TW201840465A - 氫氣產生系統及其產生方法 - Google Patents

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晉揚 謝
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玉健 余
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Abstract

一種氫氣產生系統，其先將例如水之液體反應物氣化，然後將所得到的氣態反應物引導至含有固體氫化物的反應室。液態反應物與固態氫化物之間的化學反應可形成氫氣。該氫氣在用於燃料電池發電之前可以被過濾和調節。一控制單元被用於控制各個部件的壓力及溫度等重要的參數，並在諸如電池等的儲能裝置的儲能程度低於一預設程度時啟動氫氣產生之過程。

Description

氫氣產生系統及其產生方法
發明一般涉及氫氣產生系統及其產生方法，尤其涉及以固體反應物和氣態反應物之間的化學反應來產生氫氣的系統和方法。
使用氫氣作為燃料源來產生電力的燃料電池是大家所熟知的。燃料電池的應用大部分是可移動的，而這會產生給燃料電池供應恆定的氫氣來產生電力的問題。此問題的傳統的解決方法是以加壓罐來攜帶氫氣。這些壓力罐通常是笨重且龐大的，其不適於與重量有關的應用，如無人機和自行車的應用。另一個問題是加壓氫氣罐的能量儲存密度不高。還有另一個問題是洩漏的風險。因氫氣是無臭的，且燃燒時無火焰，使得在洩漏的情況下特別危險。
不同於以加壓罐輸送氫氣的另一種方法是依需要來原地產生氫氣。已知某些固體氫化物或硼氫化物與諸如水的液體混合時會發生水解化學反應而產生氫氣。此消除了以加壓罐來攜帶氫氣的所有的技術上和危險上的缺點。用於氫氣產生的固體氫化物的典型例子是使用硼氫化鈉(NaBH4)作為燃料。通常的做法是將硼氫化鈉(NaBH4)與氫氧化鈉(NaOH)混合形成水溶液。當引入諸如鉑或釕的貴金屬催化劑時，會發生NaBH4的水 解並產生氫氣。在水解過程中，NaBH4會轉化為不溶於鹼性水溶液的硼酸鈉(NaBO2)。NaBO2之沉澱也傾向於掩蓋催化劑的表面而使反應終止。
使用液體NaBH4作為燃料也會在氫氣的產生系統中存在其它的技術問題。過量的水的存在會導致不想要的重量，因此降低了氫氣產生器的比存儲密度。液體混合物也具有較高的不可控制的失控反應的風險，這可能會導致災難性的後果。
用於限制系統中的水並用於防止氫燃料在混合物內結塊的各種方法已經被揭露了。如Kindler等人(US 2008/0075987A1)揭露了使用蒸汽使金屬氫化物燃料進行更好的水解反應的方法。而US 2016/0049675A1揭露了使用燒結裝置來提供液體氣化和有效的能量利用的熱回收的另一種氫氣產生器。這些發明已經證明了獲得氫氣產生的更好的手段，但也同時提出了挑戰：提供更大性能而縮放的系統。
因此，本發明的另一個目的是要提供一種依需要來產生氫氣
本發明的另一個目的是要提供一種更輕的產生氫氣的系統。
本發明的另一個目的是要提供一種更小的產生氫氣的系統。
本發明旨在提供一種氫氣產生系統來克服上述之缺點，該氫氣產生系統先氣化例如水的液體反應物，然後將所得到的氣態反應物引導至含有固體氫化物的反應室中。該氣化液體反應物與該固體氫化物之間的化學反應會形成氫氣。該氫氣在用於燃料電池發電之前可以被過濾和調節。一控制單元被用於控制各個部件的壓力及溫度等的重要參數，並在諸如電池儲能等的儲能裝置的儲能程度低於預設程度時啟動氫氣產生之過 程。
本發明因此涉及一種氫氣產生系統，該氫氣產生系統包括一控制單元，該控制單元具有能量儲存讀取輸入、壓力讀取輸入、溫度讀取輸入、液體驅動單元控制輸出、加熱控制輸出，和氣體釋放控制輸出。該氫氣產生系統也包括一液體儲存器，該液體儲存器具有一進入口，一排出口，及一過量液體端口。該進入口用於接收來自於外源的液體反應物，該排出口用於從液體儲存器排出液體反應物，該過量液體端口用於接收從冷凝單元回收的過量液體。該氫氣產生系統也包括一液體氣化單元，該液體氣化單元具有一排出口、一進入口，及加熱元件。該進入口用於接收來自液體儲存器的液體反應物，該加熱元件可由控制單元經由加熱控制輸出來控制。該液體氣化單元用於加熱液體反應物，使得一部分液體反應物變成氣相。該氫氣產生系統也包括一反應室，該反應室具有一進入口，該進入口經由一控制閥與液體氣化單元的排出口呈流體連通，該控制閥由氣體釋放控制輸出來控制。反應室含有固體反應物，例如金屬氫化物，並且用於接收來自液體氣化單元的一定量的氣態反應物，該氣態反應物被分散到固體反應物中，藉此形成產生氫氣的化學反應。產生的氣體是任何過量的氣態反應物和被產生的氫氣的混合物，且該產生的氣體經由氣體出口從反應室排出。該氫氣產生系統也包括一壓力感測裝置，該壓力感測裝置用於在反應室的進入口處取得壓力讀數，並將該壓力讀數傳送給控制單元。該氫氣產生系統也包括一溫度感測裝置，該溫度感測裝置用於取得反應室內的溫度讀數，並將該溫度讀數傳送給控制單元。該氫氣產生系統也包括一冷凝單元，該冷凝單元具有一進入口、一排出口，及一過量液體端口。該進 入口用於接收來自反應室的產物氣體，該排出口用於引導來自冷凝單元之主要是氫氣的氣體，該過量液體端口用於引導來自冷凝單元的氣體反應物的冷凝物並且送回到液體儲存器中，該冷凝單元用於將該氣態反應物大致冷凝。
在本發明的另一態樣中，該氫氣產生系統也包括一過濾單元，該過濾單元用於過濾所述主要是氫氣的氣體，從而將不想要的顆粒從所述主要是氫氣的氣體中大致除去。
在本發明的另一態樣中，該氫氣產生系統進一步包括一液體驅動單元，該液體驅動單元被設置在液體儲存器的排出口和液體氣化單元的進入口之間，且該液體驅動單元被用於將液體反應物從液體儲存器推進到液體氣化單元中，該液體驅動單元可由控制單元來控制。
在本發明的另一態樣中，該氫氣產生系統進一步包括一控制閥，該控制閥用於使產品氣體從反應室中釋放出，該控制閥可由控制單元來控制。
在本發明的另一態樣中，液體氣化單元被用於存儲一定量的氣態反應物。
在本發明的另一態樣中，該氫氣產生系統進一步包括一熱傳裝置，該熱傳裝置用於將來自反應室的熱量傳送到液體氣化單元。
在本發明的另一態樣中，該氫氣產生系統進一步包括一例如電池的能量儲存器，該能量儲存器用於儲存其所接收到的電能量。該能量儲存器的儲存程度被轉傳到控制單元。
在本發明的另一態樣中，當能量儲存器的儲存程度降低 到預設程度時，控制單元會啟動氫氣產生之過程。
在本發明的另一態樣中，該氫氣產生系統進一步包括一燃料電池，該燃料電池具有一進入口，該進入口用於接收一定量的所述主要是氫氣的氣體，所述主要是氫氣的氣體被用於轉化為電能。
在本發明的另一態樣中，由燃料電池所產生的電能的一部分被用於提供電力給外面的電力負載，且所產生的電能的另一部分被用於對能量儲存器充電。
在本發明的另一態樣中，該氫氣產生系統進一步包括一裝置，該裝置用於只要在液體儲存器中有足夠的液體反應物時，就能確保液體反應物可由液體儲存器流出。確保液體反應物由液體儲存器流出的裝置包括一撓性軟管，該撓性軟管的第一端連接到一漂浮裝置，而該撓性軟管的第二端與液體儲存器的排出口呈流體連通，使得該漂浮裝置只要在液體儲存器中有足夠的液體反應物時就可以使撓性軟管的第一端保持在液體反應物的表面之下。依此，撓性軟管能夠從液體儲存器中提取液體反應物，而不管液體儲存器的方位如何。
在本發明的另一個態樣中，液體反應物包括下列之任何一種：水、酸性液體、鹼性液體、有機或無機液體，或其組合。
在本發明的另一態樣中，固體反應物包含氫燃料和金屬基催化劑的混合物。
在本發明的另一態樣中，氫燃料是硼氫化鈉。
在本發明的另一個態樣中，氫燃料是下列之任何一種：氫化硼、氫化氮、氫化碳、金屬氫化物、硼氮氫化物、硼碳氫化物、氮碳氫化 物、金屬硼氫化物、金屬氮氫化物、金屬碳氫化物、金屬硼氮氫化物、金屬硼碳氫化物、金屬碳氮氫化物、硼氮碳氫化物、金屬硼氮碳氫化物，或其組合。
在本發明的另一態樣中，氫燃料是下列之任何一種：NaH、LiBH4、LiH、CaH2、Ca(BH4)2、MgBH4、KBH、Al(BH3)3，或其組合。
在本發明的另一態樣中，固體反應物可以是具有BxNyHz的各種化合物，其中x、y和z是任何整數。各種化合物可以包括下列之任何一種：H3BNH3、H2B(NH3)2BH3、NH2BH2、B3N3H6、嗎啉硼烷(C4H12BNO)、(CH2)4O複合材料、B2H4，或其組合。
在本發明的另一態樣中，金屬基催化劑是下列之任何一種：鈷基氧化物、硼化物、固體酸、鹽，或其組合。鹽可以是下列之任何一種：釕(Ru)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鐵(Fe)，或其組合。
在本發明的另一態樣中，氫氣產生系統也包括一氣體調節裝置，該氣體調節裝置位於過濾器之後且在燃料電池之前，該氣體調節裝置用於調節通過其中的氣體的壓力和流量。
在本發明的另一態樣中，反應室可以容易地從系統中被移出，且該反應室設有在其被移出之過程中可以暫時關閉其進入口和排出口的裝置。這有助於在內部固體反應物用完時可以容易地更換反應室。
本發明的另一態樣是一種產生氫氣的方法，該方法包括以下的步驟：a.檢測能量儲存器的儲存程度；b.若儲存程度降低到預定程度，則啟動液體驅動單元(64)，該液體驅動單 元(64)可以將液體反應物從液體儲存器推進到液體氣化單元中；c.啟動液體氣化單元中的加熱元件，使得液體反應物的至少一部分氣化；d.允許氣態反應物分散在含有一定量的固體反應物的反應室內，該氣態反應物與固體反應物之間的接觸可以產生氫氣；e.冷凝與氫氣混合的任何的氣態反應物，以便將其由氫氣中分離出；f.將經冷凝的氣態反應物送回到液體儲存器中；g.過濾該氫氣以將不想要的顆粒大致除去；h.將反應室所產生的一定量的熱量傳遞到液體氣化單元；i.調節氫氣的壓力和流量。
從下面的公開內容和所附的申請專利範圍中，其它的目的和優點將會更加明顯。
10‧‧‧控制單元
12‧‧‧再充電互連線
13‧‧‧能量儲存器
14‧‧‧壓力傳感裝置
15‧‧‧加熱控制輸出裝置
20‧‧‧電力轉換器
21‧‧‧電力負載
22‧‧‧負載互連線
30‧‧‧燃料電池
31‧‧‧燃料電池的進入口
33‧‧‧燃料電池的排出口
40‧‧‧反應室
41‧‧‧氣體流動引導件
42‧‧‧反應室的排出口
43‧‧‧反應室的進入口/管道結構
44‧‧‧反應室的外殼
45‧‧‧第三多孔材料
46‧‧‧第二多孔材料
47‧‧‧固體反應物
48‧‧‧第一多孔材料
49‧‧‧多個孔
50‧‧‧液體氣化單元
51‧‧‧液體氣化單元的排出口
52‧‧‧控制閥
53‧‧‧熱傳裝置
54‧‧‧導熱體
55‧‧‧液體氣化單元的進入口
56‧‧‧加熱元件
57‧‧‧熱傳裝置
60‧‧‧液體儲存器
61‧‧‧液體儲存器的進入口
62‧‧‧液體儲存器的返回口
63‧‧‧液體儲存器的排出口
635‧‧‧液體流動引導件
64‧‧‧液體驅動單元
65‧‧‧撓性軟管
66‧‧‧液體儲存器的液位
67‧‧‧漂浮裝置
70‧‧‧冷凝單元
71‧‧‧冷凝單元的進入口
72‧‧‧冷凝單元的排出口
73‧‧‧冷凝單元的過量液體端口
80‧‧‧過濾單元
81‧‧‧氣體調節器
90‧‧‧氣態反應物
91‧‧‧液體反應物
152‧‧‧氣體釋放的控制輸出裝置
164‧‧‧液體驅動單元的控制輸出裝置
170‧‧‧溫度感測裝置
圖1顯示本發明之一個實施例中的氫氣產生系統的示意圖。
圖2顯示本發明的一個實施例中的反應室的橫截面圖。
圖3顯示本發明的一個實施例中的液體儲存器的橫截面圖。
圖4顯示本發明的一個實施例中的液體氣化單元之外部的和橫截面的圖。
圖5顯示本發明的一個實施例中的氫氣產生系統的一部分的示意圖。
應注意到，下面的詳述係針對氫氣產生系統及其產生方法，且不限於任何特定的尺寸或配置，而實際上在下面的描述的一般範圍內具 有多種尺寸和配置。
茲請參考圖1，該圖顯示氫氣產生系統。該系統的總目的是要原地產生燃料電池發電所要的氫氣，因此消除了存儲大量的加壓氫氣的需要。該圖顯示有能量儲存器(13)，該能量儲存器在較佳的實施例中可以是電池或電容器。當傳感裝置檢測到能量儲存器(13)的能量程度下降到低於預設程度時，控制單元(10)就啟動氫氣產生之過程。在較佳的實施例中，控制單元(10)包括微控制器。
該氫氣產生之過程包括控制單元(10)經由加熱控制輸出裝置(15)來啟動液體氣化單元(50)的加熱元件(56)。這會使液化氣化單元(50)的內部溫度升高。當液化氣體單元(50)的內部溫度達到預設定值時，控制單元(10)會經由液體驅動單元的控制輸出裝置(164)來啟動液體驅動單元(64)。該液體驅動單元(64)可將儲存在液體儲存器(60)中的液體反應物(91)泵出，而經由液體儲存器(60)的排出口(63)，通過液體流動引導件(635)，並經由液體氣化單元的進入口(55)進入液體氣化單元50中。液體反應物(91)在進入液體氣化裝置(50)後，被迅速升溫直到變成氣相，而變成氣態反應物(90)。該氣態反應物(90)被儲存在液體氣化裝置(50)中並被加壓。
仍然請參考氫氣產生之過程，控制單元(10)經由氣體釋放控制輸出裝置(152)來啟動控制閥(52)。該控制閥52被啟動後，可將儲存的氣體反應物(90)經由液體氣化裝置(50)的排出口(51)從液體氣化裝置(50)中排出。再通過控制閥(52)並經由反應室的進入口(43)進入反應室(40)中。氣態反應物在進入反應室(40)後，與儲存在反應室(40)中的固體反應物(47)發生化學反應。反應室(40)的壓力可由壓力傳感裝置(14)來測量。該測量到的壓 力讀數可回饋給控制單元(10)。反應室(40)的溫度可由溫度感測裝置(170)來測量，且該測量到的溫度讀數也被回饋給控制單元(10)。當這些壓力和溫度讀數達到預定值時，控制單元(10)能經由關閉控制閥(52)來關閉反應室(40)中的反應，藉此停止將氣態反應物(90)供應到反應室(40)。這是一個安全的措施。
氣體反應物與反應室(40)中的固體反應物(47)之間的反應會產生氫氣，及其它副產物。
此反應是放熱反應，因此反應室(40)的溫度會上升。該多餘的熱能經由位於反應室(40)和液體氣化單元(50)之間的熱傳裝置(53)被傳送回到液體氣化單元(50)。該熱傳裝置(53)經由導熱體(54)可將反應室40中產生的多餘的熱傳導到液體氣化單元(50)。此可降低液體氣化裝置(50)中加熱元件(56)所需的功率，並進一步提高該氫氣產生系統的輸出性能。
反應室(40)中的氣體反應物和固體反應物(47)之間的反應會產生主要是氫氣的氣體產物和一些其它的副產物。包括主要是氫氣的產物和任何過量的不與固體反應物(47)反應的氣體反應物(90)的混合物，可經由氣體出口(42)從反應室(40)被引出，並經由氣體流動引導件(41)進入冷凝單元(70)。
下列係為了進一步闡明反應室(40)中的工作：
1)在液體氣化單元(50)中被氣化的我們稱之為氣態反應物(90)的氣體進入反應室(40)。
2)該氣態反應物(90)與置放在反應室(40)中的固體反應物(47)反應；此反應會產生主要是氫氣的氣體和一些副產物。
3)將包括所述主要是氫氣的氣體產物和任何過量的不與固體反應物(47)反應的氣體反應物(90)的混合物從反應室中排出。
該冷凝單元(70)具有進入口(71)，該進入口(71)用於接收來自反應室(40)的產物氣體。該冷凝單元(70)的主要功能是要將氣態反應物(90)冷凝成為液體，藉此與主要的氫氣分離。所得到的冷凝液體然後通過過量的液體端口(73)被引出，並經由液體儲存器的返回口(62)返回到液體儲存器。所述主要是氫氣的氣體經由排出口(72)從冷凝單元(70)被排出而進入過濾單元(80)中。過濾單元(80)可捕獲所述主要是氫氣的氣體中不想要的顆粒，使其更純淨。在過濾單元(80)之後，氫氣經由進入口(31)被引導入燃料電池單元(30)中，該進入口在一個較佳的實施例中係一個閥。氫氣在燃料電池(30)中經歷電化學轉換而產生電能。燃料電池(30)所產生的廢氣經由排氣裝置(33)被引出，該排氣裝置在一個較佳的實施例中係一個閥。燃料電池(30)可以是將氫氣轉換成可用電能的任何裝置，且可以是，但不限於下列之任一種：質子交換膜燃料電池(PEMFC)，鹼性燃料電池(AFC)，磷酸燃料電池(PAFC)，熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)，固體氧化物燃料電池(SOFC)，或其它種類的燃料電池。
在此較佳的實施例中，燃料電池(30)所產生的電能經由電力轉換器(20)而被引導出，該電力轉換器可以是，但不限於下列之任一種：DC轉換器、轉換器，或充電控制器。電力轉換器(20)然後經由負載互連線(22)將一部分的電能輸送到電負載(21)。同時，該電能的另一部分經由再充電互連線(12)被送回到能量儲存器(13)中。在需要時此可對能量儲存器(13)充電。而該電能的另一部分被用於供電給控制單元(10)。
在其它的實施例中，在沒有燃料電池的情況下，本發明的氫氣產生系統可以被使用在需要氫氣供應的任何應用中。
仍然請再參考圖1，可以看出，液體儲存器(60)設置有可以添加液體反應物(91)的液體儲存器的進入口(61)。在一個較佳的實施例中，液體反應物(91)是水。然而，液體反應物(91)也可以是甲醇、乙醇，和任何其它有機或無機溶劑(如乙二醇)的稀釋混合物。
儲存在反應室(40)中的固體反應物包含氫燃料與金屬基催化劑的粉末的混合物。在一個較佳的實施例中，氫燃料是硼氫化鈉。然而，在其它的實施例中，這種氫燃料也可以是其它類型的固體氫化物，例如氫化硼、氫化氮、氫化碳、金屬氫化物、硼氮氫化物、硼碳氫化物、氮碳氫化物、金屬硼氫化物、金屬氮氫化物、金屬碳氫化物、金屬硼氮氫化物、金屬硼碳氫化碳、金屬碳氮氫化物、硼氮碳氫化物、金屬硼氮碳氫化物，或其組合。此氫燃料也可以包括下列之任一種：NaH、LiBH4、LiH、CaH2、Ca(BH4)2、MgBH4、KBH4、Al(BH3)3，或其組合。另外，固體反應物可以是具有BxNyHz的各種化合物，其包括，但不限於下列之任一種：H3BNH3、H2B(NH3)2BH3、NH2BH2、B3N3H6、嗎啉硼烷(C4H12BNO)、(CH2)4O複合材料、B2H4，或其組合。在較佳的實施例中，金屬基催化劑由鈷基氧化物或硼化物製成，或者可以是固體酸或鹽，包括釕(Ru)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鐵(Fe)，或由其離子所製造的化合物。
請參考圖2，該圖顯示本發明的一個實施例中的反應室(40)的橫截面圖。該反應室(40)被封裝在殼體(44)中，殼體(44)在一個較佳的實施例中係由金屬材料所製成。在該反應室(40)的上側設有進入口(43)，該進 入口(43)用於接收來自液體氣化單元(50)的氣態反應物(90)，並將該氣態反應物(90)填充入反應室(40)中。
在較佳的實施例中，進入口(43)是管道結構，或者多個伸入反應室(40)中的管道結構。在伸入反應室(40)中的管道結構(43)的一端，設有允許氣態反應物(90)從管道結構(43)排出並進入反應室(40)中的多個孔(49)。該多個孔(49)被第一多孔材料(48)所包圍。
在較佳的實施例中，由反應室(40)的頂側觀看時，管道結構(43)和第一多孔材料(48)相對於反應室(40)呈同心佈置。管道結構(43)位於同心佈置的中心，而被第一多孔材料(48)同心地包圍。第一多孔材料又被固體反應物(47)同心地包圍。第一多孔材料(48)對於氣態反應物(90)是可滲透的，而對於固體反應物(47)是不可滲透的。依此，第一多孔材料(48)允許氣體反應物(90)通過進入固體反應物(47)，但不允許固體反應物(47)逸出反應室(40)。
因此，當氣體反應物(90)經由管道結構(43)被引入反應室(40)中時，該氣體反應物(90)會經由多個孔(49)，第一多孔材料(48)而擴散出去，並被分散進入固體反應物(47)中而與其發生化學反應。氫氣藉此化學反應而產生。該氫氣穿透通過位於固體反應物(47)頂側的第二多孔材料(46)，並通過氣體出口(42)而從反應室(40)中排出。固體反應物(47)進一步被圍繞其側面的第三多孔材料(45)所包圍。該第三多孔材料(45)允許氫氣穿透通過，但不允許固體反應物(47)通過。此可防止固體反應物(47)的任何熔化阻塞氫氣到反應室(40)頂部的通道。在較佳的實施例中，第一、第二、和第三多孔材料是碳布。
仍然請參考圖2，該圖顯示有溫度感測裝置(170)，該溫度感測裝置(170)用於測量反應室(40)內的溫度讀數。該溫度讀數被發送到控制單元(10)。當溫度讀數達到預定值時，控制單元(10)能夠經由關閉控制閥(52)來關閉反應室(40)中的反應，藉此使氣態反應物(90)停止供應到反應室(40)。此係一個安全措施。
在較佳的實施例中，反應室(40)是被固定的部分，藉此可將必須被清除掉的廢副產物清除掉。在另一個較佳的實施例中，使用連接裝置將反應室(40)安裝在產生器系統上，以便容易地將整個反應室(40)與其內的廢副產物一起被移除和更換。
現在請參考圖3，該圖顯示本發明的實施例中的液體儲存器(60)的橫截面圖。來自於外源的液體反應物(91)經由進入口(61)被填充到液體儲存器(60)中。排出口(63)可將液體反應物(91)從液體儲存器(60)引出。
在圖3中，顯示有撓性軟管(65)，該撓性軟管(65)的第一端連接到漂浮裝置(67)而第二端與排出口(63)呈流體連通。漂浮裝置(67)用於漂浮在液體儲存液位(66)上，且只要在液體儲存器(60)中有足夠的液體反應物(91)，則可使撓性軟管(65)的第一端保持在液體反應物(91)的表面液位的下方。依此，無論液體儲存器(60)的方位如何，撓性軟管(65)都能夠從液體儲存器(60)中提取液體反應物(91)。
仍然請參考圖3，在液體儲存器(60)上設置有用於接收來自冷凝單元(70)的過量液體的返回口(62)。
請參考圖4，該圖顯示本發明的實施例中的液體氣化單元(50)的外部的和橫截面的圖。液體氣化單元(50)在其一端具有進入口(55)， 該進入口用於接收來自液體儲存器(60)而經由液體驅動單元(64)的液體反應物(91)。液體氣化單元(50)在其第二端設置有排出口(51)，該排出口用於將氣態反應物(90)排出液體氣化單元(50)。進入口(55)具有比排出口(51)窄的流動通道。該較窄的流動通道允許較少的液體反應物(91)進入液體氣化單元(50)，因此允許液體反應物(91)更容易轉化成氣態反應物(90)。當氣態反應物(90)從液體氣化單元(50)排出時，排出口(51)的較大直徑也允許較高的氣態反應物(90)的通過量。液體氣化單元(50)設置有加熱元件(56)，該加熱元件(56)用於加熱和氣化液體反應物(91)。
液體氣化單元(50)也設置有位於液體氣化單元(50)外部的熱傳裝置(57)。該熱傳裝置(57)可將來自熱傳裝置(53)的過多的熱量引導至液體氣化單元(50)。
現在請參考圖5，該圖顯示本發明的實施例中的氫氣產生系統的一部分的示意圖，該圖增加了氣體調節器(81)。該氣體調節器(81)位於過濾單元(80)之後而在燃料電池(30)之前，並與過濾單元(80)和燃料電池(30)呈流體連通。該氣體調節器(81)可控制通過其中的氫氣的壓力和流量。可以只有一個氣體調節器或一組氣體調節器的實施例。在較佳的實施例中，該氣體調節器(81)由控制單元所控制。
雖然本發明的幾個特別較佳的實施例已經被描述和說明，但是對於本領域的技術人員來說，可以對本發明進行各種改變和修改而不脫離本發明的精神和範圍，此係乃顯而易見。因此，下面的申請專利範圍旨在包含在本發明範圍內的這些改變、修改，和應用領域。

Claims (30)

  1. 一種氫氣產生系統，其包括：一控制單元；一液體儲存器，其具有一進入口及一排出口，該進入口用於接收來自於外源的液體反應物，而該排出口用於排出該液體儲存器中的液體反應物；一液體氣化單元，其具有一排出口、一進入口及加熱元件，該進入口用於接收來自該液體儲存器的液體反應物，該加熱元件可由該控制單元來控制，該液體氣化單元用於加熱一定量的液體反應物，使得液體反應物的一部分變成氣相；一反應室，其具有一進入口，該進入口經由一控制閥與該液體氣化單元的排出口呈流體連通，該控制閥由該控制單元來控制，該反應室含有一固體反應物，且該反應室用於接收來自該液體氣化單元之一定量的氣態反應物，該氣態反應物被分散通過該固體反應物，從而產生至少一產物氣體，該產物氣體至少是氣態反應物和氫氣的混合物，該產物氣體經由一氣體出口從反應室排出；及一冷凝單元，其具有一進入口及一排出口，該進入口用於接收來自該反應室的產物氣體，該排出口用於將主要是氫氣的氣體引導出該冷凝單元，該冷凝單元用於將該氣態反應物大致冷凝。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包括一過濾單元，用於過濾所述主要是氫氣的氣體，從而將不想要的顆粒從所述主要是氫氣的氣體中大致除去。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包含一液體驅動單元，該液體驅動單元設置在該液體儲存器的排出口與液體氣化單元的進入口之間，該液體驅動單元用於驅使液體反應物從液體儲存器流入液體氣化單元，該液體驅動單元可由控制單元來控制。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包括一控制閥，該控制閥用於使氣態反應物從液體氣化單元釋放出，該控制閥可由控制單元來控制。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其中所述液體氣化單元用於儲存一定量的氣態反應物。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包括一熱傳裝置，該熱傳裝置用於將熱量從反應室傳到液體氣化單元。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包括一能量儲存器，該能量儲存器用於儲存所接收到的電能，該能量儲存器的儲存程度被傳送到控制單元。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的氫氣產生系統，其中所述控制單元在能量儲存器的儲存程度降低到預設程度時會啟動氫氣產生之過程。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包括一燃料電池，該燃料電池具有一進入口，該進入口用於接收一定量的所述主要是氫氣的氣體以被轉換為電能。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的氫氣產生系統，其中所述電能的一部分被用於供給外面的電力負載，且所述電能的一部分被用於充電能量儲存器。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包括一裝置，該裝置用於只要在液體儲存器中有足夠的液體反應物時就可確保液體反應物流出液體儲存器。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的氫氣產生系統，其中所述確保液體反應物流出液體儲存器的裝置包括一撓性軟管，該撓性軟管的第一端連接到一漂浮裝置上，而撓性軟管的第二端與液體儲存器的排出口呈流體連通，藉此使得只要液體儲存器中有足夠的液體反應物時該浮動裝置可用於使撓性軟管的第一端保持在液體反應物的表面之下。
  13. 根據申請專利範圍第11項所述的氫氣產生系統，其中所述液體反應物包括下列之任一種：水，酸性液體，鹼性液體，有機或無機液體或其組合。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其中所述固體反應物包括氫燃料和金屬基催化劑的混合物。
  15. 根據申請專利範圍第14項所述的氫氣產生系統，其中所述氫燃料是硼氫化鈉。
  16. 根據申請專利範圍第14項所述的氫氣產生系統，其中所述氫燃料是下列之任一種：氫化硼、氫化氮、氫化碳、金屬氫化物、硼氮氫化物、硼碳氫化物、氮碳氫化物、金屬硼氫化物、金屬氮氫化物、金屬碳氫化物、金屬硼氮氫化物、金屬硼碳氫化物、金屬碳氮氫化物、硼氮碳氫化物、金屬硼氮碳氫化物或其組合。
  17. 根據申請專利範圍第14項所述的氫氣產生系統，其中所述氫燃料是下列之任一種：NaH、LiBH4、LiH、CaH 2、Ca(BH 4) 2、MgBH 4、KBH 4、Al(BH 3) 3或其組合。
  18. 根據申請專利範圍第14項所述的氫氣產生系統，其中所述固體反應物可以是具有BxNyHz的各種化合物，其中x、y和z是任何整數。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述的氫氣產生系統，其中所述各種化合物包括下列之任一種：H 3BNH 3、H 2B(NH 3) 2BH 3、NH 2BH 2、B 3N 3H 6、嗎啉硼烷(C 4H 12BNO)、(CH 2) 4O複合材料、B 2H 4或其組合。
  20. 根據申請專利範圍第14項所述的氫氣產生系統，其中所述金屬基催化劑是下列之任一種：鈷基氧化物、硼化物、固體酸、鹽、或其組合。
  21. 根據申請專利範圍第20項所述的氫氣產生系統，其中所述鹽是下列之任一種離子的化合物：釕(Ru)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鐵(Fe)或其組合。
  22. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包括一氣體調節裝置，該氣體調節裝置位於過濾器之後且在燃料電池之前，該氣體調節裝置用於調節通過其中的氣體的壓力和流率。
  23. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其中所述反應室可以容易地從系統中被移出，且設有一裝置，該裝置在反應室從系統中被移出期間可暫時關閉進入口和氣體出口。
  24. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其中所述加熱元件可以經由電阻加熱或感應加熱來執行電的操作。
  25. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其中所述冷凝單元還包括一過量液體端口，該過量液體端口用於將氣態反應物的冷凝物從冷凝單元中導出並送回到液體儲存器。
  26. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包括一壓力感測裝置，該壓力感測裝置用於取得反應室的進入口處的壓力讀數並且將該壓 力讀數傳送給控制單元。
  27. 根據申請專利範圍第1項所述的氫氣產生系統，其還包括一溫度感測裝置，該溫度感測裝置用於取得反應室內部的溫度讀數並且將該溫度讀數傳送給控制單元。
  28. 一種產生氫氣的方法，其包括以下步驟：a.檢測一能量儲存器的儲存程度；b.若該儲存程度降低到一預定程度，則啟動一液體驅動單元，將液體反應物從一液體儲存器推進到一液體氣化單元中；c.啟動該液體氣化單元中的加熱元件，使得該液體反應物的至少一部分被氣化；d.使氣態反應物分散在一個含有一定量的固體反應物之反應室內，使該氣態反應物與固體反應物之間接觸以產生氫氣；e.將任何與氫氣混合的氣態反應物冷凝，使其與氫氣分離；f.將經冷凝的氣態反應物送回到該液體儲存器；及g.過濾氫氣，以將不想要的物質大致除去。
  29. 根據申請專利範圍第28項所述的產生氫氣的方法，其還包括以下的步驟：a.將在反應室中產生的熱量傳送到液體氣化單元。
  30. 根據申請專利範圍第28項所述的產生氫氣的方法，其還包括以下的步驟：a.調節氫氣的壓力和流率。
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