專利名稱：氫氣發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是自調(diào)式氫氣發(fā)生器，特別著重于氫氣發(fā)生器能主動(dòng)調(diào)整由于燃料箱內(nèi)氣壓變化氫氣的生成，此壓力變化取決于燃料箱內(nèi)所產(chǎn)生的氫氣體積的多少，而不論外部受力如何。
背景技術(shù)：
近些年來，工業(yè)的發(fā)展提高了生活質(zhì)量，但能源需求的快速增長卻帶來了諸如環(huán)境污染及化石燃料資源枯竭的嚴(yán)重問題。
世界各國正不遺余力地探索各種替代能源以防止化石燃料資源枯竭，例如石油。特別是化石燃料的常規(guī)使用已造成了嚴(yán)重的環(huán)境(空氣)污染問題，進(jìn)而加速了全球變暖及環(huán)境破壞的趨勢(shì)。眾所周知，工廠或車輛排放的氮化物、碳?xì)浠衔锛岸趸际窃斐森h(huán)境污染的主要因素。
這些排放的廢氣破壞了臭氧層，從而引發(fā)出各種各樣的自然危害，例如陽光中有害射線對(duì)地面的直接照射，氣候變化，生態(tài)系統(tǒng)的破壞以及各式各樣疾病的發(fā)生。
為了減少由于使用化石燃料而造成的空氣污染，完全燃燒燃料得以快速發(fā)展。
尤其值得一提的是，已有人提議將氫氣作為一種替代的完全燃燒燃料來發(fā)展。氫氣，是一種富足的地球資源，能與氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生大量的能量，而副產(chǎn)品僅僅是水，因此它一方面解決了能源資源耗盡的問題，同時(shí)也解決了環(huán)境污染問題。
然而，為了能將氫氣作為一種能源資源來運(yùn)用，就必須解決一些因氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存及運(yùn)輸而帶來的技術(shù)問題。特別是當(dāng)氫氣作為一種燃料用于移動(dòng)設(shè)備時(shí)，如氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)或用于車輛的氫燃料電池，或是用于小型信息電子設(shè)備上的氫燃料電池，由于儲(chǔ)存在設(shè)備中的燃料數(shù)量受到限制，因此從根本就需要一種技術(shù)，以便能最大程度上減小燃料箱體積和質(zhì)量，以獲得一個(gè)較高的能量密度。
特別是當(dāng)氫氣作為供給車輛及IT電子設(shè)備的氫燃料電池的燃料時(shí)，這些車輛及信息電子設(shè)備的運(yùn)作性能很大程度上取決于燃料的儲(chǔ)存方法及燃料箱的容積。因此，氫氣的生產(chǎn)及存儲(chǔ)方法被視為是首要技術(shù)。目前有人提議可采用三種方法來儲(chǔ)存氫氣，即液態(tài)氫氣儲(chǔ)存法，氣態(tài)氫氣儲(chǔ)存法及固態(tài)氫氣儲(chǔ)存法。
液態(tài)氫氣儲(chǔ)存法的好處是可以通過超低溫來液化氫氣以大大增加所儲(chǔ)存的氫氣的密度。然而，必須降低液化氫氣的自然損失，同時(shí)也要考慮到由于低溫冷卻帶來的能量丟失。
在氣態(tài)氫氣儲(chǔ)存法中，氫氣被施以高壓進(jìn)行壓縮，而壓縮后的氫氣才能得以儲(chǔ)存。為了獲得一個(gè)適合于移動(dòng)設(shè)備的能量密度，上百種氣體要一同作用于氫氣上，這樣一方面增加了能源消耗，另一方面也就需要有一個(gè)安全的儲(chǔ)存方法來儲(chǔ)存超高壓氫氣。
固態(tài)氫氣儲(chǔ)存法的好處在于能夠在室溫及低壓環(huán)境下使用氫氣，就安全性及減少能量損失而言也是很出色的，但其不利之處在于由于氫儲(chǔ)存材料密度較高，因此單位質(zhì)量的能量密度較低。例如，最近引起公眾注意的氫燃料電池車輛，它使用的燃料就是氫氣而非汽油或是輕瓦斯油。
為了能將氫氣作為氫燃料電池車輛的燃料，需要將大量的氫氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)存容器中。如果上述氫燃料電池車輛運(yùn)用的是傳統(tǒng)的固態(tài)氫氣儲(chǔ)存法，那么這種車輛的行駛里程只有以汽油為燃料的車輛所行駛里程的一半，因此從經(jīng)濟(jì)上來說運(yùn)用傳統(tǒng)的固態(tài)氫氣儲(chǔ)存法存在一定的困難。根據(jù)運(yùn)用一種固態(tài)氫氣儲(chǔ)存法解決以上所有問題的原則，將催化劑與溶解氫儲(chǔ)存材料得到的燃料液體相接觸，從而產(chǎn)生氫氣。由于可以在臨近于大氣壓的情況下將氫氣以液體形式儲(chǔ)存起來，因此這種方法具有很高的穩(wěn)定性以及很大的氫氣儲(chǔ)存量，因而可用于移動(dòng)設(shè)備之上。
以上方法是通過燃料液體與催化劑之間的反應(yīng)而生產(chǎn)氫氣。相應(yīng)地，如果要開始生產(chǎn)或停止生產(chǎn)氫氣，這種方法就會(huì)涉及到這樣一個(gè)過程，即將催化劑與燃料液體接觸以發(fā)生反應(yīng)或是將催化劑與燃料液體隔離開來阻止反應(yīng)，而這種接觸或隔離可以通過供給催化劑以燃料液體或是運(yùn)用電泵來阻止燃料液體的供給，或者是通過移動(dòng)催化劑至燃料液體或運(yùn)用馬達(dá)將催化劑與燃料液體分離的方法得以實(shí)現(xiàn)。
尤其是當(dāng)上述方法運(yùn)用于裝備有氫燃料電池的移動(dòng)設(shè)備時(shí)，如果產(chǎn)生的氫氣超過該移動(dòng)設(shè)備所需的氫氣量時(shí)，氫氣就會(huì)在氫燃料電池中積聚起來，并增加系統(tǒng)壓力。此時(shí)，為了維持系統(tǒng)壓力處于規(guī)定值范圍之內(nèi)，需要在系統(tǒng)中額外安裝一些設(shè)備，例如用于排放累積氫氣的設(shè)備，用于測(cè)量壓力及使用傳感器測(cè)量所供氫氣量的裝置，通過外部機(jī)械能量分離催化劑和燃料液體的方法調(diào)節(jié)催化劑反應(yīng)量的調(diào)節(jié)裝置，以及/或?qū)袣鋬?chǔ)存材料的燃料液體所供給量進(jìn)行變化調(diào)節(jié)的裝置，從而使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化并增加了系統(tǒng)體積。因此，系統(tǒng)的運(yùn)用得到限制。
為了解決上文所述及的問題，并且由于增加燃料液體與附著在催化劑固定部分的催化劑之間接觸面的實(shí)例并不是很具體充分，因此就需要有更多的實(shí)例進(jìn)行。為了防止泡末狀態(tài)的氫氣所含的水分阻塞氣液分離膜的微空氣孔，當(dāng)燃料箱中生成氫氣中含有的細(xì)小水分子與氣液分離膜碰撞時(shí)，就需要用上一些技術(shù)解決方案。而且，如果含有微小水分子的燃料液體中產(chǎn)生的氫氣與氣液分離膜碰撞時(shí)，就需要用上一些技術(shù)方法，用來防止泡末狀態(tài)的氫氣所含的水分阻塞氣液分離膜的微空氣孔并提高設(shè)備性能。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于對(duì)以上問題的考慮，本項(xiàng)發(fā)明得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明之目的在于提供一種自調(diào)式氫氣發(fā)生器，可在初始階段自行運(yùn)作而無需外部能源資源。該發(fā)生器可以產(chǎn)生并提供氫氣作為一種能源資源，因此使得氫氣被當(dāng)作一種潔凈的完全燃燒替代能源加以運(yùn)用，從而防止環(huán)境污染并增加了氫氣的利用率。
本發(fā)明之另一目的是要提供一種自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，從而可為那些以氫氣作為燃料的裝置、系統(tǒng)及移動(dòng)設(shè)備獲得商業(yè)用途的氫氣。
然而，本發(fā)明還有一個(gè)目的，即旨在于提供一種自調(diào)式氫氣發(fā)生器，在該發(fā)生器內(nèi)配有能與燃料液體接觸產(chǎn)生氫氣的催化劑固定單元，而在該單元上附著有催化劑，該發(fā)生器形狀多樣，可以產(chǎn)生大量的氫氣；該氫氣發(fā)生器還有一個(gè)固定的燃料箱、移動(dòng)和便攜設(shè)備，其結(jié)構(gòu)可使產(chǎn)生在燃料箱中的氫氣得以充分排出并通過氣液分離膜，從而大大提高機(jī)器生能。
按照本發(fā)明設(shè)想，只要提供有自調(diào)式氫氣發(fā)生器就可以實(shí)現(xiàn)以上及其它目的；對(duì)于用于氫燃料電池的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其通常由以下幾個(gè)部分組成燃料箱——用來定義內(nèi)部空間，具有額定容積，配備有與內(nèi)部空間相通的氫氣排放口；燃料液體——含有氫儲(chǔ)存材料，儲(chǔ)存在燃料箱中；與燃料液體相接觸就能產(chǎn)生氫氣的催化劑，其中，催化劑填充在催化反應(yīng)器中，該反應(yīng)器設(shè)計(jì)有關(guān)閉部分和開口部分；如果催化劑與燃料液體接觸產(chǎn)生的氫氣使燃料箱內(nèi)壓力升高時(shí)，關(guān)閉部分可用來切斷催化劑與燃料液體的接觸而阻止氫氣的生成；如果由于使用燃料電池生成的氫氣引起燃料箱內(nèi)壓力的下降時(shí)，開口部分可用來連通催化劑與燃料液體的接觸而產(chǎn)生氫氣，因此可根據(jù)燃料箱內(nèi)壓力的升降來主動(dòng)調(diào)整是否生成氫氣或中止氫氣生成。
可取的是，催化反應(yīng)器包含有具有規(guī)定壓縮力及恢復(fù)力的彈性裝置，可以根據(jù)氫氣生成時(shí)燃料箱內(nèi)壓力的升降情況，推動(dòng)催化劑向關(guān)閉部分或開口部分移動(dòng)，以調(diào)節(jié)氫氣的生成，并且催化劑可與催化劑固定單元結(jié)合起來使用，而該單元在催化反應(yīng)器中是可以移動(dòng)的。
而且，燃料箱還有氣液分離裝置，可以將生成的氫氣與液體狀的燃料液體分離開來并將隔離出的氫氣排放到外部。
更可取的是，氣液分離裝置可以是氣液分離膜，這種分離膜可以多種形式牢固地安裝在燃料箱內(nèi)，因此排放口的內(nèi)孔及燃料液體之間的額定空間可重新確定以便輕易將氫氣從排放口排出。
而且，這種氣液分離裝置包括浮在燃料液面上的收集器，這些燃料液體填充到燃料箱所規(guī)定的液面水平。收集器有如下設(shè)計(jì)從收集器上突出有一個(gè)收集孔，朝向燃料液體上表面，用來從此處引入燃燃料箱中生成的氫氣，一根連接收集器另一側(cè)的排放軟管，與收集孔相對(duì)，以及用于排放收集器所收集的氫氣的排放口。而且，更可取的是，燃料箱可具有氫氣保留裝置，可以將燃料液體與催化劑接觸而產(chǎn)生的微小泡沫狀的氫氣轉(zhuǎn)化成體積較大的氫氣氣泡，并進(jìn)而使得這些氣泡通過氣液分離裝置。另外更可取的是，可以在燃料液體與氣液分離膜中間插入一種碰撞單元，這種裝置可以避免與氣液分離膜的直接接觸而在燃料箱內(nèi)生成泡沫狀的含有水分的氫氣氣體。


本發(fā)明所涉及上述目的及其它目的，特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)可從以下詳細(xì)的描述中知曉，可結(jié)合隨附的圖紙幫助理解。內(nèi)容如下圖1為根據(jù)本發(fā)明的氫氣發(fā)生器的爆炸透視圖。
圖2和3為根據(jù)本發(fā)明的局部爆炸透視圖，說明用于氫氣發(fā)生器上的催化反應(yīng)器的運(yùn)作方式。
圖4為圖2和圖3催化反應(yīng)器的爆炸透視圖。
圖5和圖6為不同于圖2和圖3所示催化反應(yīng)器的另一種催化劑的局部爆炸透視圖。
圖7-13為催化劑固定單元的實(shí)例說明，催化劑與該單元連接。
圖14-18為燃料箱中配備的氣液分離裝置的實(shí)例說明。
圖19和20說明了生成于充滿燃料液體的催化反應(yīng)器外表面的氫氣保持裝置；圖21和22對(duì)位于燃料箱的燃料液體和氣液分離膜之間的碰撞單元進(jìn)行了說明；圖23和28為根據(jù)本發(fā)明第二，第三和第四個(gè)實(shí)例而做出的氫氣發(fā)生器示意圖；圖29為本發(fā)明氫氣發(fā)生器被用作手提電話燃料供給系統(tǒng)時(shí)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，本發(fā)明的較佳實(shí)例將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。并將在下文省略對(duì)氫氣發(fā)生器的傳統(tǒng)外設(shè)的說明。
本發(fā)明氫氣發(fā)生器(H)的特點(diǎn)在于其可以反復(fù)生成和截留氫氣而無需運(yùn)用外部能源。
具體來說，本發(fā)明氫氣發(fā)生器(H)由1個(gè)具有規(guī)定尺寸維持氣密空間的燃料箱(10)，裝在燃料箱(10)中的氫儲(chǔ)存材料的燃料液體(17)以及與氫儲(chǔ)存材料燃料液體(17)接觸以產(chǎn)生氫氣的催化劑(21)。催化劑(21)裝在具有固定形狀的催化反應(yīng)器內(nèi)(20)。圖1為氫氣發(fā)生器的透視圖，圖中燃料箱(10)為根據(jù)本發(fā)明首次實(shí)例做出的爆炸圖。
如圖1所示，燃料箱(10)具有固定尺寸可以容納一定量的燃料液體，但具體的燃料箱(10)的尺寸因其用途及形狀不同隨之不同。用于排放燃料箱(10)內(nèi)生產(chǎn)的氫氣的排放口(12)位于燃料箱的一側(cè)表面，閥門如快鎖接頭(15)裝在排放口(12)上，并與氫燃料電池結(jié)合在一起。
燃料箱內(nèi)裝有一定量的氫儲(chǔ)存材料燃料液體(17)，燃料箱(10)最初生產(chǎn)出來的時(shí)候是金屬氣密的，因此燃料箱不可以被再次充液或放液。但可以另一種方式進(jìn)行，在燃料箱(10)的一側(cè)生成有一個(gè)孔(14)，因此使用之后的燃料(17)可從燃料箱(10)通過孔(14)排放出來，然后再通過孔(14)注入新的燃料液體(17)，作為安全防范作用的通風(fēng)孔(13)位于燃料箱(10)的一側(cè)，通過以上操作可將氫氣從燃料箱(10)內(nèi)部排出。
運(yùn)用于本發(fā)明實(shí)例的氫儲(chǔ)存材料燃料液體含有20％的NaBH4，8％的KOH和72％的H20。催化劑(21)由一種與燃料液體(17)相接觸就能有效產(chǎn)生氫氣的材料制成。本發(fā)明中，催化劑(21)由雷尼鎳材料制成。
圖2和3為根據(jù)本發(fā)明首次實(shí)例作用于氫氣發(fā)生器的催化反應(yīng)器(20)運(yùn)作說明的局部爆炸透視圖。圖4為圖2和圖3所示的催化反應(yīng)器(20)的爆炸透視圖。
本發(fā)明氫氣發(fā)生器(H)的催化反應(yīng)器(20)具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即催化劑(21)和燃料箱(10)的燃料液體(17)之間的接觸或隔離是通過燃料箱(10)中產(chǎn)生的氫氣壓力進(jìn)行自動(dòng)控制的。在本發(fā)明實(shí)例中，催化反應(yīng)器(20)被置于燃料箱(10)的內(nèi)部，如果催化反應(yīng)器(20)浸入到燃料液體(10)中，燃料液體(17)和催化劑(21)就會(huì)因相互接觸而產(chǎn)生氫氣。
在本發(fā)明的其它實(shí)例中，催化反應(yīng)器(20)被置于燃料箱(10)的外部，將會(huì)在下文予以簡單說明。
也就是如圖2，3和4所示，催化反應(yīng)器(20)最好是管狀的，包括配備了置于反應(yīng)器一端并與外界通訊的開口部分(28)以及位于另一端的關(guān)閉部分(27)的反應(yīng)器機(jī)體。
開口部分(28)是通過在主機(jī)身(29)一端開口而形成的，或者在主機(jī)身(29)一側(cè)的側(cè)表面形成的一個(gè)切口，并且具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即通過開口部分(28)將催化劑暴露在外并與燃料液體(17)相接觸。
而且，恢復(fù)力良好的彈性裝置(24)被置于機(jī)體(29)一端的關(guān)閉部分內(nèi)側(cè)，催化劑(21)附著在催化劑固定單元(22)上，在關(guān)閉部分(27)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如果燃料箱(10)中的壓力增加，催化劑固定單元(22)就會(huì)朝關(guān)閉部分(17)移動(dòng)以防止催化劑(21)與燃料液本相接觸；如果燃料箱(10)中的壓力下降，那么朝關(guān)閉部分(27)移動(dòng)的催化劑固定單元(22)就會(huì)通過彈性裝置調(diào)轉(zhuǎn)初始位置而向開口部分(28)移動(dòng)，從而通過開口部分(28)使催化劑(21)與燃料液體(17)相接觸而生成氫氣。
催化劑(21)為粉狀或塊狀物。如果催化劑(21)是粉狀物，則粉狀的催化劑(21)可導(dǎo)入到由多種材料制成的網(wǎng)內(nèi)，除了燃料液體(17)和氫氣可以通過這種網(wǎng)外，粉末是無法通過的；或是用粘合劑將粉末狀的催化劑(21)附著于網(wǎng)上或培養(yǎng)基上，然后再附著到催化劑固定單元(22)。另外，在此例中，粉狀的催化劑(21)經(jīng)加工處理成一種適宜于催化劑固定單元(22)結(jié)構(gòu)的形狀，燒結(jié)后再附著于催化劑固定單元(22)上。
更具體地說，本發(fā)明實(shí)例是用作催化劑21的雷尼鎳具有較大的表面積，因此可以儲(chǔ)存在水中，其特點(diǎn)在于這種雷尼鎳一經(jīng)空氣接觸就會(huì)發(fā)生自燃。相應(yīng)地，為使雷尼鎳作為催化劑(21)使用，只有雷尼鎳的表面被氧化，因此雷尼鎳可以暴露在空氣中穩(wěn)定的使用。這種方法減少了催化劑(21)的氫氣生產(chǎn)能力，因此在本發(fā)明的實(shí)例中，催化劑(21)是以兩種方法制作出來的，在這兩種方法中雷尼鎳表面都未被氧化。在第一種方法中，催化劑固定單元(22)(參見圖12)上附著有一個(gè)磁鐵，然后再將雷尼鎳附著到附著有催化劑固定單元(22)的磁體上。
在第二種方法中，雷尼鎳在水溶液中如蒸餾水被附著到網(wǎng)狀物上或由多種材料制成的培養(yǎng)基上。
由于雷尼鎳是儲(chǔ)存在蒸餾水中，因此當(dāng)儲(chǔ)存在蒸餾水中的雷尼鎳被制作成催化劑(21)時(shí)，就可以防止由于表面氧化而引起的催化劑(21)氫氣生產(chǎn)能力的下降。本發(fā)明實(shí)例中，催化劑(21)的生產(chǎn)是通過運(yùn)用聚氨酯泡沫將雷尼鎳固定在鎳網(wǎng)上得以實(shí)現(xiàn)的。
因?yàn)闇囟仍礁?，催化?21)如雷尼鎳的氫氣生產(chǎn)能力就越高。如果操作員希望以較小量的催化劑(21)來生產(chǎn)大量的氫氣，則燃料箱(10)，催化反應(yīng)器(20)和催化劑固定單元(22)三者中必須至少有一個(gè)應(yīng)安裝有熱媒，如加熱金屬線，此種熱媒可以憑自身或憑外部能源來加熱催化劑(21)或燃料。上述運(yùn)用熱媒的方法增強(qiáng)了氫儲(chǔ)存材料及其副產(chǎn)品的溶解性，因此使得這些氫儲(chǔ)存材料及其副產(chǎn)品可以儲(chǔ)存大量的氫氣。
催化劑固定單元(22)有這樣一種結(jié)構(gòu)或形狀，可以使催化劑(21)輕易地附著牢靠，并在催化劑(21)進(jìn)入及退出主體(29)內(nèi)部時(shí)能有效地防止燃料液體(17)的進(jìn)入。本發(fā)明實(shí)例的催化劑固定單元(22)含有兩翼(23和23’)以及催化劑固定部分(23c)，其形狀各異，用以接收催化劑(21)，位于兩翼(23和23’)之間。
當(dāng)催化劑固定單元(22)往主體(29)關(guān)閉部分(27)的內(nèi)部和外部移動(dòng)時(shí)，為了防止處于液體狀態(tài)的燃料液體(17)沿催化劑固定單元(22)外表面進(jìn)入關(guān)閉部分，因此在催化劑固定單元(22)兩端和主體(29)的內(nèi)表面之間或催化劑固定單元(22)和彈性裝置(24)之間會(huì)分別并同時(shí)生成燃料截留單元(23a)和(23b).安裝槽(25a)形成于主體(29)的內(nèi)圍，環(huán)狀的輔助截留單元(25)被插入安裝槽(25a)內(nèi)以防止當(dāng)配備有催化劑(21)的催化劑固定單元(22)移動(dòng)時(shí)燃料液體沿著催化劑固定單元(22)的外圍進(jìn)入主體(29)。圖4為上催化反應(yīng)器的上述結(jié)構(gòu)組成作了說明。
圖5和圖6顯示的是另一種催化反應(yīng)器(20)的局部爆炸透視圖，該催化反應(yīng)器在形狀上有別于上文所述的催化反應(yīng)器(20)。此處，開口部分(28)形成于主體的一端，催化劑(21)被附著于催化劑固定單元(23c)上，催化劑(21)包圍在催化劑固定部分(23c)的外圍以擴(kuò)大催化劑(21)和燃料液體之間的接觸面，從而增加了生成氫氣的數(shù)量。催化反應(yīng)器(20)的其它部件與上文所述的催化反應(yīng)器相同。
本發(fā)明實(shí)例所運(yùn)用的彈性裝置(24)由壓縮空氣及彈性體組成，當(dāng)發(fā)生以下情況時(shí)可以把催化劑固定單元(22)恢復(fù)到初始位置，即當(dāng)催化劑固定單元(22)被強(qiáng)制進(jìn)入關(guān)閉部分(27)時(shí)，填充燃料箱(10)的氫氣會(huì)因氫燃料電池的運(yùn)用而從排放口排空出去，因此燃料箱(10)內(nèi)的壓力下降；如果位于催化劑固定單元(22)上的催化劑(21)的暴露狀態(tài)保持在大氣壓力范圍之內(nèi)，則燃料箱內(nèi)的壓力會(huì)上升，并且燃料箱內(nèi)的壓力上升會(huì)高于大氣壓，上升的壓力就會(huì)作用于暴露于催化反應(yīng)器(20)開口部分(28)的催化劑固定單元(22)的一側(cè)表面。
在本發(fā)明實(shí)例中，彈性裝置(24)由壓縮螺旋彈簧構(gòu)成。
圖7-13說明了催化劑固定單元(22)的各種實(shí)例。催化劑固定單元(22)的各種實(shí)例說明旨在于改善催化劑(21)所附著的催化劑固定部分(23c)的結(jié)構(gòu)，以便能最大程度地?cái)U(kuò)大催化劑(21)和燃料液體(17)的接觸面積。
也就是說，作用于本發(fā)明實(shí)例的催化劑固定單元(22)包括滑行于主體(29)內(nèi)表面的側(cè)翼23和23’，以及具有多種形狀以接收催化劑(21)的位于兩翼23和23’之間的催化劑固定部分(23c)。特別一提的是，催化劑固定部分(23c)具有多層結(jié)構(gòu)，由眾多的堆積式承載板組成，或是由多種結(jié)構(gòu)如風(fēng)扇，圓錐形或圓形結(jié)構(gòu)等構(gòu)成，因此在催化劑固定部分(23c)表面可以附著大量的催化劑(21)。可以將磁鐵(23d)附著在催化劑固定部分(23c)的一側(cè)表面或兩側(cè)，以便金屬催化劑(21)可以附著在催化劑固定部分(23c)而無需進(jìn)行任何額外處理(參見圖12)。
關(guān)于本發(fā)明氫氣發(fā)生器生產(chǎn)氫氣的過程將會(huì)在下文加以詳細(xì)說明。將體積為10mA的燃料液體(17)和0.1克的雷尼鎳催化劑(17)加入到燃料箱(10)中。然后燃料箱(10)在室溫下以相當(dāng)于12SCCM(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘)的流量或以燃料電池1W的速率生成氫氣，大約可持續(xù)10個(gè)小時(shí)。產(chǎn)生于燃料箱(10)中的氫氣可通過燃料箱(10)的出氣口(12)供給外部系統(tǒng)，如以氫氣為燃料的氫發(fā)動(dòng)機(jī)或氫燃料電池。如果外部系統(tǒng)所需氫氣少于12SCCM的流量，或者斷電后氫氣還未排出，則產(chǎn)生的氫氣就會(huì)聚集在燃料箱(10)中，那么箱中的壓力就會(huì)上升為1.5個(gè)大氣壓(P1)。
在燃料箱(10)和催化反應(yīng)器(20)之間產(chǎn)生了一個(gè)壓力差，因此燃料箱(10)中的上升壓力會(huì)壓迫催化反應(yīng)器(20)主體(29)的開口部分(28)。當(dāng)催化劑固定單元(22)朝催化反應(yīng)器(20)主體(29)的關(guān)閉部分(27)移動(dòng)時(shí)，暴露于以氫儲(chǔ)存材料制成的燃料液體(17)的催化劑(21)就會(huì)進(jìn)入主體(29)，因此催化劑(21)和燃料液體(17)之間的接觸面就會(huì)減小，從而減少氫氣生成量并進(jìn)而阻止氫氣的生成。
當(dāng)外部系統(tǒng)再次運(yùn)用氫氣時(shí)，產(chǎn)生的氫氣才從燃料箱(10)中排出。此時(shí)，燃料箱(10)中的壓力降低，燃料箱(10)與催化反應(yīng)器(20)的主體(29)之間的壓力差就會(huì)減小，位于主體(29)的彈性裝置(24)則會(huì)返回到初始位，從而催化劑固定單元(22)往開口部分(28)移動(dòng)，催化劑(21)可與接觸燃料液體(17)再次接觸。
因此，本發(fā)明氫氣發(fā)生器可以間歇式地生成氫氣。
圖14-18為燃料箱(10)中配備的氣液分離裝置(40)的實(shí)例說明。
氣液分離裝置(40)可用來防止在裝有溶于水的燃料液體(17)的燃料箱(10)中生成的處于氣體狀態(tài)的氫氣的排出以及處于液體狀態(tài)的燃料液體的排出，更適用于移動(dòng)或便攜式燃料電池，而非固定燃料電池。
也就是說，圖14-16中所示的每個(gè)氣液分離裝置(40)都包括有各自的氣液分離膜(42)。氣液分離膜(42)由疏水硅橡膠(其氫浸透性比水要好)，多孔滲水非金屬如特氟綸，以及對(duì)氫氣具有選擇性通透性的金屬材料制成。圖14中，安裝在燃料箱(10)中的氣液分離膜(42)按規(guī)定的距離與出氣口(12)內(nèi)孔隔離開來。配有氣孔或氫氣通道的灌輸單元(43)置于出氣口(12)所在的燃料箱(10)內(nèi)表面和氣液分離膜(42)之間，該灌輸單元用以阻止氣液分離膜(42)的運(yùn)動(dòng)以及有效排出氫氣，特別是由于氫氣生成而出現(xiàn)的燃料箱(10)壓力上升或是燃料箱移動(dòng)時(shí)。氣液分離膜(42)也可以是不具有灌輸單元(43)的其它結(jié)構(gòu)形式，以便氣液分離膜(42)可以固定在燃料箱(10)的內(nèi)表面，產(chǎn)生的氫氣也可以被有效的排出。
圖15中，位于燃料箱(10)中的密閉型氣液分離膜(42)具有與燃料箱(10)相同的外觀，只是尺寸要銷微小了些，并與燃料箱(10)的內(nèi)壁隔離開來。同樣，在燃料箱(10)內(nèi)壁與氣液分離膜(42)之間裝有灌輸單元(43)，其可以阻止由于上升的壓力或燃料箱(10)的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致燃料箱(10)內(nèi)壁與氣液分離膜(42)的接觸，并使氫氣得以自由流動(dòng)。圖16中，氣液分離膜(42)形狀為U形，被放置在燃料箱(10)中，使得氣液分離膜(42)的中間位置處于出氣口內(nèi)孔之下。
圖17和18中，氣液分離裝置(40)帶有一個(gè)收集器，該收集器由可漂浮于液體狀的燃料液體(17)液面上的材料制成，用以收集產(chǎn)生的氫氣并將氣體排放到外部。在收集器的一側(cè)突出有一個(gè)收集孔(46)，用以引入燃料箱(10)里的氫氣，還有一根連通收集器另一側(cè)的排放管(48)，位于收集孔(46)和出氣口(12)對(duì)面，用來將收集器(44)收集的氫氣排放到出氣口(12)。
以上所講述的多種氣液分離裝置(40)可根據(jù)氫燃料使用設(shè)備的不同特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)選擇，收集器(44)可以選用重力比水小的任何材料制成。
圖19和20為氫氣保留裝置(50)，用來臨時(shí)性收集產(chǎn)生于催化反應(yīng)器(20)內(nèi)的氫氣，該反應(yīng)器位于燃料箱(10)中裝有燃料液體(17)，以及用來將微小泡沫狀的體積較小的氫氣泡轉(zhuǎn)化成體積較大的氫氣泡。氫氣保留裝置(50)具有多種結(jié)構(gòu)，可用來直接切斷與催化反應(yīng)器(20)的接觸，從而使得處于微小泡沫狀的氫氣泡可以暫時(shí)積聚起來，然后再排放到外部。
當(dāng)灌注于燃料箱(10)內(nèi)的燃料液體(17)與催化反應(yīng)器(20)中的催化劑接觸而釋放出微小氫氣泡沫時(shí)，氫氣保留裝置(50)就會(huì)收集所產(chǎn)生的微小氫氣泡沫并將其轉(zhuǎn)化為體積較大的氫氣泡，然后讓這些氫氣穿過氣液分離膜(42)。如果微小氫氣泡沫狀的體積較小的氫氣泡直接到達(dá)氣液分離膜，這些處于微小氫氣泡沫狀的體積較小的氫氣泡就會(huì)阻塞氣液微小孔，從而不能有效地排出氫氣。
而氫氣保留裝置(50)可以防止發(fā)生以上問題。
特別一提的是，本發(fā)明氫氣發(fā)生器可用于以氫燃料電池為能量的固定、移動(dòng)或便攜設(shè)備。即使燃料箱(10)被置于設(shè)備的任一位置，但產(chǎn)生于燃料箱(10)中的氫氣必須得以有效排出。因此，氣液分離膜(42)可安裝在燃料箱(10)內(nèi)部的任何部位，左、右、上或下部位都可以。在圖19和20所示的本發(fā)明實(shí)例中，氣液分離裝置(42)就分別安裝在燃料箱(10)的上部和下部，連接管(54)連通上下氣液分離裝置(42)之間的空間。盡管燃料箱(10)可位于任何部位，但被氣液分離膜(42)隔開的空間卻可以通過連接管(54)得以聯(lián)通，因此產(chǎn)生于燃料箱(10)中的氫氣氣泡可以在兩個(gè)空間內(nèi)相通，因而可以有效地將氫氣泡通過出氣口(12)排放出去。氫氣保留裝置(50)與燃料箱(10)形成于一體，或者催化反應(yīng)器(20)與氫氣保留裝置(50)形成于一體。
圖21和22分別為實(shí)例說明，其中碰撞單元(52)被置于燃料箱(10)的燃料液體(17)和氣液分離膜(42)之間。也就是說，碰撞單元(52)可用來阻止微小氫氣泡沫與氣液分離膜(42)的直接接觸，這種氫氣泡沫產(chǎn)生于燃料箱(10)中并含有水分。當(dāng)氫氣上升并與碰撞單元(52)碰撞時(shí)，由于燃料液體(17)的緣故使含有氫氣的水分從氫氣氣體中脫離出來。因此，只有獲得的是純凈的氫氣才能通過氣液分離膜(42)。與上文所述關(guān)于氫氣保留裝置(50)方式一樣，根據(jù)燃料箱(10)安裝方式的不同或所運(yùn)用對(duì)象的不同，碰撞單元(52)具有多種結(jié)構(gòu)形式。
圖23-28為根據(jù)本發(fā)明第二，第三和第四實(shí)例中氫氣發(fā)生器的示意圖。在本發(fā)明的這些實(shí)例中，氫氣發(fā)生器為外安裝式燃料箱，里面的催化反應(yīng)器(20)可分開放置于燃料箱(10)的外表面。
也就是說，配備有彈性裝置(24)和安置于催化反應(yīng)器內(nèi)的催化劑固定單元(22)的催化反應(yīng)器(20)被插入到燃料箱(10)外表面的安裝槽(60)內(nèi)。
更具體來說，在所示圖23和24的實(shí)例中，從催化反應(yīng)器(20)的一端突出來一個(gè)制止器(62a)，并還有一個(gè)用以固定制止器(60a)的制止器夾具(60b)出現(xiàn)于安裝槽(60)的內(nèi)部前端。與燃料箱(10)相通的通透孔(62)形成于安裝槽(60)內(nèi)圍的指定位置，彈性裝置(24)位于通透孔(62)內(nèi)部的安裝槽(60)底部。用于密封通透孔(62)的通透孔密封單元(26)與彈性裝置(24)結(jié)合在一起；與燃料箱(10)內(nèi)部相通的用于引入燃料箱(10)中液體的氫氣生成調(diào)節(jié)孔(64)形成于整個(gè)安裝槽(60)的底部，而氣液分離膜(42)則安裝在燃料箱(10)中氫氣生成調(diào)節(jié)孔(64)的前部。
如圖23所示，在將催化反應(yīng)器(20)插入燃料箱(10)的安裝槽(60)之前，位于安裝槽(60)內(nèi)的通透孔密封單元(26)將通透孔密閉。然后如圖24所示，當(dāng)把催化反應(yīng)器(20)插入到燃料箱(10)的安裝槽(60)內(nèi)時(shí)，通透孔密封單元(26)將會(huì)壓迫彈性裝置(24)以使通透孔(62)暴露于催化反應(yīng)器(20)的外圍，當(dāng)催化反應(yīng)器(20)完全被插入燃料箱(10)的安裝槽(60)后，通透孔(62)就會(huì)與裝在催化反應(yīng)器(20)上的催化劑(21)相接觸而產(chǎn)生氫氣。
當(dāng)燃料箱(10)的內(nèi)部壓力因產(chǎn)生的氫氣而上升并超過規(guī)定水平時(shí)(如果氫氣未被使用的話)，積聚在燃料箱(10)內(nèi)的一部分氫氣就會(huì)通過形成于安裝槽(60)底部的氫氣生成調(diào)節(jié)孔(64)而進(jìn)入到安裝槽(60)內(nèi)，那么安裝槽(60)內(nèi)的壓力就會(huì)上升。接著，通透孔密封單元(26)會(huì)推動(dòng)催化反應(yīng)器(20)的催化劑固定單元(22)，并從彈性裝置(24)釋放力量。由于彈性裝置(24)被拉伸，催化劑(21)和燃料液體(17)之間的接觸面積就逐漸減小，而通透孔(62)則被通透孔密封單元(26)完全密封，從而阻止氫氣的生成。當(dāng)外部系統(tǒng)運(yùn)用所生成的氫氣時(shí)，燃料箱中的氫氣壓力就會(huì)下降，安裝槽(60)內(nèi)的液體就會(huì)流向燃料箱(10)。接著，位于催化反應(yīng)器(20)上的彈性裝置(24)收縮，催化劑固定單元(22)推動(dòng)通透孔密封單元(26)，從而使得催化劑21與燃料液體(17)相接觸。通過運(yùn)用以上所述操作達(dá)到自動(dòng)生產(chǎn)氫氣及中斷氫氣的生成，本發(fā)明氫氣發(fā)生器(H)生成并提供氫燃料電池等產(chǎn)品所需要的氫氣。氫氣生成調(diào)節(jié)孔(64)可位于任何部位，可以使得由于燃料箱(10)內(nèi)部壓力上升而將燃料箱(10)的液體引入到安裝槽內(nèi)，從而推動(dòng)通透孔密封單元(26)或催化反應(yīng)器(20)的催化劑固定單元(22)運(yùn)動(dòng)。
在圖25和26所示的第三個(gè)實(shí)例中，具有密封空間的催化劑暴露調(diào)節(jié)部分(66)從上文述及的催化反應(yīng)器(20)末端即催化劑固定單元(22)外表面延展開來。氫氣生成調(diào)節(jié)孔(64’)透過催化劑暴露調(diào)節(jié)部分(66)的指定位形成，當(dāng)催化反應(yīng)器(20)被插入到安裝槽(60)內(nèi)并根據(jù)燃料箱(10)內(nèi)部壓力的升降情況來移動(dòng)催化劑固定單元(22)以調(diào)節(jié)氫氣生成時(shí)，該孔正好就是氫氣生成調(diào)節(jié)孔(64)。
第三個(gè)實(shí)例氫氣發(fā)生器(H)和第二實(shí)例的氫氣發(fā)生器(H)相同，原因在于氫氣的生成和中斷是通過燃料箱(10)內(nèi)部壓力的升降而實(shí)現(xiàn)的。然而，在第三個(gè)實(shí)例中，當(dāng)燃料箱(10)的內(nèi)部壓力上升時(shí)，處于高壓位的液體就會(huì)進(jìn)入位于催化反應(yīng)器(20)內(nèi)部前端的催化劑暴露調(diào)節(jié)部分(66)，并推動(dòng)催化反應(yīng)器(20)的催化劑固定單元(22)。另一方面，當(dāng)燃料箱(10)的內(nèi)部壓力下降時(shí)，已經(jīng)進(jìn)入催化劑暴露調(diào)節(jié)部分(66)的液體會(huì)被排出，并通過位于催化反應(yīng)器(20)中彈性裝置(24)推動(dòng)催化劑固定單元(22)，以便催化劑(21)可與燃料液體(17)接觸，從而生成氫氣。
在圖27和28所示的第四個(gè)實(shí)例中，彈性裝置沒有裝在與安裝槽(60)結(jié)合在一起的催化反應(yīng)器(20)內(nèi)，而且催化劑固定單元(22)也僅僅是配備在催化劑固定單元(22)主體(29)的前端之上。作為固定裝置的制止器(61a)通過安置在安裝孔(65)內(nèi)的彈簧(67)從主體(29)外表面彈入彈出，該安裝孔形成于主體(29)的中間區(qū)域；當(dāng)催化反應(yīng)器(20)插入安裝槽(60)后，用來固定制止器(61a)以防止催化反應(yīng)器(20)從安裝槽(60)脫離出來的制止器夾具(61b)。
如圖28所示，當(dāng)催化發(fā)生器(20)被強(qiáng)行插入安裝槽(60)時(shí)，位于催化發(fā)生器(20)外圍的制止器(61a)就會(huì)被制止器夾具所捕獲，從而便將催化反應(yīng)器(20)固定在安裝槽(60)內(nèi)。
如上文所描述的一樣，與燃料箱(10)結(jié)合在一起的催化反應(yīng)器(20)中的催化劑(21)與裝在燃料箱(10)中的燃料液體(17)相接觸而產(chǎn)生氫氣。當(dāng)燃料箱(10)的內(nèi)部壓力上升超出規(guī)定值時(shí)，處于燃料箱(10)上升壓力位的液體就會(huì)通過位于安裝槽(60)底部的氫氣生成孔(64)引入到安裝槽(60)內(nèi)，并推動(dòng)通透孔密封單元(26)運(yùn)動(dòng)。接著，通透孔密封單元(26)施加壓力作用于與通透孔密封單元(26)相接觸的催化反應(yīng)器(20)，然后通過按壓安裝孔(65)內(nèi)的彈簧(67)將位于催化反應(yīng)器(20)外圍的制止器(61a)彈入到孔(65)內(nèi)，然后與制止器夾具(61b)脫離開來。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)例，氫氣發(fā)生器(H)是通過強(qiáng)行將催化反應(yīng)器(20)插入安裝槽(60)來生成氫氣。
如圖29所示，本發(fā)明氫氣發(fā)生器(H)可用于手機(jī)電話(P)氫燃料電池上。
如上文所述，本發(fā)明氫氣發(fā)生器(H)可根據(jù)所產(chǎn)生氫氣壓力的大小積極自行調(diào)節(jié)氫氣的生成和中止氫氣的生成而無需借助外力，因此結(jié)構(gòu)簡單并能減少生產(chǎn)成本。而且，本發(fā)明氫氣發(fā)生器(H)已減小了體積和質(zhì)量，因而大大提高了按每個(gè)燃料電池容積和質(zhì)量計(jì)算的能量密度，可作為名種設(shè)備的能源。
當(dāng)來自于燃料液體(17)的所有氫氣耗盡時(shí)，與傳統(tǒng)燃料電池一樣，本發(fā)明氫氣發(fā)生器(H)會(huì)從位于燃料箱(10)上的孔(14)排出廢棄的燃料液體(17)，并重新灌注新的燃料液體(17)。如果氫氣發(fā)生器(H)通過位于燃料箱排放口(12)上的快速連接器(15)與燃料電池結(jié)合，快速連接器(15)將被打開并為燃料電池提供氫氣；如果氫氣發(fā)生器(H)與燃料電池相分離，則快速連接器將被關(guān)閉以防止氫氣被排放到外部，則燃料箱(10)的壓力會(huì)有輕微上升，催化劑(21)和燃料液體(17)之間的反應(yīng)被阻止，從而可在指定壓力范圍內(nèi)穩(wěn)定地儲(chǔ)存氫氣。
通過對(duì)催化劑固定單元(22)的眾多實(shí)例的說明，氫氣發(fā)生器(H)可以最大程度地增加催化劑(21)和燃料液體(17)之間的接觸面積，從而產(chǎn)生大量的氫氣并擴(kuò)大氫燃料電池的運(yùn)用范圍。而且，氫氣發(fā)生器(H)包含有結(jié)構(gòu)多樣的氫氣保留裝置(50)以及位于燃料液體(17)和氣液分離膜(42)之間的結(jié)構(gòu)多樣的碰撞單元(52)，因此產(chǎn)生于燃料箱(10)內(nèi)的氫氣能被有效地輸出到外部，從而提高了氫燃料電池的性能。如果在燃料箱(10)中再另外安裝幾個(gè)氣液分離膜(42)，那么氫氣就可通過聯(lián)接管(54)順暢地循環(huán)了。
因此，基于所運(yùn)用產(chǎn)品的不同，燃料箱(10)多樣結(jié)構(gòu)適用于氫燃料電池，并能擴(kuò)大氫燃料電池的運(yùn)用范圍，從而更有效地利用能源。
從以上說明可以明顯地看出，本發(fā)明提供的是一種自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其具有小型化的特點(diǎn)，可降低生產(chǎn)成本，減少體積及質(zhì)量，從而提高單位體積和質(zhì)量的能量密度，并可運(yùn)用于以氫氣為燃料的移動(dòng)或便攜式設(shè)備以及以氫氣為燃料的大型氫燃料電池設(shè)備。自調(diào)式氫氣發(fā)生器也相應(yīng)地刺激了將氫氣作為清潔替代能源的運(yùn)用，使得氫氣成為日漸枯竭的化石燃料的替代能源，從而防止了環(huán)境污染，為我們提供一個(gè)潔凈的環(huán)境。
出于說明之目的，盡管此文已披露了一些關(guān)于本發(fā)明的較佳實(shí)例，但對(duì)此項(xiàng)技術(shù)熟練的人依然可進(jìn)行各種修改，添加以及替換，但不應(yīng)偏離于本文所附聲明所揭露的有關(guān)本發(fā)明的范圍及意圖。
權(quán)利要求
1.一種用于氫燃料電池的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其包括燃料箱，定義具有額定容積內(nèi)部空間，配備有與內(nèi)部空間通訊的氫氣排放口；燃料液體，含有氫儲(chǔ)存材料，儲(chǔ)存于燃料箱內(nèi)；與燃料液體相接觸而產(chǎn)生氫氣的催化劑，其中催化反應(yīng)器裝有催化劑，配備有可以中斷催化劑與燃料液體接觸以阻止氫氣生成的關(guān)閉部分(如果因催化劑與燃料液體接觸產(chǎn)生氫氣導(dǎo)致燃料箱內(nèi)壓力上升時(shí))，以及與燃料液體接觸而產(chǎn)生氫氣的開口部分(如果因燃料電池利用所生成氫氣而出現(xiàn)燃料箱內(nèi)壓力下降時(shí))；因而氫氣產(chǎn)生器可根據(jù)燃料箱內(nèi)壓力的升降主動(dòng)調(diào)節(jié)氫氣的生成或中止氫氣的生成。
2.如權(quán)利要求1所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，催化反應(yīng)器裝配有額定壓縮力及恢復(fù)力的彈性裝置，該裝置可以根據(jù)氫氣生產(chǎn)時(shí)燃料箱內(nèi)壓力的升降將催化劑向關(guān)閉或開口部分移動(dòng)從而調(diào)節(jié)氫氣的生成。
3.如權(quán)利要求2所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，可在催化反應(yīng)器內(nèi)移動(dòng)的催化劑固定單元是與彈性裝置相連的，該催化劑固定單元配備了與之相連的催化劑。
4.如權(quán)利要求3所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，用來防止當(dāng)催化劑固定單元因燃料箱壓力上升而使催化劑固定單元向關(guān)閉部分移動(dòng)時(shí)燃料液體通過開口部分進(jìn)入催化反應(yīng)器的燃料液體截流單元被安置在催化劑固定單元和催化反應(yīng)器內(nèi)圍的任一位置。
5.如權(quán)利要求3所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，用來防止當(dāng)催化劑固定單元因燃料箱壓力上升而使催化劑固定單元向關(guān)閉部分移動(dòng)時(shí)燃料液體通過開口部分進(jìn)入催化反應(yīng)器的燃料液體截流單元被安置在催化劑固定單元和彈性裝置之間。
6.如權(quán)利要求3所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，燃料箱包含有氣液分離裝置，該裝置可用來將生成的氫氣與處于液體狀的燃料液體分離開來并將生成的氫氣排出。
7.如權(quán)利要求6所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中包括安裝槽位于燃料箱的指定位置，可從外部將催化反應(yīng)器拆散插入該安裝槽內(nèi)，其包括允許催化反應(yīng)器的催化劑與燃料箱液體接觸以產(chǎn)生氫氣的通透孔；位于安裝槽底部的彈性裝置；與彈性裝置結(jié)合的通透孔密封單元當(dāng)催化反應(yīng)器與安裝槽分離時(shí)，當(dāng)燃料箱內(nèi)壓力上升時(shí)，其可用來密封通透孔并推動(dòng)催化反應(yīng)器的催化劑固定單元移動(dòng)，該反應(yīng)器與催化劑固定單元相連接；形成于安裝槽底部的氫氣生成調(diào)節(jié)孔通過通透孔密封單元定義一個(gè)密閉空間，可允許燃料箱內(nèi)生成的氫氣進(jìn)入并離開安裝槽。
8.如權(quán)利要求7所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，配備有氫氣生成調(diào)節(jié)孔的氣液分離膜被安置在燃料箱內(nèi)部，用來將催化反應(yīng)器固定在燃料箱的固定裝置則被置于催化反應(yīng)器的一端及安裝槽入口處。
9.如權(quán)利要求8所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，包括有催化劑暴露調(diào)節(jié)部分以及一個(gè)形成于催化劑暴露調(diào)節(jié)部分指定位置的氫氣生成調(diào)節(jié)孔。用于定義密封空間的催化劑暴露調(diào)節(jié)部分在催化劑固定單元的外表面從催化反應(yīng)器的一端延展開來；當(dāng)催化反應(yīng)器插入到安裝槽，并根據(jù)燃料箱內(nèi)壓力的升降移動(dòng)催化劑固定單元的調(diào)結(jié)氫氣的生成時(shí)，該調(diào)節(jié)孔與氫氣生成孔為同一個(gè)孔。
10.如權(quán)利要求6或7或8或9所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，氣液分離裝置是一種具有多種形狀的被牢固安裝在燃料箱內(nèi)部的氣液分離膜，因此氫氣可輕易地從介于出氣口內(nèi)孔和燃料液體之間的指定空間通過出氣口排出。
11.如權(quán)利要求10所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，帶有氣孔的灌輸單元被安置于燃料箱內(nèi)表面和氣液分離膜之間，當(dāng)生成氫氣引起或移動(dòng)燃料箱引起燃料箱壓力升高時(shí)，可用來阻止氣液分離膜的運(yùn)動(dòng)并能有效排出氫氣。
12.如權(quán)利要求11所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，氣液分離膜是完全密封的，包含有催化反應(yīng)器和燃料液體，并以指定間隔將反應(yīng)器的外表面與燃料箱內(nèi)壁隔離開來。
13.如權(quán)利要求6或7或8或9所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，氣液分離裝置包括有一個(gè)浮于燃料液面上的收集器，該液體填充到燃料箱的指定液面水平；以及從收集上伸出來的收集孔，該收集孔暴露于燃料液體上表面，可用來將燃料箱中產(chǎn)生的氫氣導(dǎo)入到收集器；與收集器另一側(cè)相連的排放軟管，其位于收集孔對(duì)面，以及用來排出收集器所收集氣體的出口。
14.如權(quán)利要求3或6或7所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，催化劑固定單元包括以下內(nèi)容位于氫氣發(fā)生器兩端的兩翼，可在管子內(nèi)表面滑動(dòng)；以及位于兩翼之間用來固定催化劑的催化劑固定區(qū)。
15.如權(quán)利要求14所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，在催化劑固定區(qū)裝有一個(gè)永久性磁鐵，以便金屬材料制成的催化劑可以僅依靠永久性磁鐵而無需額外處理并可附著在催化劑固定區(qū)。
16.如權(quán)利要求14所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，催化劑固定區(qū)被細(xì)分為多個(gè)小區(qū)，以增加催化劑與燃料液體之間的接觸面積從而產(chǎn)生大量氫氣。
17.如權(quán)利要求10所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，燃料箱包含有氫氣保留裝置，可將燃料液體與催化劑相接觸而生成的處于微小泡沫狀的氫氣轉(zhuǎn)化為體積較大的氫氣氣泡，從而讓這些氫氣泡通過氣液分離裝置。
18.如權(quán)利要求10所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，催化反應(yīng)器內(nèi)部配備有氫氣保留裝置，該保留裝置有很多孔，可將燃料液體與催化劑相接觸而生成的處于微小泡沫狀的氫氣轉(zhuǎn)化為體積較大的氫氣氣泡，從而讓這些氫氣泡通過氣液分離裝置。
19.如權(quán)利要求10所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，在燃料液體與氣液分離膜之間應(yīng)至少裝有一個(gè)碰撞單元，用來防止產(chǎn)生于燃料箱內(nèi)含有水分的微小泡沫狀氫氣直接與氣液分離膜接觸。
20.如權(quán)利要求10所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，燃料箱上有一個(gè)孔，通過該孔可以從燃料箱中排出廢棄的燃料液體或其副產(chǎn)品，也可通過該孔為燃料箱灌注新的燃料液體。
21.如權(quán)利要求10所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，燃料箱上有通風(fēng)孔，以防止燃料箱超壓。
22.如權(quán)利要求14所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，由雷尼鎳制成的催化劑附著在蒸餾水或運(yùn)用了粘合劑的常規(guī)水中的網(wǎng)上或培養(yǎng)基上，而無需運(yùn)用額外的干燥或表面氧化處理便可凝固在水中。該催化劑與催化劑固定區(qū)結(jié)合在一起。
23.如權(quán)利要求2或3或6或7所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，彈性裝置含有一個(gè)壓縮螺旋彈簧。
24.如權(quán)利要求2或3或6或7所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，彈性裝置包含有可壓縮氣體。
25.如權(quán)利要求10所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，如果在裝有燃料液體的燃料箱內(nèi)部的左、右、上、下部分分別安裝多個(gè)氣液分離膜以得到未裝有燃料液體的多個(gè)空間，那么通過一個(gè)連接管就可以聯(lián)通這些位于燃料箱內(nèi)沒有灌注燃料液體的被隔開的空間。
26.如權(quán)利要求1或3所述的自調(diào)式氫氣發(fā)生器，其特征為在該自調(diào)式氫氣發(fā)生器中，用于產(chǎn)熱的熱媒應(yīng)至少應(yīng)安裝在燃料箱，催化反應(yīng)器和催化劑固定單元這三個(gè)設(shè)備中的任何一個(gè)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于氫燃料電池的自調(diào)式氫氣發(fā)生器。該設(shè)備包括以下組成一個(gè)具有額定容積的可定義內(nèi)部空間的燃料箱，該燃料箱配備有與內(nèi)部空間相通的氫氣排放口；含有氫儲(chǔ)存材料并儲(chǔ)存于燃料箱內(nèi)的催化劑，其中催化劑填充于催化反應(yīng)器內(nèi)，該反應(yīng)器配備有關(guān)閉部分，可用來阻斷催化劑與燃料液體之間的接觸，以及與燃料液體相接觸的開口部分，因此可根據(jù)燃料箱內(nèi)壓力的升降來主動(dòng)調(diào)整是否生成氫氣或中止氫氣生成。
文檔編號(hào)C01B3/16GK1774390SQ200480008485
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者車承植, 樸程建 申請(qǐng)人:太坤股份有限公司