KR20140048953A - 수소 가스 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 저장조(24), 반응 영역(22), 부산물 수용 영역(26) 및 수소 수용 영역(28)을 하우징(12) 내에 갖는 수소 발생기(10)에 관한 것이다. 액체 저장조로부터의 액체는 반응 영역 내에서 반응하여 수소 가스와 부산물 수용 영역으로 유동하는 부산물을 생성하고, 수소 가스는 수소 가스 수용 영역(28) 내로 통과하고 필요에 따라 하우징으로부터 수소 출구(38)를 통해 배출된다. 액체 저장조 및 반응 영역은 각각 액체 불투과성 재료로 제조된 용기(18, 20) 내에 있고, 부산물 수용 영역은 수소 투과성, 액체 불투과성 재료로 제조된 가요성 용기(16) 내에 있고, 수소 수용 영역은 수소 불투과성 재료로 제조된 가요성 용기(14) 내에 있다. 부산물 수용 영역은 액체 저장조와 반응 영역 중 하나 또는 모두와 체적 교환 관계에 있다.

Description

수소 가스 발생기{HYDROGEN GAS GENERATOR}

본 발명은 수소 가스 발생기, 특히 연료 전지 시스템용 수소 발생기에 관한 것이다.

휴대용 전자 기기용 전원으로서 연료 전지 배터리에 대한 관심이 증가하고 있다. 연료 전지는 양전극 및 음전극을 위한 활성 재료로서 전지의 외부로부터 재료를 사용하는 전기 화학 전지이다. 연료 전지는 전기를 발생시키는 데 사용된 모든 활성 재료를 포함할 필요가 없기 때문에, 연료 전지는 다른 유형의 배터리에 비교하여 생성된 전기 에너지의 양에 대하 작은 체적을 갖고 제조될 수 있다.

연료 전지는 양전극(캐소드) 및 음전극(애노드) 반응에서 사용된 재료의 유형에 따라 분류될 수 있다. 연료 전지의 일 분류는 음전극 활성 재료로서 수소를, 양전극 활성 재료로서 산소를 사용하는 수소 연료 전지이다. 이러한 연료 전지가 방전될 때, 수소는 음전극에서 산화되어 수소 이온 및 전자를 생성한다. 수소 이온은 전기 비전도성 이온 투과성 분리판(separator)을 통해 통과하고, 전자는 외부 회로를 통해 양전극을 통해 통과하고, 여기서 산소가 환원된다.

소정 유형의 수소 연료 전지에서, 수소는 연료 전지의 음전극측에 공급된 연료로부터 형성된다. 다른 유형의 수소 연료 전지에서, 수소 가스는 연료 전지 외부의 소스로부터 연료 전지에 공급된다. 연료 전지 시스템은 하나 이상의 연료 전지를 포함하는 연료 전지 배터리 및 연료 탱크, 수소 탱크 또는 수소 발생기와 같은 수소 소스를 포함할 수 있다. 몇몇 연료 전지 시스템에서, 수소 소스는 수소가 고갈된 후에 교체될 수 있다. 교체 가능한 수소 소스는 재충전 가능하거나 1회용일 수 있다.

수소 발생기는 수소 가스를 생성하도록 반응할 수 있는 수소를 포함하는 하나 이상의 반응제를 사용한다. 반응은 가수분해 및 열분해와 같은 다양한 방식으로 개시될 수 있다. 예를 들어, 2개의 반응제가 수소와 부산물(byproduct)을 생성할 수 있다. 촉진제 및/또는 촉매가 반응 속도를 증가시키거나 또는 반응을 촉매화하는 데 사용될 수 있다. 반응제가 반응할 때, 수소 가스 및 부산물을 포함하는 반응 생성물이 생성된다.

수소 발생기의 체적을 최소화하기 위해, 초기에 반응제에 의해 점유되는 체적은, 반응제가 체적 교환 구성에서 수소 발생기의 구성 요소를 배열함으로써 소비됨에 따라 반응 생성물을 수용하는 데 사용될 수 있다. 반응제가 소비됨에 따라, 이들 반응제가 점유하고 있던 체적은 반응 생성물을 포함하도록 동시에 이용 가능하다.

수소 가스는 부산물 및 미반응 반응제로부터 분리되고, 가스는 수소 발생기를 나오고 연료 전지 배터리에 제공된다. 수소 가스로부터 고체를 분리하기 위한 다공성 필터, 액체로부터 수소 가스를 분리하기 위한 가스 투과성 액체 불투과성 멤브레인을 포함하는 수소 가스를 분리하기 위한 다양한 수단이 공지되어 있다. 이러한 수소 가스를 분리하기 위한 수단은 고체에 의해 충전되거나 폐색되게 될 수 있어, 이에 의해 수소 가스의 유동을 제한하거나 차단하고, 따라서 가스는 수소 발생기를 나올 수 없게 된다.

수소 발생기 내의 액체 및 고체로부터 수소 가스의 분리의 향상된 효용성 및 신뢰성을 갖는 연료 전지 스택에 수소 가스를 공급하는 것이 가능한 수소 발생기를 제공하는 것이 바람직하다. 수소 발생기는 유리하게는 수소 가스의 분리 및 배출을 방해할 수 있는 내부 제한 또는 폐색에 덜 민감하다. 수소 발생기는 우수한 신뢰성, 안전, 체적 효율성 및 저비용으로 용이하게 제조되는 간단한 디자인을 갖는 것이 더 바람직하다.

상기 목적은 이하에 설명되는 바와 같은 수소 발생기 및 연료 전지 시스템에 의해 부합되고 종래 기술의 상기 단점이 극복된다.

따라서, 본 발명의 일 양태는 하우징과; 하우징 내의 액체 저장조로서, 액체 불투과성 재료로 제조된 액체 반응제 용기를 포함하고, 제1 반응제를 포함하는 액체를 수용하는 액체 저장조와; 하우징 내의 반응 영역으로서, 액체 불투과성 재료로 제조된 반응 용기를 포함하고, 제1 반응제가 내부에서 반응하여 수소 가스와 부산물을 생성하는 반응 영역과; 하우징 내의 부산물 수용 영역으로서, 고체 및 액체는 통과할 수 없지만 수소 가스는 통과할 수 있는 수소 투과성 액체 불투과성 재료로 제조된 가요성 부산물 용기를 포함하는 부산물 수용 영역과; 하우징 내의 수소 수용 영역으로서, 수소 불투과성 재료로 제조된 가요성 수소 가스 용기를 포함하고, 부산물 수용 영역으로부터 수소 가스를 수용하도록 구성되는 수소 수용 영역과; 하우징을 관통하는 수소 수용 영역으로부터의 수소 출구를 포함하는, 수소 발생기이다. 부산물 수용 영역은 액체 저장조와 반응 영역 중 적어도 하나와 체적 교환 관계에 있다.

수소 발생기는 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

· 부산물 용기 재료는 신장 및 수축이 가능한 탄성 재료이다.

· 부산물 용기 재료는 플루오로폴리머를 포함하고, 플루오로폴리머는 팽창된 플루오로폴리머를 포함할 수 있으며, 플루오로폴리머는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 유도체를 포함할 수 있다.

· 수소 수용 용기 재료는 금속화된 폴리머 필름 또는 금속-폴리머 복합 재료 필름을 포함한다.

· 제1 반응제의 반응을 촉진시키도록 구성된 촉매가 초기에 반응 영역 내에 수용되어 있다.

· 제2 반응제가 초기에 반응 영역 내에 수용되어 있고, 제2 반응제는 화학적 하이드라이드, 바람직하게는 금속 하이드라이드, 더 바람직하게는 나트륨 보로하이드라이드를 포함할 수 있고, 제2 반응제는 고체일 수 있고, 고체 펠릿이 제2 반응제를 포함할 수 있으며, 고체 펠릿은 결합제(binder)를 더 포함할 수 있다.

· 수소 발생기는 증가된 반응 속도를 제공할 수 있는 촉진제(accelerant)를 포함하며, 촉진제는 산을 포함할 수 있다.

· 반응 용기는 출구를 포함하며, 수소 가스와 부산물이 출구를 통해 생성물 수용 영역으로 탈출한다.

· 수소 발생기는 액체 저장조로부터 반응 영역으로 액체를 펌핑하도록 구성된 펌프를 더 포함하고, 펌프는 수소 발생기 내에 배치될 수 있다.

· 액체 분산 장치가 반응 챔버 내에 배치된다.

본 발명의 다른 양태는 연료 전지 스택과 전술된 바와 같은 수소 발생기를 포함하는 연료 전지 시스템이다. 수소 발생기는 연료 전지 시스템의 나머지 부분에 대해 제거될 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 특징, 장점 및 목적은 이하의 상세한 설명, 청구범위 및 첨부 도면을 참조하여 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 더 이해되고 인식될 수 있을 것이다.

달리 지시되지 않으면, 이하의 정의 및 방법이 본 명세서에서 사용된다:

· "유출물"은 비기체 반응 생성물 및 미반응 반응제, 용제 및 첨가제를 의미한다.

· "팽창"은 필터를 설명하는 데 사용될 때, 필터 재료가 동시에 체적이 증가하고, 다공성이 증가하고, 밀도가 감소하는 것을 의미하며, 단지 필터가 제조되는 재료에만 속한다.

· "초기"는 수소를 생성하기 위해 반응을 개시하기 전의 미사용 또는 신선한(예를 들어, 재충전된) 상태에서 수소 발생기의 조건을 의미한다.

· "체적 교환 관계"는 영역 또는 용기 중 하나 이상에 의해 손실된 체적의 양이 동시에 다른 영역 또는 용기 중 하나 이상에 의해 얻어지도록 하는 수소 발생기 내의 2개 이상의 영역 또는 용기 사이의 관계를 의미하고, 따라서 교환된 체적은 반드시 동일한 물리적 공간은 아니고, 따라서 하나의 장소에서 손실된 체적은 다른 장소에서 얻어질 수 있다.

본 명세서에서 달리 설명되지 않으면, 모든 개시된 특성 및 범위는 실온(20 내지 25℃)에서 결정된 바와 같다.

도 1은 초기 상태에서 수소 가스 발생기의 개략 단면도이다.
도 2는 이후의 상태에서 도 1의 수소 가스 발생기의 개략 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 수소 발생기는 수소 가스를 생성하도록 반응할 수 있는 반응제를 포함한다. 하나 이상의 반응제는 하우징 내의 저장조 내에 저장된 액체 내에 포함된다. 액체는 본질적으로 저장조 내에서 안정하다. 액체는 반응 영역으로 전달되고, 여기서 반응제가 반응한다. 모든 반응제가 액체 내에 포함되면, 반응은 촉매와의 접촉과 같은 방법들 중 하나 또는 조합에 의해 개시될 수 있어, 액체의 pH를 변경하거나 액체를 가열한다. 대안적으로, 적어도 하나의 반응제가 수소 발생기 내의 다른 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 다른 반응제(들)가 다른 액체 내에 포함되면, 다른 액체는 다른 저장조 내에 저장될 수 있고 반응 영역으로 전달되어 제1 액체와 반응할 수 있고, 또는 다른 액체는 반응 영역에 저장될 수 있다. 다른 반응제(들)가 고체 형태이면, 이들은 반응 영역 내에 저장될 수 있다.

반응제가 반응할 때, 수소 가스 및 부산물은 반응 영역에서 생성되어 부산물 수용 영역으로 유동한다. 몇몇 미반응 반응제는 수소 가스와 부산물의 유동에 의해 부산물 수용 영역으로 운반될 수 있다. 부산물 수용 영역 내의 미반응 반응제의 양을 최소화하기 위해, 스크린 또는 다른 유형의 필터가 반응 영역으로부터 출구 부근에 위치될 수 있어 반응 영역 내에 고체 반응제의 입자를 보유하는 것을 도울 수 있고, 또는 부가의 액체 반응제가 부산물 수용 영역 또는 중간 영역에 전달되어 반응 영역으로부터 운반된 미반응 반응제와 반응할 수 있다. 미반응 반응제는 또한 부산물 수용 영역 내에서 계속 반응할 수 있다. 촉매 또는 촉진제가 부산물 수용 영역 내에 포함될 수 있어 존재하는 임의의 미반응 반응제의 반응을 촉진한다.

수소 발생기의 사용 중에, 저장조 및 반응 영역 내에 저장된 반응제는 고갈되고 따라서 적은 체적이 이들 영역을 위해 요구된다. 이들 영역을 위한 용기가 내용물이 고갈됨에 따라 더 작아지게 될 수 있으면(예를 들어, 붕괴 또는 수축에 의해), 이들 영역에 의해 비워지게 되는 체적은 팽창 용기를 갖는 부산물 수용 영역의 증가하는 체적을 수용하도록 이용 가능해진다. 부산물 용기는 부산물 수용 영역 내의 액체 및 고체가 아닌 수소 가스가 그를 통해 통과하게 하도록 가스 투과성 액체 불투과성으로 제조되어, 가스가 액체 및 고체로부터 분리되게 된다. 부산물 용기를 통해 통과하는 가스는 수소 수용 영역 내에 수집되고, 이 가스는 수소 발생기 하우징을 통한 출구를 통해 배출될 때까지 수소 불투과성 재료로 제조된 용기 내에 수용된다.

부산물 수용 영역과 액체 저장조 및 반응 영역 중 적어도 하나 사이의 체적 교환은 양호한 체적 효율을 제공하여, 수소 발생기의 총 체적이 반응제와 부산물을 더한 체적의 합을 유지하기에 충분히 클 필요가 없게 되고, 수소 발생기는 가능한 한 작게 제조될 수 있다.

수소 수용 영역은 수소 가스 용기 내에 본질적으로 기밀하게 밀봉되기 때문에, 수소 가스 용기는 수소 발생기로부터 수소 가스 누설에 대해 향상된 저항을 제공할 수 있고, 하우징은 수소 불투과성 재료로 제조될 필요가 없을 수도 있고, 하우징은 반드시 기밀하게 밀봉될 필요는 없다. 이는 하우징을 위한 다수의 상이한 유형의 재료의 사용을 허용하고, 다른 하우징 밀봉 방법의 사용을 허용하고, 수소 발생기 제조 프로세스를 간단화할 수 있다. 재료는 수소 불투과성과 관련하지 않고, 저비용, 고강도, 내열성, 성형성(moldability), 가공성 등과 같은 다른 바람직한 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 고려될 수도 있는 재료의 예는 플라스틱[예를 들어, RYTON

(Boedeker Plastics)과 같은 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌설폰, 폴리설폰 및 폴리에테르설폰과 같은 폴리설폰, IXEF

(Solvay Advanced Polymers)와 같은 글래스 파이버 보강 폴리아크릴아미드와 같은 글래스 보강 플라스틱, 세라믹(예를 들어, 실리콘 카바이드, 카올리나이트 및 글래스) 및 이들의 조합(예를 들어, 금속 라이닝된 플라스틱)]을 포함한다. 용기는 또한 스크류, 리벳, 너트 및 볼트, 클립, 클램프 등과 같은 체결구를 사용하여 폐쇄될 수도 있는 데, 이는 기밀 밀봉이 요구되면 적합하지 않을 수도 있고 부가의 밀봉제, 코킹, 가스켓 등의 사용은 필요하지 않을 수도 있다. 용기는 또한 기밀 밀봉을 제공할 수 있지만, 프로세스 제어 등 없이 밀봉이 기밀성인 것을 보장할 필요가 있을 수도 있는 방법을 사용하여 폐쇄될 수 있다. 수소 수용 영역을 위한 개별 용기는 또한, 사용된 수소 발생기의 내용물이 즉시 제거되어 교체될 수 있기 때문에, 수소 발생기의 재사용을 용이하게 한다.

수소 가스는 수소 발생기에 의해 수소 연료 전지 스택과 같은 수소 소비 장치에 제공될 수 있다. 수소 소비 장치 및 수소 발생기는 액체 저장조로부터 수소 발생기의 반응 영역으로의 액체의 전달을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 시스템 내에 합체될 수 있다.

수소 발생기는 수소 가스를 생성하도록 반응할 수 있는 다양한 반응제를 사용할 수 있다. 예로서는 화학적 하이드라이드, 알칼리 금속 실리사이드, 금속/실리카겔, 물, 알코올, 희석산 및 유기 연료(예를 들어, N-에틸카바졸 및 페르하이드로플루오렌)를 포함한다.

알칼리 금속 실리사이드는 불활성 분위기에서 알칼리 금속을 실리콘과 혼합하고 약 475℃ 미만의 온도로 최종 혼합물을 가열하는 생성물이고, 여기서 알칼리 금속 실리사이드 조성물은 건조 O₂와 반응하지 않는다. 이러한 알칼리 금속 실리사이드는 미국 특허 공개 제2006/0002839호에 설명되어 있다. 나트륨, 칼륨, 세슘 및 루비듐을 포함하는 임의의 알칼리 금속이 사용될 수도 있지만, 알칼리 금속 실리사이드 조성물에 사용된 알칼리 금속은 나트륨 또는 칼륨인 것이 바람직하다. 2족 금속(베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 라듐)을 포함하는 금속 실리사이드가 또한 적합할 수도 있다. 실시예에서, 나트륨 실리사이드는 물과 반응하여 물 내에서 가용성인 수소 가스 및 나트륨 실리케이트를 생성할 수 있다.

금속/실리카겔은 1족 금속/실리카겔 조성물을 포함한다. 조성물은 실리카겔 기공(pore) 내에 흡수된 하나 이상의 1족 금속 또는 합금을 갖는다. 1족 금속은 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 및 2개 이상의 1족 금속의 합금을 포함한다. 1족 금속/실리카겔 조성물은 건조 O₂와 반응하지 않는다. 이러한 1족 금속/실리카겔 조성물은 미국 특허 제7,410,567 B2호에 설명되어 있고, 물과 급속하게 반응하여 수소 가스를 생성한다. 2족 금속(베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 라듐) 중 하나 이상을 포함하는 2족 금속/실리카겔 조성물이 또한 적합할 수도 있다.

본 명세서에 사용될 때, 용어 "화학적 하이드라이드"는 액체와 반응하여 수소를 생성하는 것이 가능한 임의의 하이드라이드인 것으로 광범위하게 의도된다. 본 명세서에 설명된 수소 발생 장치에 사용을 위해 적합한 화학적 하이드라이드의 예로서는 알칼리성 또는 알칼리 금속 하이드라이드 또는 이들의 혼합물과 같은 주기율표 1족 내지 4족[국제 순수 및 응용 화학 연맹(International Union of Pure and Applied Chemistry: IUPAC) 지정)의 원소의 하이드라이드 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 화학적 하이드라이드의 특정예는 리튬 하이드라이드, 리튬 알루미늄 하이드라이드, 리튬 보로하이드라이드, 나트륨 하이드라이드, 나트륨 보로하이드라이드, 칼륨 하이드라이드, 칼륨 보로하이드라이드, 마그네슘 하이드라이드, 칼슘 하이드라이드 및 이들의 염 및/또는 유도체를 포함한다. 실시예에서, 나트륨 보로하이드라이드와 같은 화학적 하이드라이드는 물과 반응하여 수소 가스 및 보레이트와 같은 부산물을 생성할 수 있다. 이는 촉매, 열, 희석산 또는 이들의 조합의 존재 하에 있을 수 있다.

화학적 하이드라이드는 물과 반응하여 수소 가스 및 산화물, 수산화물 및/또는 하이드레이트를 부산물로서 생성할 수 있다. 가수분해 반응은 촉매 또는 pH 조정 또는 가열과 같은 소정의 다른 개시 수단을 필요로 할 수도 있다. 물 내에서 가용성인 화학적 하이드라이드는 특히 알칼리성 pH에서 액체 반응제 조성물 내에 포함될 수 있어 액체를 충분히 안정하게 한다. 반응은 화학적 하이드라이드 용액을 촉매와 접촉하고, pH를 낮추고(예를 들어, 산으로) 그리고/또는 가열함으로써 개시될 수 있다. 화학적 하이드라이드는 고체로서 저장될 수 있고, 물이 첨가될 수 있다. 촉매 또는 산이 고체 또는 액체 조성물 내에 포함될 수 있다.

하나 이상의 촉매가 수소 생성 반응을 촉매화하는 데 사용될 수 있다. 적합한 촉매의 예는 원소 주기율표의 8족 내지 12족의 전이 금속, 뿐만 아니라 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬 및 망간을 포함하는 다른 전이 금속을 포함한다. 염화물, 산화물, 질화물 및 아세테이트와 같은 금속염이 또한 적합한 촉매일 수 있다.

수소 발생의 레이트는 액체가 반응 영역으로 운반되는 레이트의 제어, pH의 조정 및 열적 조정의 수행과 같은 다양한 방식으로 제어될 수 있다. 수소 발생의 레이트는 수소 가스를 위한 요구에 정합하도록 제어될 수 있다. 제어 시스템은 이 목적으로 사용될 수 있고, 제어 시스템은 수소 발생기 내에 또는 적어도 부분적으로 외부에 있을 수 있다.

첨가제가 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 첨가제가 고체 재료를 원하는 형상으로 유지하기 위한 결합제로서 또는 원하는 형상을 형성하는 프로세스를 용이하게 하기 위한 윤활제로서 고체 반응제와 함께 포함될 수 있다. 다른 첨가제가 pH를 제어하기 위한 액체 또는 고체 반응제 조성물과 함께 포함될 수 있다. 이러한 첨가제는 산(예를 들어, 염화수소산, 질산, 황산, 시트르산, 탄산, 붕산, 카르복실산, 설폰산, 사과산, 인산, 호박산 및 아세트산 또는 이들의 조합) 또는 염기(예를 들어, 1족 원소들의 것들과 같은 수산화물, 암모늄 및 유기 화합물과, 1족 금속의 것들과 같은 금속 산화물과, 유기 및 금속 아민)를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 알코올 및 폴리에틸렌 글리콜계 화합물과 같은 첨가제가 유체의 동결을 방지하는 데 사용될 수 있다. 계면활성제, 습윤제 및 소포제(예를 들어, 글리콜, 폴리글리콜 및 폴리올)와 같은 첨가제가 수소 가스 및/또는 유출물의 유동을 용이하게 하기 위해 액체 표면 장력 및 반응 생성물 점도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 다공성 파이버(예를 들어, 폴리비닐 알코올 및 레이온 파이버)와 같은 첨가제가 고체 반응제 성분의 다공성을 유지하고 반응제 함유 유체의 균일한 분포 및/또는 수소 및 유출물의 유동을 용이하게 하는 것을 도울 수 있다.

일 실시예에서, 나트륨 보로하이드라이드(SBH)와 같은 화학적 하이드라이드가 일 반응제이고, 물이 다른 반응제이다. 화학적 하이드라이드는 물과 같은 액체의 성분일 수 있다. 화학적 하이드라이드 및 물은 이들이 반응 챔버 내에서 촉매, 산 또는 열에 노출될 때 반응할 수 있다. 대안적으로, 화학적 하이드라이드는 예를 들어 반응 영역 내의 고체로서, 본질적으로 성긴(loose) 과립 또는 분말로서 저장되거나 도는 원하는 형상으로 형성될 수 있다. 화학적 하이드라이드와 물 사이의 증가된 반응의 레이트가 요구되면, 사과산과 같은 고체산이 화학적 하이드라이드와 혼합될 수 있고, 또는 산이 물에 첨가될 수 있다. 화학적 하이드라이드는 블록, 타블렛 또는 펠릿과 같은 질량체로 형성될 수 있어, 반응 영역을 나오는 유출물 내에 포함된 미반응 화학적 하이드라이드의 양을 감소시킨다. 이하에 사용될 때, "펠릿"은 고체 반응제 및 다른 선택적 성분이 형성되는 임의의 적합한 형상 또는 크기의 질량체를 칭한다. 펠릿은 고체 및 액체 반응제 사이에 큰 접촉 면적을 제공할 수 있도록 성형되어야 한다. 예에서, 약 50 내지 65 중량 퍼센트 SBH, 약 30 내지 40 중량 퍼센트 사과산 및 약 1 내지 5 중량 퍼센트 폴리에틸렌 글리콜을 포함하는 혼합물이 펠릿 내로 가압될 수 있다. 선택적으로, 최대 약 3 중량 퍼센트 계면활성제(소포제), 최대 약 3 중량 퍼센트 실리카(케이킹 방지제) 및/또는 최대 약 3 중량 퍼센트 분말 처리 유동학산이 포함될 수 있다. 펠릿의 밀도는 수소가 생성되는 최대 레이트 및 수소의 원하는 체적에 적어도 부분적으로 의존하여 조정될 수 있다. 높은 밀도가 소정의 체적으로부터 대량의 수소를 생성하도록 요구되지만, 높은 다공성은 높은 수소 발생의 레이트를 가능하게 한다. 다른 한편으로, 펠릿이 너무 다공성이면, 미반응 SBH는 더 용이하게 분해되어 유출물의 부분으로서 반응 영역으로부터 흘러나올 수 있다. 이 고체 반응제 조성물의 하나 이상의 펠릿은 수소 발생기에 의해 생성될 수소의 원하는 체적에 따라, 수소 발생기 내에 사용될 수 있다. 수소 발생기 내의 SBH에 대한 물의 비는 원하는 수소의 양 및 원하는 수소 생성 레이트에 부분적으로 기초하여 변경될 수 있다. 비가 너무 낮으면, SBH 이용이 너무 낮을 수 있고, 비가 너무 높으면, 생성된 수소의 양은 너무 낮을 수 있는 데, 이는 요구되는 SBH의 양에 대해 수소 발생기 내에서 이용 가능한 불충분한 체적이 존재하기 때문이다.

수소 발생 반응이 열을 발생할 수 있기 때문에, 사용 중에 수소 발생기의 냉각을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 하우징은 냉각제 채널을 제공하도록 설계될 수도 있다. 일 실시예에서, 스탠드오프 리브(standoff rib)가 하우징의 하나 이상의 외부면 및/또는 수소 발생기가 사용을 위해 설치되거나 장착되는 연료 전지 시스템 또는 기기와의 계면 상에 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 수소 발생기는 하우징과 외부 자켓 사이에 냉각제 채널을 갖고, 하우징 주위에 외부 자켓을 포함할 수 있다. 물 또는 공기와 같은 임의의 적합한 냉각제가 사용될 수 있다. 냉각제는 대류에 의해 또는 펌핑 또는 송풍과 같은 다른 수단에 의해 유동할 수 있다. 재료가 선택될 수 있고 그리고/또는 핀(fin)과 같은 구조체가 수소 발생기에 추가되어 열전달을 용이하게 할 수 있다.

특히 시동시에 및/또는 저온에서 작동 중에 수소 발생기를 가열하기 위한 수단을 제공하는 것이 또한 바람직할 수도 있다.

수소 발생기는 수소 발생의 레이트를 제어하기 위한 제어 시스템 구성 요소(예를 들어, 압력 및 온도 모니터링 구성 요소, 밸브, 타이머 등), 압력 릴리프 통기구와 같은 안전 구성 요소, 열 관리 구성 요소, 전자 구성 요소 등과 같은 다른 구성 요소를 포함할 수 있다. 수소 발생기의 작동에 사용되는 몇몇 구성 요소는 수소 발생기 자체의 부분인 것보다는 외부에 배치될 수 있어, 수소 발생기 내에 더 많은 공간이 이용 가능하게 하고 수소 발생기가 교체되더라도 동일한 구성 요소가 재사용되게 함으로써 비용을 절감한다.

수소 발생기는 1회용이거나 또는 재충전 가능할 수 있다. 재충전 가능 수소 발생기에 있어서, 반응제 충전 포트가 하우징 내에 포함될 수 있고, 또는 신선한 반응제가 하우징을 개방하고 반응제의 용기를 교체함으로써 장입(loading)될 수 있다. 외부 펌프가 저장조로부터 반응 영역으로 액체를 펌핑하는 데 사용되면, 펌프로의 유체 반응제 조성물 출구로서 기능하는 외부 접속부가 또한 신선한 액체로 수소 발생기를 재충전하는 데 사용될 수 있다. 충전 포트는 또한 1회용이거나 재충전 가능하거나에 무관하게, 새로운 수소 발생기를 조립할 때 유리할 수 있다. 수소 발생기가 1회용이면, 특히 이들 구성 요소가 고가일 때, 연료 전지 시스템 또는 전기 기기와 같은 수소 발생기의 것보다 큰 예측 수명을 갖는 구성 요소를 외부에 배치하는 것이 유리할 수 있다.

액체 저장조, 반응 영역, 부산물 수용 영역 및 수소 수용 영역은 다수의 상이한 방식으로 배열될 수 있다. 액체 저장조와 반응 영역 중 하나 또는 모두와 체적 교환 관계로 부산물 수용 영역을 배열함으로써, 수소 발생기는 더 체적 효율적일 수 있고 수소 발생기의 단위 체적당 더 큰 수소량을 제공을 제공할 수 있다. 수소 발생기의 구성 요소를 배열하는 데 있어서 다른 고려 사항들은 열적 관리(원하는 반응 속도 및 반응에 의해 발생된 열의 소산을 위한 적절한 열), 외부 접속부들의 원하는 위치(예를 들어, 수소 가스, 외부 펌프로 및 외부 펌프로부터의 액체 유동을 위한), 임의의 필수적인 전기 접속부(예를 들어, 압력 및 온도 모니터링 및 유체 반응제 유량의 제어를 위한) 및 조립의 용이성을 포함한다.

반응제를 함유하는 액체는 초기에 용기에 의해 경계 형성된 액체 저장조 내에 배치된다. 용기는 수소 발생기의 환경에서 안정한(예를 들어, 저장조의 내용물과 비반응성임) 액체 불투과성 재료로 제조된다. 용기는 가스 불투과성 또는 가스 투과성일 수 있다. 가스 투과성 용기는 액체 저장조 내에 형성될 수도 있는 소량의 수소가 탈출하게 할 수 있다. 용기는 강성 용기일 수 있지만, 액체가 저장조 외부로 전달됨에 따라 가요성 용기가 더 소형이 될 수 있어(예를 들어, 붕괴 및/또는 수축에 의해), 초기에 저장조에 의해 점유된 공간이 확장하는 부산물 수용 영역에 이용 가능해질 수 있게 된다. 가요성 용기의 유형의 예로서는 벨로즈(bellows)와 유사한 아코디언 절첩부를 갖는 벽을 갖는 용기와, 벌룬(balloon)과 같은 압력의 변화에 응답하여 신장 및 수축할 수 있는 탄성 용기와, 강성은 아니지만 또한 큰 정도로 신장하거나 수축하지 않는 비탄성 재료로 제조된 용기를 포함한다. 가요성 필름의 예로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 고무, 라텍스, 실리콘, 나일론, 바이톤(Viton), 폴리우레탄, 네오프렌, 부나-N, 폴리테트라플루오로에틸렌, 팽창된 폴리테르타플루오로에틸렌, 퍼플루오로엘라스토머 및 풀루오로실리콘을 포함한다. 이들 중에서, 고무, 라텍스, 실리콘, 바이톤, 네오프렌, 부나-N 및 퍼플루오로엘라스토머, 뿐만 아니라 일부 폴리염화비닐 및 폴리우레탄 필름이 일반적으로 탄성이다. 이들 필름의 모두는 적어도 소정 정도로 수소 투과성이고, 대부분은 또한 일반적으로 액체 불투과성이다.

액체는 액체 저장조로부터 반응 영역으로 전달된다. 이는 용기 및/또는 용기 내의 액체를 압축하는 것과, 액체를 반응 영역에 위킹(wicking)하는 것과, 액체를 펌핑하는 것을 포함하는 하나 이상의 방법에 의해 행해질 수 있다. 압력은 예를 들어 액체 또는 액체 반응제 용기 내에 또는 외부에 압축 가스를 갖는 액체 반응제 용기 또는 예를 들어 스프링, 압축 고무 또는 압축 발포체와 같은 편의(biasing) 구성 요소에 인가될 수 있다. 액체는 모세관 작용에 의해 액체를 운반할 수 있고 액체에 의해 즉시 습윤되는 재료에 의해 일 영역으로부터 다른 영역으로 위킹될 수 있다. 위킹 재료는 액체 저장조 내로부터 반응 영역 내로의 전체 액체 전달 경로를 따라 또는 액체 전달 경로의 단지 일부만을 따라 연장될 수 있다. 위킹 구성 요소는 위킹 재료로 제조되고, 코팅되거나 라이닝되고, 또는 충전될 수 있다. 액체가 물을 포함할 때, 위킹 재료는 예를 들어 면, 폴리에스터 또는 나일론과 같은 친수성 재료일 수 있다. 액체는 또한 수소 발생기 내에 또는 외부에 있을 수 있는 하나 이상의 펌프를 사용하여 액체 저장조로부터 반응 영역으로 펌핑될 수 있다. 펌프는 바람직하게는 최대 원하는 레이트에서 수소 가스를 공급하기 위해 수소 발생기에 대한 충분한 액체를 펌핑하는 것이 가능하면서 가능한 한 소형이다. 수소 발생기의 외부에 펌프를 배치하는 것은 하우징 내에 반응제를 위한 더 많은 공간을 허용할 수 있고, 1회용 수소 발생기를 갖는 시스템의 총 비용을 절감할 수 있다. 적합할 수도 있는 펌프의 유형의 예로서는 회전형, 스크류, 피스톤, 다이어프램, 연동식 펌프, 원심, 반경류, 축류 및 임피던스 펌프를 포함한다.

반응 영역은 반응제가 서로 그리고/또는 촉매, 산 또는 열과 같은 하나 이상의 반응 개시제와 접촉하게 되고 반응제들이 반응하여 수소 가스를 생성하는 영역일 수 있다. 전술된 바와 같이, 모든 반응제는 하나 이상의 액체 내에 포함될 수도 있고, 또는 하나 이상의 고체 반응제가 초기에 반응 영역 내에 저장될 수 있다. 반응 영역은 액체 반응제 용기에 대해 전술된 바와 같이, 강성 또는 가요성 용기일 수 있는 반응 챔버 내의 영역이다. 가요성 용기에서, 반응 영역은 반응 영역 내에 초기에 저장된 반응제가 소비됨에 따라 더 작아짐으로써 부산물 수용 영역과 체적 교환에 참여할 수 있다. 게다가, 가요성 용기 내의 반응 영역 내의 반응제에 인가된 힘은 반응제, 반응 개시제 및 첨가제 사이의 양호한 접촉을 용이하게 하고, 뿐만 아니라 부산물 수용 영역을 향해 반응 영역의 외부로 수소 가스와 부산물을 이동시키는 것을 도울 수 있어, 양호한 반응제 이용 및 수소 발생 효율을 성취한다. 실시예에서, 고체 반응제 및 선택적 첨가제가 반응 영역 내에 초기에 배치되어 있는 고체 펠릿 내에 형성되고, 다른 반응제를 포함하는 액체는 반응 영역으로 운반되어, 여기서 펠릿에 접촉하고, 수소 발생 반응이 발생한다. 본 실시예에서 반응 용기는 초기에 신장되어 있고 액체 반응제와 부산물이 축적될 수 있는 펠릿 사이의 공간을 최소화하기 위해 펠릿에 대해 힘을 인가하는 탄성 재료를 포함할 수 있다. 탄성, 가요성 또는 비탄성 용기가 탄성 재료(예를 들어, 탄성 필름 또는 밴드)로 감겨질 수 있고 또는 하나 이상의 스프링 또는 다른 편의 부재에 의해 편의될 수 있다.

액체 분산기가 반응 영역 내의 액체의 분포를 향상시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 액체 분산기는 하나 이상의 노즐(예를 들어, 스프레이 노즐), 하나 또는 다수의 분기 및 다수의 액체 출구를 갖는 관형 구조체, 반응 영역 내의 다른 반응제와 접촉하는 큰 표면에 걸쳐 액체를 위킹할 수 있는 위킹 부재 및 이들의 조합과 같은 특징부들을 포함할 수 있다.

반응 용기는 수소 가스와 부산물(가스, 유체 및 고체)이 그로부터 반응 영역을 나올 수 있는 출구를 포함한다. 출구는 단지 반응 챔버 내의 개구, 용기벽 내에 합체된 부가의 구조체, 반응 영역 내에 큰 고체 입자를 보유하기 위한 스크린 또는 필터, 밸브 또는 이들의 조합일 수 있다.

미반응 반응제는 그로부터 나오는 수소 가스와 부산물에 의해 반응 영역으로부터 운반될 수 있다. 이들 반응제는 예를 들어 부산물 수용 영역 내의 반응 영역을 떠난 후에 계속 반응할 수도 있다. 이는 부가의 수소 가스를 생성하고, 수소 발생기가 생성하는 수소의 총 체적에 기여한다. 가능한 수소 출력을 최대화하기 위해, 액체 저장조로부터 반응 영역의 외부의 영역으로(예를 들어, 부산물 수용 영역의 부분 또는 반응 영역과 부산물 수용 영역 사이의 중간 영역으로) 액체의 일부를 운반하는 것이 유리할 수 있다. 이는 특히 불충분한 미반응 액체 반응제가 존재하면, 미반응 반응제가 고체 입자를 포함할 때 특히 유리할 수 있다.

반응 영역으로부터 수소 가스 및 부산물은 액체 불투과성이지만 적어도 수소 가스에 대해서는 투과성인 재료로 제조된 부산물 용기를 갖는 부산물 수용 영역에 진입한다. 바람직하게는, 용기는 초기에 소체적을 둘러싸지만 팽창하여 부산물을 수용하도록 가요성이다. 용기는 액체 불투과성이고 수소 투과성이기만 하면, 반응 영역 및 액체 저장조에 대해 전술된 것들과 유사할 수 있다. 바람직하게는, 용기는 충분한 수소 투과성을 가져 수소 가스가 수소 가스 수요에 부합하기에 적당한 레이트로 수소 수용 영역에 진입하게 한다. 액체와 고체는 용기에 침투하지 않을 것이기 때문에, 용기는 부산물 수용 영역에 진입하는 액체 및 고체로부터 수소 가스를 분리한다. 부산물 용기는 수소 수용 영역 내로 수소 가스 진입의 더 높은 레이트를 모두 제공하도록 큰 표면적을 가질 수 있다. 큰 표면적은 또한 부산물 용기의 내부면 상의 고체의 축적에 기인하여 용기를 통한 수소 투과의 차단을 방지하는 데 또한 유용하다. 이는 부산물 및/또는 미반응 반응제가 수소 가스의 투과를 제한하는 경향이 있을 수 있는 딱딱한 껍질(crust)을 형성할 때 특히 유리하다. 가요성 용기의 이동은 또한 분산물 수용 영역이 확장될 때 축적된 고체를 파괴하고 그리고/또는 박리하는 기능을 한다. 부산물 용기가 탄성이어서 용기의 표면으로부터 고체의 파괴 및 제거에 더 기여하는 것이 또한 유리할 수 있다. 부산물 수용 영역의 초기 크기는 액체 저장조의 액체의 초기 체적, 반응 영역의 반응제 및 첨가제의 초기 체적 및 생성될 수 있는 부산물의 체적(부산물의 체적은 반응제의 조합된 체적보다 클 수도 있음)과 같은 인자에 기초하여 설정될 수 있다.

부산물 용기의 내부면 상의 고체의 축적을 감소시키기 위해, 하나 이상의 부가의 필터가 부산물 수용 영역 내에 배치될 수 있어, 반응 영역으로부터의 유출물이 부산물 수용 영역을 통해 용기의 표면으로 통과함에 따라 고체의 부분을 제거한다. 일련의 필터가 사용되고 배열될 수 있어 따라서 더 큰 입자가 먼저 제거될 것이다. 예를 들어, 부산물 수용 영역을 통한 일반적인 유동 경로는 먼저 더 거친 더 다공성 필터를, 이어서 연속적으로 더 미세한 덜 다공성 필터를 통할 수도 있어 필터의 폐색을 방지한다. 높은 안정성, 반응 영역으로부터 유출물과의 낮은 반응성을 갖는 필터가 바람직하다. 몇몇 유형의 필터는 또한 초기에 압축되고 부산물 수용 영역이 팽창됨에 따라 팽창할 수 있어, 수소 발생기의 체적 효율에 기여하거나 폐색에 덜 저항성이 있다. 필터는 나일론, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리올레핀, 탄소 및 다른 재료와 같은 재료로 제조될 수 있다.

부산물 용기를 통해 통과하는 수소 가스는 수소 불투과성 재료로 제조된 수소 가스 용기 내에 밀봉되는 수소 수용 영역에 진입한다. 수소 가스 용기는 생성되지만 수소 발생기로부터 아직 배출되지 않은 수소 가스를 위한 저장조로서 기능한다. 이는 충분한 수소가 초기 사용 중에 그리고 이후의 시동 후에 생성되기 전에 제공될 수 있는 소량의 수소 가스를 초기에 포함할 수 있는 버퍼를 제공한다. 수소 수용 영역은, 반응 영역으로의 액체의 전달의 정지와 이미 반응 영역(및 부산물 수용 영역) 내에 있는 반응제가 소비되고 수소 가스의 생성이 중지되는 시간 사이에, 수소 가스의 배출이 중지될 때의 기간 중에 생성된 수소 가스를 또한 포함할 수 있다. 수소 수용 영역의 크기는 사용된 반응제의 유형, 수소 가스 생성 레이트, 생성된 부산물의 체적, 수소 가스가 공급되는 레이트 및 시동시에 이용 가능하도록 요구되는 수소 가스의 양과 같은 인자에 기초하여 설정될 수 있다.

수소 가스 용기는 수소 가스에 대해 불투과성이고, 이에 의해 하우징의 벽이 수소 가스에 대해 불투과성이고 하우징이 기밀하게 밀봉되는 것을 요구하지 않고, 수소 발생기 하우징을 통한 수소 가스의 누설을 방지한다. 내부 수소 가스 용기는 중복 가스 밀봉부를 제공할 수 있어, 수소 발생기의 안전 및 신뢰성을 추가한다. 수소 불투과성 재료는 금속 폴리머 필름 및 폴리머층 및 금속층을 갖는 라미네이트와 같은 금속-폴리머 복합 필름을 포함한다. 적합한 폴리머 필름의 예는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리프로필렌 및 폴리아미드를 포함한다. 적합한 금속의 예는 알루미늄, 크롬, 니켈 및 금을 포함한다. 접착제가 밀봉된 용기를 제조하도록 밀봉되는 재료의 표면 상에 포함될 수 있다. 전체 내부면은 접착제로서 기능할 수 있는 재료의 층일 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌은 열 밀봉될 수 있다. 바람직한 유형의 재료는 중간층이 금속이고 외부층이 폴리머층인, 3개 이상의 층을 포함하는 라미네이트이다.

수소 가스 용기는 부산물 수용 영역 및 반응 영역의 모두를 둘러싼다. 반응 영역 내에 또는 그로부터 하류측에서 생성된 모든 수소 가스는 수소 가스 용기를 통해 통과하고 따라서 수소 가스가 액체와 고체로부터 효과적으로 분리된다. 액체 저장조는 수소 가스 용기 외부에 또는 내에 배치될 수 있다. 액체가 소량의 수소 가스를 생성하기 위해 미사용 기간 중에 반응할 수 있는 수소 소스를 포함하면, 액체 저장조가 수소 가스 용이 내에 있는 것이 유리할 수 있는 데, 이는 이 수소 가스가 또한 수소 가스 용기 내에 포획될 수 있어, 이에 의해 수소 발생기로부터 수소 가스 출력을 최대화하기 때문이다.

수소 가스는 출구를 통해 수소 수용 영역을 나온다. 수소 가스 용기는 출구로 밀봉될 수 있다. 출구는 수소를 제공하지 않을 때 수소 발생기를 밀봉하고 요구될 때 수소가 수소 발생기를 나오게 하기 위한 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다.

몇몇 반응제는 기체 부산물을 함유하거나 생성할 수도 있고, 특히 수소가 공급되는 수소 소비 장치를 손상시킬 수 있으면, 이들 가스를 제거하는 것이 바람직할 수도 있다. 이는 수소 발생기 내에 또는 시스템의 다른 위치에 부가의 필터 등을 필요로 할 수도 있다.

수소 발생기는 이상 조건에 기인하는 과잉 내부 압력을 안전하게 해제하기 위한 압력 릴리프 기구와 같은 다른 특징부를 포함할 수 있다.

수소 가스의 발생은 액체 저장조로부터 반응 영역으로의 액체의 전달을 시작 및 정지함으로써 시작 및 정지될 수 있다. 이는 수동으로(예를 들어, 수동 조작 스위치로) 또는 자동으로 행해질 수 있다. 자동 작동은 수소 발생기 내에 또는 외부에 또는 이들의 조합으로 배치될 수 있는 제어 시스템으로 성취될 수 있다. 제어는 예를 들어 연료 전지 시스템을 위한 수소의 수요에 기초할 수 있다. 연료 전지 시스템에서, 수요는 연료 전지 스택, 스택에 의해 전력 공급되는 전기 기기, 스택에 의해 충전되는 배터리 등을 모니터링하고 그리고/또는 통신함으로써 결정될 수 있다.

수소 발생기는 열적 제어부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열은 특히 시동시에 그리고 주위 온도가 낮을 때 반응을 개시하는 것을 지원하도록 인가될 수 있다. 수소 발생기는 필요하면 냉각될 수 있어 수소 발생 반응시에 발생된 과잉의 열을 제거한다. 가열 및 냉각은 공기 대류, 가열 및 냉각 유체의 순환, 전기 히터 등을 포함하는 다양한 방법에 의해 행해질 수 있다. 열적 제어 시스템은 또한 온도 모니터 등을 포함할 수 있다. 열적 제어 시스템은 수소 발생기 내에 또는 외부에 또는 조합으로 배치될 수도 있다.

실시예에 따른 수소 발생기가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도시되어 있는 실시예는 상기 설명에 따라 더 수정될 수 있어, 반응제의 유형 및 초기 위치와 같은 것들의 변형, 개별 구성 요소의 크기, 형상 및 상대 위치 및 수소 발생기 내로의 선택적 특징 및 구성 요소의 합체를 포함한다. 도 1은 사용 전에 초기 조건에서 수소 발생기(10)의 개략도이고, 도 2는 적어도 부분 사용 후에 수소 발생기(10)의 개략도이다. 수소 발생기(10)는 하우징(12)을 포함한다. 하우징(12) 내에는 반응 용기(20) 내에 반응 영역(22)이, 액체 반응제 용기(20) 내에 액체 저장조(24)가 있다. 물과 같은 반응제를 함유하는 액체가 초기에 액체 저장조(24) 내에 수용된다. 액체는 또한 그 내에 용해된 화학적 하이드라이드와 같은 다른 반응제를 함유할 수 있고, 이 경우에 물과 화학적 하이드라이드 사이의 반응은 액체의 양이 액체 저장조(24)로부터 반응 영역(22)으로 전달된 후에 반응 영역(22) 내에서 개시된다. 대안적으로, 다른 반응제가 초기에 반응 영역(22) 또는 그로부터 반응 영역(22)으로 전달되는 제2 액체 저장조(도시 생략) 내에 수용된 제2 액체 내에 포함될 수 있고, 또는 반응제를 함유하는 고체가 초기에 예를 들어 하나 이상의 펠릿의 형태로 반응 영역(22) 내에 수용될 수 있다. 액체는 액체 저장조(24)로부터 반응 영역(22)으로 전달되고, 여기서 반응제는 수소 가스와 부산물을 생성하도록 반응한다. 액체는 액체 저장조(24)로부터 내부 유동 경로(도시 생략)를 경유하여 또는 액체 저장조(24)로부터 외부 유동 경로를 경유하여, 액체 반응제 출구(30)를 통해 수소 발생기(10)의 외부의 유동 경로의 부분으로, 액체 반응제 입구(32)를 통해 수소 발생기(10) 내로 재차 그리고 반응 영역(22) 내로 전달될 수 있다. 액체는 액체 분산기(34)에 의해 반응 영역(22) 내에 분산될 수 있다. 반응제는 반응 영역(22) 내에서 반응하고, 수소 가스와 생성된 반응 부산물은 반응 영역 출구(36)를 통해 반응 영역(22)을 나오고 부산물 용기(16) 내의 부산물 수용 영역(26)에 진입한다. 부산물 용기(16)는 액체 불투과성 수소 투과성이고, 따라서 액체 및 고체가 부산물 수용 영역(26) 내에 잔류하고, 반면에 수소 가스는 부산물 용기(16)를 통해 수소 수용 영역(28) 내로 통과한다. 수소 가스는 필요에 따라 수소 발생기(10)로부터 수소 가스 출구(38)를 통해 배출된다.

부산물 수용 영역(26)은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 액체 저장조(24)와 반응 영역(22) 중 하나 또는 모두와 체적 교환 관계에 있을 수 있다. 수소 발생기(10)가 사용됨에 따라, 액체는 액체 저장조(24)로부터 전달되고, 수소 가스 및 부산물을 반응 영역(22)을 나온다. 가요성 용기(20, 18)는, 부산물 수용 영역(26)의 체적의 동시 증가와 함께, 이들 영역이 체적이 더 작아지게 할 수 있다. 초기에, 부산물 수용 영역(26)은 매우 작을 수 있고, 또는 부산물의 더 큰 예상된 체적을 수용하도록 더 클 수 있다. 부산물 수용 영역(26)은 예를 들어 부산물 용기(16)가 가요성이고 부산물 수용 영역(26) 및 수소 수용 영역(28)의 내용물에 의해 인가된 상대 압력의 변화에 응답하여 이동하는 것이 가능하면, 수소 수용 영역(28)과 체적 교환 관계에 있을 수 있다.

본 명세서에 인용된 모든 참조 문헌은 그대로 본 명세서에 참조로서 명시적으로 합체되어 있다. 참조로서 합체되어 있는 공보 및 특허 또는 특허 출원이 본 명세서에 포함된 개시 내용에 모순되면, 본 명세서는 임의의 이러한 모순적인 자료를 대신하거나 그리고/또는 우선하도록 의도된다.

다양한 수정 및 개량이 개시된 개념의 사상으로부터 벗어나지 않고 본 발명에 이루어질 수도 있다는 것이 본 발명을 실시하는 사람들 및 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 제공된 보호의 범주는 청구범위에 의해 그리고 법에 의해 허용된 해석의 폭에 의해 결정되어야 한다.

10: 수소 발생기 12: 하우징
16: 부산물 용기 18: 가요성 용기
20: 반응 용기 22: 반응 영역
24: 액체 저장조 26: 부산물 수용 영역
28: 수소 수용 영역 30: 액체 반응제 출구
32: 액체 반응제 입구 34: 액체 분산기

Claims (20)

1. 수소 발생기로서,
   하우징과,
   상기 하우징 내의 액체 저장조로서, 액체 불투과성 재료로 제조된 액체 반응제 용기를 포함하고, 제1 반응제를 포함하는 액체를 수용하는, 액체 저장조와,
   상기 하우징 내의 반응 영역으로서, 액체 불투과성 재료로 제조된 반응 용기를 포함하고, 제1 반응제가 내부에서 반응하여 수소 가스와 부산물을 생성하는, 반응 영역과,
   상기 하우징 내의 부산물 수용 영역으로서, 고체와 액체는 통과할 수 없지만 수소 가스는 통과할 수 있는 수소 투과성 액체 불투과성 재료로 제조된 가요성 부산물 용기를 포함하는, 부산물 수용 영역과,
   상기 하우징 내의 수소 수용 영역으로서, 수소 불투과성 재료로 제조된 가요성 수소 가스 용기를 포함하고, 부산물 수용 영역으로부터 수소 가스를 수용하도록 구성되는, 수소 수용 영역과,
   상기 하우징을 관통하는 수소 수용 영역으로부터의 수소 출구를 포함하며,
   상기 부산물 수용 영역은 액체 저장조와 반응 영역 중 적어도 하나와 체적 교환 관계인, 수소 발생기.
2. 제1항에 있어서, 상기 부산물 용기의 재료는 신장 및 수축이 가능한 탄성 재료인, 수소 발생기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부산물 용기의 재료는 플루오로폴리머를 포함하는, 수소 발생기.
4. 제3항에 있어서, 상기 플루오로폴리머는 팽창된 플루오로폴리머를 포함하는, 수소 발생기.
5. 제4항에 있어서, 상기 플루오로폴리머는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 유도체를 포함하는, 수소 발생기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 수소 수용 용기 재료는 금속화된 폴리머 필름 또는 금속-폴리머 복합재료 필름을 포함하는, 수소 발생기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 반응제의 반응을 촉진시키도록 구성된 촉매가 초기에 반응 영역 내에 수용되어 있는, 수소 발생기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 반응제가 초기에 반응 영역 내에 수용되어 있는, 수소 발생기.
9. 제8항에 있어서, 상기 제2 반응제는 화학적 하이드라이드, 바람직하게는 금속 하이드라이드, 보다 바람직하게는 나트륨 보로하이드라이드를 포함하는, 수소 발생기.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제2 반응제는 고체인, 수소 발생기.
11. 제10항에 있어서, 고체 펠릿이 제2 반응제를 포함하는, 수소 발생기.
12. 제11항에 있어서, 상기 고체 펠릿은 결합제를 더 포함하는, 수소 발생기.
13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 증가된 반응 속도를 제공할 수 있는 촉진제를 더 포함하는, 수소 발생기.
14. 제13항에 있어서, 상기 촉진제는 산을 포함하는, 수소 발생기.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 용기는 출구를 포함하며, 수소 가스와 부산물이 상기 출구를 통해 생성물 수용 영역으로 탈출할 수 있는, 수소 발생기.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 저장조로부터 반응 영역으로 액체를 펌핑하도록 구성된 펌프를 더 포함하는, 수소 발생기.
17. 제16항에 있어서, 상기 펌프는 수소 발생기 내에 배치되는, 수소 발생기.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 분산 장치가 반응 챔버 내에 배치되는, 수소 발생기.
19. 연료 전지 스택과, 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 수소 발생기를 포함하는 연료 전지 시스템.
20. 제10항에 있어서, 상기 수소 발생기는 연료 전지 시스템의 나머지 부분으로부터 제거될 수 있는, 연료 전지 시스템.

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