドドラムの直径と、のうちから選択された少なくとも１つのパラメータの選定によって規定され得る。変形例として、閉鎖力は、最大開放位置における圧縮チャンバの容積と、最大開放位置における圧縮性流体の圧力と、ピストンのストロークと、適切な場合にはガイドドラムの直径と、のうちから選択された少なくとも１つのパラメータの選定によって規定され得る。

従って、開放位置において触媒を反応性液体にさらすことは、ガス発生装置内で制限された容積を占めるコンパクトなデバイスを保ちながら、最適化され得る。

例えば、図３及び図４は、最大開放位置に配置されたデバイスであって、同一の閉鎖力についてそれらデバイスの閉鎖位置に到達するように構成された、デバイスの例を示す。図３及び図４の触媒デバイスは、同一の中空本体及びピストンを備え、最大開放位置においてそれらデバイスが収容する圧縮性流体の容積だけが異なっている。とりわけ、最大開放位置における圧縮性流体の圧力は、双方のデバイスについて同一である。最大開放位置と閉鎖位置との間の同一の圧力変化について、図３の触媒デバイスのピストンのストロークＣ_１は、図４の触媒デバイスのピストンのストロークＣ_２よりも大きい。従って、最大開放位置と閉鎖位置との間では、図３の触媒デバイスは、図４の触媒デバイスと比較して、触媒を反応性液体にさらすのにより好ましい。しかしながら、図４に示された触媒デバイスは、図３に示されたデバイスよりも良好なコンパクト性の利点を提供する。

図５及び図６は、同一の閉鎖力についてそれらデバイスの閉鎖位置に到達するように構成された触媒デバイスを示す。図６の触媒デバイスは、より大きい直径のガイドドラムを有する点で、図５の触媒デバイスと異なっている。最大開放位置では、図５及び図６の触媒デバイスは、圧縮性流体の同一の容積を含んでいる。さらに、最大開放位置における圧縮性流体の圧力は、双方のデバイスについて同一である。最大開放位置と閉鎖位置との間の同一の圧力変化について、図５の触媒デバイスのピストンのストロークＣ_３は、図６のデバイスのピストンのストロークＣ_４よりも大きい。従って、最大開放位置と閉鎖位置との間では、図５の触媒デバイスは、図６の触媒デバイスと比較して、触媒を反応性液体にさらすのにより好ましい。

図７に表された装置は、触媒デバイスが部分的に包囲部内に配置されている点で、図１に示された装置と異なっている。触媒デバイスは、中空シリンダ状ガイドドラム１００を有する部分を備える本体と、貯蔵タンク１３５と、前記部分を貯蔵タンクに連結する流体接続部材１４０と、を有し、ピストンは、本体内に収納されている。流体接続部材は、図７に表されるように可撓性パイプであるか、又は剛性コネクタであってもよい。流体接続部材は、部分上に又は包囲部上に取り外し可能に取り付けられてもよく、例えば螺合されてもよい。変形例として、流体接続部材及び部分は、モノリシックな組立体を規定する。貯蔵タンクに関して、図７の例では、貯蔵タンクは、包囲部の外側に配置されている。変形例として、貯蔵タンクは、包囲部内に配置され得る。さらに、図７に示されるように、貯蔵タンクは、タンクの壁部を厚さ方向に貫通する開口部１４５を備え、取り外し可能なプラグ１５０が、タンクの壁部に取り付けられている。従って、圧縮性流体は、圧縮性流体のいかなる漏れも補償するために、例えばガス発生の前又はガス発生中に圧縮チャンバ内に注入され得る。

図８に示された装置は、触媒デバイスが、ピストンのカバー１１５が包囲部の底部３５に面するように構成されている点で、図１に示された装置と異なっている。包囲部内でのピストンの変位を可能とするために、触媒デバイスは、固定ラグの形状のスペーサ１６０を用いて、包囲部から離間して保たれる。内部空間が、示されるように反応性液体を含んでいるときに、ピストンは、デバイスの閉鎖位置よりも開放位置において、反応性液体の自由表面１６５からより大きく離間して位置している。図８に示された装置は、ガス発生後に残っている反応性液体の体積が包囲部内において少ないときに触媒を反応性液体にさらすことを可能にするという利点を提供する。それは、特に、触媒デバイスが、包囲部の内部空間が反応性液体で完全に充填されたときに、包囲部内の反応性液体の高さよりも大きい高さを有する場合に、特に適しており、これらの高さは、重力の方向で測定されたものである。

例
本発明は、以下の非限定的な例を用いて説明される。

比較例
ガス発生テストは、図１に示された装置で実行され、この装置では、特許文献１で説明されたブイの形状の触媒デバイスが配置されている。触媒デバイスは、金属上に堆積された７００ｍｇのコバルトルテニウムと、４００ｍｇの重量を有する、多孔質の金属触媒作用支持体と、を備え、包囲部の内部空間は、１６００ｍｌの容積を有し、５００ｇの水素化ホウ素ナトリウムの溶液を収容する。触媒デバイスの圧縮チャンバは、空気を収容している。

装置は、１０００ｍｌ／分の目標流量を与える調節可能な流量計に連結されている。

図９は、二水素発生方法の実施の時間ｔの関数として、ガス発生中の、包囲部内で水素化物溶液を触媒と接触させることによって発生された二水素の圧力Ｐｇの傾向と、二水素の流量Ｄｇの傾向と、を示している。

ｔ_０＝０では、触媒デバイスは、開放位置に配置されている。反応性液体は、触媒作用チャンバ内に侵入し、触媒との接触状態に入る。目標流量は、即座に到達され、チャンバ内の圧力は、ピストンが閉鎖位置に押し戻されるまで増大する。従って、特許文献１のブイの開放及び閉鎖サイクルは、圧力が１．１ｂａｒに到達するまで目標流量がガス発生の間にわたって維持されるように行われる。包囲部内の二水素の圧力は、ｔ_１＝１１０分で減少する。この瞬間から、包囲部内の圧力は、大気圧に等しくなる。従来技術の装置は、目標流量を保証するのに十分な量のガスを生成することができない。従って、総体積Ｖ_１＝１１０ｌのガスが生成される。水素化物は、水溶液中に残るが、溶液中のそれら水素化物の低濃度と、触媒への制限されたアクセス可能性と、は、発生されたガスの流量を少なくすることにつながり、発生されたガスの流量は、目標流量よりも少なくなる。

従って、従来技術の方法における発生された水素の総重量と溶液の総重量との間の比率として定義される、方法の収率は、１．８％である。

本発明による例
ガス発生テストは、比較例と同じ量の触媒及び水素化ホウ素ナトリウム溶液を含む、図１に示された装置で実行された。

触媒デバイスは、最大開放位置では圧縮チャンバ内の空気圧が１．２５ｂａｒに等しくなるような寸法とされている。

図１０は、二水素発生方法の実施の時間ｔの関数としての、包囲部内の二水素の圧力Ｐｇ及び流量Ｄｇの傾向を示している。

瞬間ｔ_０＝０では、触媒システムは、開放位置に配置されている。ガス発生と、発生されたガス目標流量と、は、方法の実施の第１サイクルから到達された（１０００ｍｌ／分の値）。

ガス発生は、図１０で分かるように、水素化物の濃度が低すぎて目標流量を維持することができなくなる（瞬間ｔ_１＝１８０分）まで継続する。従って、総体積Ｖ_２＝１８０ｌの二水素が生成される。

従って、本発明による方法の二水素収率は、３．０％である。

本説明からはっきりと分かるように、本発明によるデバイスが設けられた装置を用いたガス、とりわけ二水素の発生は、発生されたガスが意図される用途に従って容易に適合され得る。とりわけ、装置の出力部でのガスの圧力範囲は、ピストンのストロークと、最大開放位置における圧縮性流体の圧力及び容積と、にマッチする選択によって設定され得る。本発明は、二水素の発生を、高い収率で効率的に、信頼性をもってかつ安全に開始することを可能にする。

明らかに、本発明は、本発明による装置及びデバイスの実施形態に限定されず、説明されかつ表された方法の実施モードに限定されない。

とりわけ、触媒デバイスは、装置の包囲部の外側に配置され得る。包囲部は、水素化物水溶液以外の反応性液体を含むことができ、二水素以外のガス、例えば酸素を発生するよう意図され得る。

５ ガス発生装置、１０ 包囲部、１５ 内部空間、２０ 触媒デバイス、２５ 反応性液体、５５ 中空本体、６０ ピストン、６５ 圧縮チャンバ、７０ 圧縮性流体、９２ リリーフバルブ、９５ 隣接部、１１５ カバー、１１８ 触媒、１２０ 触媒作用チャンバ、１６５ 自由表面

Claims (17)

1. − 中空本体（５５）と、
   − 前記中空本体内に収納されたピストン（６０）と、
   − 反応性液体（２５）を触媒（１１８）と接触させることに基づくガス発生反応の触媒であって、触媒作用チャンバ（１２０）内に収納された、触媒と、
   を備える触媒デバイス（２０）であって、
   前記ピストン及び前記中空本体が、圧縮性流体（７０）を収容するための密封した圧縮チャンバ（６５）を規定し、前記触媒作用チャンバが前記反応性液体に対して漏れがない閉鎖位置と、前記反応性液体を前記触媒作用チャンバ内に入れるための開放位置と、の間で互いに対して移動可能であり、
   前記触媒デバイスは、前記圧縮性流体が前記圧縮チャンバ内に収容されかつ前記ピストンに付与される力が閉鎖力以上であるとき、前記開放位置から前記閉鎖位置へ、前記圧縮性流体が前記圧縮チャンバ内に収容されかつ前記ピストンに付与される力が前記閉鎖力よりも小さいとき、前記閉鎖位置から前記開放位置へ、切り替わるように適合されることを特徴とする触媒デバイス。
2. 前記触媒が、水素化物を含む水溶液の加水分解に触媒作用を及ぼすことに適していることを特徴とする請求項１に記載の触媒デバイス。
3. 前記圧縮性流体が、前記圧縮チャンバ内に収容されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒デバイス。
4. 前記圧縮性流体が、ガスであることを特徴とする請求項３に記載の触媒デバイス。
5. 前記中空本体が、前記圧縮チャンバから前記圧縮性流体を放出するように構成されたリリーフバルブ（９２）を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の触媒デバイス。
6. 前記触媒デバイスが、隣接部（９５）を備え、前記隣接部（９５）が、前記ピストンが最大開放位置において前記隣接部に当接するように配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の触媒デバイス。
7. 最大開放位置における前記圧縮性流体の圧力が、大気圧以上であることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の触媒デバイス。
8. 前記閉鎖位置における前記圧縮チャンバ内の前記圧縮性流体の圧力が、最大開放位置における前記圧縮チャンバ内の前記圧縮性流体の圧力よりも大きいことを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の触媒デバイス。
9. 前記触媒が、前記ピストン及び／又は前記中空本体に固定されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の触媒デバイス。
10. 前記触媒が、１ｍｍよりも大きい厚さのブロックの形状又は１ｍｍよりも小さい厚さを有する被覆部の形状の触媒作用支持体上に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の触媒デバイス。
11. 前記触媒作用支持体の重量及び前記触媒の重量の合計に基づいて表現される前記触媒の質量パーセントは、５０．０％よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の触媒デバイス。
12. 前記ピストンが、カバー（１１５）を備え、前記カバーが、前記閉鎖位置において前記中空本体を圧迫して前記触媒作用チャンバを完全にブロックし、前記開放位置において前記中空本体から離間して配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の触媒デバイス。
13. 反応性液体（２５）を収容するための内部空間（１５）を規定する包囲部（１０）と、請求項１から１２のいずれか一項に記載の触媒デバイス（２０）と、を備える、ガスを発生させる装置（５）であって、
    前記内部空間が前記反応性液体を収容しているときに、前記ガスを発生させる装置が、
    前記触媒デバイスの前記開放位置において、前記触媒作用チャンバが前記内部空間と流体接続され、このため前記反応性液体を前記触媒と接触させることによって前記ガスが発生されるように、かつ
    前記触媒デバイスの前記閉鎖位置において、前記触媒が前記反応性液体から隔離されるように、
    構成されることを特徴とする装置。
14. 前記触媒デバイスが、少なくとも部分的に、さらには完全に、前記包囲部の前記内部空間内に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記包囲部の前記内部空間が前記反応性液体を収容しているときに、前記ピストンが、前記開放位置よりも前記閉鎖位置において前記反応性液体の自由表面（１６５）に近いことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の装置。
16. 反応性液体をガス発生反応の触媒と接触させることに基づくガス発生方法であって、
    ｉ） 請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の装置を得るステップであって、前記包囲部の前記内部空間が前記反応性液体を収容している、ステップと、
    ｉｉ） 前記反応性液体が前記触媒との接触状態に入るように、前記触媒デバイスを前記開放位置に置くステップと、
    の連続的なステップを含むことを特徴とする方法。
17. − 前記ガスが、二水素であり、
    − 前記触媒が、水素化物を含む水溶液の加水分解に触媒作用を及ぼすのに適しており、
    − 前記反応性液体が、水素化物を含む水溶液であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。