專利名稱：氫氣生成系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用硼氫化物化合物的燃料溶液生成氬氣。更具體地 講，本發(fā)明涉及一種燃料筒和氫氣生成裝置，所述裝置具有用于儲存燃料溶液、氫氣的體積交換結(jié)構(gòu)和氳氣分離區(qū)。
背景技術(shù)：
氫氣是為燃料電池選擇使用的燃料；然而其廣泛使用由于儲存 氣體方面的困難而復(fù)雜化。很多氫載體，包括烴、金屬氫化物和化 學(xué)氫化物，被認作為氫儲存和供應(yīng)系統(tǒng)。在各種情況下，為了從其載體釋放氫氣，需要開發(fā)特定的系統(tǒng)，可通過重整(如在烴的情況下)、自金屬氫化物解吸或化學(xué)氫化物的催化水解作用。
氫儲存和生成所用的一種更有希望的系統(tǒng)利用硼氫化物化合物作為氫儲存媒介。硼氫化鈉(NaBH4)特別有利，因為其能夠溶于堿性 水溶液且基本上不發(fā)生反應(yīng)；在這種情況下，將硼氫化鈉的穩(wěn)定化堿性溶液稱為燃料。此外，含水硼氫化物燃料溶液不可揮發(fā)，并且不會燃燒。這些顯著特點使處理和運輸在體積意義上和在氫氣生成 器自身內(nèi)兩方面都很容易。
為了自含水硼氫化鈉燃料溶液制備氫氣，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了多種 氫氣生成系統(tǒng)。此類生成器通常需要多個室來儲存燃料、硼酸鹽產(chǎn) 物和催化劑或其它反應(yīng)劑，以促進硼氫化物水解。氬氣生成系統(tǒng)也 可結(jié)合其他部件，如氫氣壓載艙、熱交換器、冷凝器和氣-液分離器。
開發(fā)燃料電池作為電池替代取決于找到 一種方便安全的氫源。 小型應(yīng)用的燃料電池動力系統(tǒng)需要體積小，重量輕，具有高重量氬 儲存密度，并且優(yōu)選地可以任何方向操作。此外，它應(yīng)易于4吏系統(tǒng) 的氫氣流速和壓力的控制與燃料電池的操作需求相匹配。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及用催化劑或反應(yīng)劑和硼氫化物化合物產(chǎn)生氫氣的裝 置和方法。
本發(fā)明的一個實施方案提供了一種具有外殼的氫氣生成器，其 具有燃料儲存室、氫氣儲存室和氫氣分離室，其中氫氣分離室和燃 料儲存室均包括至少一個可透氣薄膜以將氫氣傳送出各自的室。本 發(fā)明的另 一個優(yōu)選的實施方案利用 一種體積交換結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具 有包圍在氫氣儲存室和氫氣分離室二者之內(nèi)的燃料儲存室，其中氫 氣分離室和燃料儲存室均具有至少一個位于其中的可透氣薄膜。
另一個實施方案提供一種能夠生成氫氣的氫氣生成器，所述氫
氣生成器包括燃料儲存室；氫氣儲存區(qū)；和用于自燃料儲存室移除 燃料的泵；其中燃料儲存室包括燃料出口 ，其用于移除燃料；至少 一個可透氣的薄膜，用于允許由燃料產(chǎn)生的氫氣通過可透氣的薄膜 達到氫氣儲存區(qū)；和氫氣出口，用于允許氫氣自氫氣儲存區(qū)通到系 統(tǒng)夕卜面。
在另一個實施方案中，本發(fā)明提供了一種氫氣生成器，其包括 氫氣分離室；氫氣儲存室；至少部分被包圍在氫氣儲存室內(nèi)的燃料 儲存室；第一導(dǎo)管，所述導(dǎo)管用于將燃料溶液自燃料儲存室輸送到 反應(yīng)室以促進燃料溶液反應(yīng)生成氫氣和產(chǎn)物；笫二導(dǎo)管，所述導(dǎo)管用于將氫氣和產(chǎn)物自反應(yīng)室輸送到氫氣分離室；氬氣出口，所述出口用于將氫氣自氫氣分離室排出；和至少一個可透氣薄膜，所述薄 膜與各個燃料儲存室和氬氣分離室接觸以允許氫氣通過可透氣薄膜，同時實質(zhì)上防止固體物質(zhì)和液體物質(zhì)通過可透氣薄膜。
本發(fā)明進一步提供生成氫氣的方法，所述方法包括提供燃料儲 存室、燃料溶液、氳氣儲存室和氫氣分離室。燃津十室至少部分^f立于 氫氣儲存室內(nèi)，而氫氣儲存室至少部分位于氫氣分離室內(nèi)。提供與 燃料溶液儲存室接觸的至少 一個第 一可透氣薄膜和與氫氣分離室接 觸的至少一個第二可透氣薄膜，以允許氫氣通過第一和第二可透氣 薄膜。將燃料溶液自燃料溶液儲存室輸送到反應(yīng)室，以產(chǎn)生氫氣和 產(chǎn)物。將產(chǎn)物和氫氣自反應(yīng)室輸送到氫氣分離室。在所述優(yōu)選方法 的操作期間，將氫氣儲存室保持在比燃料溶液室更低的壓力。
附圖簡述
參考附圖并結(jié)合以下詳述，可完全地理解本發(fā)明，其中


圖1A和圖1B為根據(jù)本發(fā)明的氫氣生成系統(tǒng)的燃料容器的示意圖2為根據(jù)本發(fā)明的氫氣生成系統(tǒng)的燃料容器的一種可供選擇 的結(jié)構(gòu)的示意圖3A和圖3B為根據(jù)本發(fā)明的氫氣生成系統(tǒng)的燃料筒的布置示意圖4A和圖4B為一種氫氣生成系統(tǒng)的燃料筒的一種可供選擇的 布置示意圖；和
圖5為根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選氫氣生成系統(tǒng)的布置示意圖。
發(fā)明詳述
美國專利申請序號10/359,104,標題為"hydrogen Gas Generation System",其全文通過引用結(jié)合到本文中，描述了一種包括外殼的氫
氣生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一種體積交換結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有包括第一 栗性袋的燃料儲存室和包括第二栗性袋的氬氣分離室，其中任一個 或兩個柔性袋可具有位于其中的可透氣薄膜。
此類系統(tǒng)主要通過被動壓力系統(tǒng)計量氬氣生成燃料的流量，其 中自彈簧等所施加機械壓力或所施加的氣體壓力迫使燃料通過閥進入反應(yīng)室。氫氣生成的控制由壓力調(diào)節(jié)來給予。液體生成氬氣的燃料在低于約4(TC的溫度是穩(wěn)定的(即，觀察到很少乃至沒有氫氣生 成)，但氳可能隨溫度增加而放出。在此系統(tǒng)中，可迫使在燃料儲存 室中從燃料溶液自發(fā)產(chǎn)生的氳氣通過燃料儲存室中的薄膜，并由用 于推進燃料通過控制閥以達到反應(yīng)室的相同壓差迫使其進入外殼的 主體。
雖然被動系統(tǒng)可用，但包括能夠變化控制燃料輸送的泵常常合 乎需要。泵在體積和重量上經(jīng)常小于彈簧機械裝置，并且泵有能力 使燃料流反向，從而自反應(yīng)室主動地抽取燃料。然而，如果將泵合 并到同 一 系統(tǒng)以將燃料輸送到反應(yīng)室，將不能利用壓力差從燃料溶 液和燃料儲存室移出氫氣。在燃料溶液中存在氣泡不合乎需要；例 如，氣泡可導(dǎo)致泵發(fā)生渦凹現(xiàn)象。此外，燃料溶液中存留的氫氣潛 在地不能傳送到氫氣裝置或由燃料電池轉(zhuǎn)化成電力。
在本發(fā)明的一個方面，為了自生成氫的燃料溶液和燃料儲存室 移出氫氣，用一種系統(tǒng)和方法在泵送系統(tǒng)中產(chǎn)生壓差。
在本發(fā)明的這些和以下方面中所用的生成氫的燃料優(yōu)選為液體 或能夠配制成可流動燃料的硼氫化物化合物。很多硼氬化物化合物 為水溶性，并且可將含水可流動的燃料溶液制備成含水混合物，該 含水混合物可包含穩(wěn)定劑組分，如具有通式M(OH)n的金屬氫氧化 物，其中M為陽離子，陽離子選自堿金屬陽離子，如鈉、鉀或鋰； 堿土金屬陽離子，如鈣；鋁陽離子；和銨陽離子，并且n等于陽離 子的電荷數(shù)。也可以將非水可流動燃料在非水溶劑中制備成分散液 或乳液，例如在礦物油中制備成分散液，或在例如甲苯、甘醇二曱醚或乙腈中制備成溶液。
本發(fā)明所用的硼氯化物包括硼烷、多面體硼烷、硼氫化物或多
面體;屑:烷的陰離子，如片示題為"Fuel Blends for Hydrogen Generators" 的同時待審美國專利申請序號10/741，199所提供的那些硼氫化物， 此專利的內(nèi)容全部通過引用結(jié)合到本文中。適合的硼氫化物包括但 不限于中性硼烷化合物，如癸硼烷(14)(B!。H,4);通式NH^Hy和 NH^Hy的氨硼烷化合物，其中x和y獨立為1至4,并且不必相 同，R為曱基或乙基；borazane(NH3BH3);氫硼酸鹽M(BH4)n、八氬 三硼酸鹽M(B3H8)n、十氫十硼酸鹽M2(B1QH1Q)n、十三氫十硼酸鹽 M(B,。H13)n、十二氫十二硼酸鹽M2(B12H12)n和十八氬二十硼酸鹽 M2(B2。H18)n,其中M為選自堿金屬陽離子、堿土金屬陽離子、鋁陽 離子、鋅陽離子和銨陽離子的陽離子，n等于陽離子的電荷數(shù)。M優(yōu) 選為鈉、鉀、鋰或鈣。硼氳化物燃津十可被制備成含水混合物，并且 可包含穩(wěn)定劑組分，如具有通式M(OH)n的金屬氫氧化物，其中M 為陽離子，所述陽離子選自堿金屬陽離子，如鈉、鉀或鋰；堿土金 屬陽離子，如鍋；鋁陽離子；和銨陽離子，并且n等于陽離子的電 荷數(shù)。
生成氫的燃料優(yōu)選為穩(wěn)定化的金屬硼氫化物溶液，如標題為"A System for Hydrogen Generation"的美國專利6,534,033所述，其內(nèi)容 全部通過引用結(jié)合到本文中，用此溶液如反應(yīng)式1所示制備氫氣， 其中MBH4和MB(OH),分別表示堿金屬硼氬化物和堿金屬偏硼酸鹽
MBH4 + 4H20 — MB(OH)4 + 4H2+熱量 式1
參考圖1A,氫氣生成系統(tǒng)的燃料容器100包括外殼102,所述 外殼可為適合構(gòu)成本發(fā)明燃料筒的任何適用材料。此類材料包括但 不限于金屬和塑料。在外殼內(nèi)，燃料儲存室104與氫氣儲存室106 由可移動或柔性隔片108分隔，其中隔片包括至少一個可透氣薄膜110。適用的可透氣薄膜的實例包括透過氫比透過液體(如水)更容易 的材料，如硅橡膠、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、含氟聚合物或任何 氫氣可透過的金屬薄膜(如鈀-金合金)。適合的可透氣薄膜可為^t孔 性和疏水性和/或疏油性。隔片的柔性或可移動性質(zhì)適應(yīng)體積膨脹和 減小，并因此適應(yīng)兩個儲存區(qū)內(nèi)的壓力變化。本文所用術(shù)語"室" 和"區(qū)"可互換使用。
氫氣儲存室保持在低于燃料儲存室的壓力，以便在兩個室之間 保持壓差。此壓差可通過將系統(tǒng)內(nèi)的各區(qū)保持在不同壓力來達到。 由例如按壓彈性壁或由彈簧板加力可使燃料儲器處于壓力下。通過燃料儲存室中的較高壓力，可迫使由燃料儲存室104內(nèi)容納的燃料溶液所產(chǎn)生的氫氣通過可透氣薄膜進入氬氣儲存室?？赏ㄟ^自氫氣 儲存室移除氫氣保持兩個室之間的壓差，例如通過卸壓閥以低于燃 料儲存室中壓力的預(yù)定壓力排放，或由氫裝置消耗氫氣，或通過氫氣出口 112自室106移除氫氣。例如，在將燃料電池連接到燃料容 器的氫氣儲存室時，可通過操作燃料電池產(chǎn)生低壓區(qū)域，從而幫助 保證壓差。此安排允許室106排放到較低壓力，以產(chǎn)生有效從燃料溶液移除氫氣所需的壓差。
可通過氫氣出口 112直接使氫氣儲存室對大氣排放，氫氣出口 112可包括止回閥以防止空氣回流。為了捕獲傳送到氫裝置(如動力 模塊)的脫出氫氣，可優(yōu)選地將氫氣出口 112連接到壓降下游的氫氣 輸出線120。此連接的一個示例性實例顯示于圖1B中，其中氫氣出 口 112連接到調(diào)節(jié)器124下游的氫氣管線120，氫氣管線接收來自反 應(yīng)室116中氫生成燃料反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣。調(diào)節(jié)器124可由給予管線120 中壓降的孔口或其它限流器替換。對于系統(tǒng)長期不活動的情況，可 在系統(tǒng)中引入一個或多個排放到較低壓力如大氣壓的卸壓閥來移除 所積累的氫氣。
如圖1B所示，燃料調(diào)節(jié)控制器122，如燃料泵，將燃料溶液自 燃料儲存室104通過燃料導(dǎo)管114輸送到反應(yīng)室II6,反應(yīng)室116包 含催化劑以促使燃料溶液反應(yīng)生成氫氣，對于硼氫化物如反應(yīng)式1 所示。將包含硼產(chǎn)物和氫氣的產(chǎn)物流輸送到氫氣分離室118，以侵_使 氣體與產(chǎn)物流的液體和固體成分分離，并傳送該氣體。氣體可被輸
送以供動力模塊使用，動力模塊包括用于轉(zhuǎn)化成能量的燃料電池或 氬燃燒引擎，或者任何其它氬裝置，包括氣球或氫儲存裝置如氫瓶
或金屬氫化物?？稍谑襩l8或在導(dǎo)管線120中包括至少一個卸壓閥
來排放氫氣。
本實施方案中所用的反應(yīng)室優(yōu)選包含反應(yīng)劑，如負載于底物上
的金屬催化劑。例如，標題為"System for Hydrogen Generation"的美 國專利6,534,033教授了此類負載催化劑的制備。或者，可在反應(yīng)室 中存在已知促進硼氫化物化合物反應(yīng)的其它適合催化劑或反應(yīng)劑， 如未負載的金屬、酸或熱量。為了制備氫氣，可將這些催化劑和反 應(yīng)劑組合在一起使用；例如，加熱可與負載的金屬催化劑系統(tǒng)一起 使用。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的燃料容器的另一種結(jié)構(gòu)，其中與圖1所 示相同的部件具有相同的編號。在此結(jié)構(gòu)中，燃料儲存室104為一 種柔性不透液體的材料，例如但不限于尼龍；聚氨酯；聚氯乙烯 (PVC);聚乙烯聚合物，包括如低密度聚乙烯(LDPE)、線形低密度聚 乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物 (EVA);天然橡膠；合成橡膠；金屬箔或其它材料，并且包含至少一 個可透氣薄膜。可透氣薄膜優(yōu)選地實質(zhì)上不透過液體和固體，并且 實質(zhì)上防止固體和液體物質(zhì)通過可透氣薄膜，同時允許氣體流動。 在本文中，"實質(zhì)上"是指相對于固體和/或液體優(yōu)先允許氣體通過， 或者在優(yōu)選情況中只允許氣體通過。柔性燃料儲存室104被容納在 圖2中所示的外殼內(nèi)；由外殼和燃料室限界并且介于二者之間的區(qū) 域構(gòu)成氬氣儲存室106。燃料室的柔性壁適應(yīng)兩個儲存區(qū)的壓力變 化。
在本發(fā)明的氫生成系統(tǒng)中，可優(yōu)選地將氫氣分離室和燃料儲存室設(shè)計在一個外殼內(nèi)，這樣會提供多種優(yōu)點，例如最大程度地減小總系統(tǒng)體積。參考圖3A和圖3B,其中與先前圖中所示相同的部件 具有相同編號，氫氣生成系統(tǒng)300包括外殼102，所述外殼102包含 被包圍在柔性氬儲存室106內(nèi)的柔性燃料儲存室104和氫氣分離室 302。氫氣分離室302可以是如圖3A所示的外殼的內(nèi)部，或者可以 是如圖3B所示的單獨柔性室。 一個或多個不同的室可包含柔性不透 液體的材料，例如尼龍；聚氨酯；聚氯乙烯；聚乙烯聚合物，包括 例如低密度聚乙烯(LDPE)、線形低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙 烯(HDPE)和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA);天然橡膠；合成橡膠； 金屬箔或其它材料，或者可包含非柔性或剛性材料(如金屬或塑料)， 該材料套疊地包含一個或多個可移動隔片以提供體積交換結(jié)構(gòu)。燃 料儲存室104包含至少一個可透氣薄膜。
氬氣生成反應(yīng)致使氫氣和硼產(chǎn)物生成，二者經(jīng)導(dǎo)管304傳輸?shù)?氫氣分離室302。例如，在適于硼氫化物化合物的反應(yīng)式1所示的水 解反應(yīng)中，在產(chǎn)物中包括硼酸鹽。
在圖3A所示的結(jié)構(gòu)中，氫氣和產(chǎn)物收集在外殼內(nèi)部，即氫氣分 離室302,并且氬氣被遞送通過在氫氣管線120的入口存在的至少一 個氫氣分離薄膜iio,而產(chǎn)物混合物的任何固體和液體組分保持在氫 氣分離室302內(nèi)。氫氣可被輸送以供動力模塊使用，動力模塊包括 用于轉(zhuǎn)化成能量的燃料電池或氬燃燒引擎或其它氫裝置。
現(xiàn)在參考圖3B，氫氣和硼產(chǎn)物收集在柔性氫氣分離室302中。 氬氣遞送通過在室302的壁存在的氫氣分離薄膜110，而產(chǎn)物混合物 的任何固體和液體組分保持在氫氣分離室302內(nèi)。氫氣收集在外殼 的內(nèi)部，并且可通過氫氣出口 306抽出以供動力模塊使用，動力模 塊包括用于轉(zhuǎn)化成能量的燃料電池或氫燃燒引擎或其它氫裝置。
圖3A和圖3B的氫生成系統(tǒng)優(yōu)選以體積交換方式操作，使得氬 氣儲存袋包圍的充滿燃料儲存室最初占據(jù)大部分外殼的內(nèi)部體積。 在將燃料送到反應(yīng)室時，氫氣和硼反應(yīng)產(chǎn)物(如硼酸鹽化合物)被傳送
到氬氣分離室302。反應(yīng)產(chǎn)物會占據(jù)曾經(jīng)被燃料占據(jù)的體積。在所有燃料消耗完時，氫氣分離室或袋就可占據(jù)大部分內(nèi)部體積。
在圖4A和圖4B所示的另一個實施方案中，氫氣分離室302包 圍燃料儲存室和氫氣儲存室，其中與先前圖中所示相同的部件具有 相同編號。這樣一種系統(tǒng)最大程度地提高體積效率，以體積交換方 式操作，并且可以定向獨立的方式操作。氫氣分離室可完全(如圖4A 所示)或部分(圖4B所示)包圍燃料儲存室和氫氣儲存室。
圖5顯示用本發(fā)明的燃料容器生成氬氣的一種完全系統(tǒng)，其中與先前圖中所示相同的部件具有相同的編號。燃料泵502使燃料自 燃料儲存室104經(jīng)過燃料導(dǎo)管114達到反應(yīng)室504。產(chǎn)物流，包括氫 氣和硼反應(yīng)產(chǎn)物(如硼酸鹽化合物)，被從反應(yīng)室的出口經(jīng)導(dǎo)管304輸 送到氫氣分離室302。氫氣l俞送通過室302的壁中的氫氣分離薄膜110 且收集在外殼的內(nèi)部，并且可將氫氣通過氬氣出口 306抽出以供動 力模塊使用，動力模塊包括用于轉(zhuǎn)化成能量的燃料電池或氬燃燒引 擎或氫裝置?；蛘?，可將氬氣出口 306直接連接到氫氣分離室302, 而氣體管線306的入口中存在的至少一個氫氣分離薄膜110將產(chǎn)物 混合物的任何固體和液體組分保持在氫氣分離室302內(nèi)。
可將氫氣儲存室106中任何積累的氫氣通過連接氫氣導(dǎo)管112 與306的任選調(diào)節(jié)器506提供到所迷裝置或動力模塊，或者可簡單 地將其自系統(tǒng)排出。優(yōu)選地，將氫氣同時自氫氣儲存室106和氫氣 分離室302抽出，即兩個區(qū)域全部同時對氫氣消耗裝置供氣?；蛘撸?可將氫氣可變化地首先自 一個區(qū)域抽出，然后自另一個區(qū)域抽出。
以下實施例進 一 步描述和說明了本發(fā)明的氫氣生成系統(tǒng)的特 點。實施例僅出于說明目的給出，不可將其解釋為對本發(fā)明的限制。
實施例
用2密耳聚氨酯(Stevens Urethane P/N ST-1S"F3)構(gòu)成的一套三 個袋子構(gòu)造成圖4的燃料容器系統(tǒng)。燃料儲存室104和氫氣分離室302
分別包括19.2 cm2的聚四氟乙烯薄膜(Gore, Inc.),這種薄膜能夠允許 氫氣通過，同時能夠阻擋固體和液體。三個袋子被包容在鍍銅的鋁 外殼102內(nèi)，所述外殼氣密性封閉，并且配有氬氣出口和卸壓閥。
內(nèi)袋104裝有20%重量硼氬化鈉和3%重量氬氧化鈉的水溶液(燃 料溶液)。將圍繞內(nèi)部燃料袋的氫氣儲存袋連到大氣壓。將溶液泵送 通過包含氫氣生成催化劑的反應(yīng)室，以制備包含硼酸鹽化合物、水 和氫氣的產(chǎn)物流。將產(chǎn)物流傳送到外面的氫氣分離室302,同時將氮 氣生成系統(tǒng)保持在5至7psig的壓力。
通過允許氣體通過袋302中的薄膜進入鋁外殼內(nèi)部，使氬氣與 液體和固體產(chǎn)物分離。由于氫氣生成反應(yīng)放熱，產(chǎn)物流處于高于燃 料溶液的溫度。在產(chǎn)物流填充袋302時，熱量轉(zhuǎn)移到袋104中的燃 料溶液，而在燃料溶液溫熱時，部分燃料經(jīng)過水解，將氳氣釋放到 內(nèi)袋104中。該氫氣自袋104通過其薄膜達到氫氣儲存袋106,并且 在大氣壓經(jīng)出口 112自箱排出。在反應(yīng)室中利用氬氣生成催化劑通 過反應(yīng)制備的氫氣用氫氣生成系統(tǒng)外部的質(zhì)量流量控制器監(jiān)控。自 800mL燃料溶液，通過連續(xù)操作系統(tǒng)17小時產(chǎn)生425cc/min的氫氣。
盡管已通過公開的具體實施方案描述了本發(fā)明，但應(yīng)當理解， 許多其它實施方案也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，盡管前述附圖和實施方案已顯示反應(yīng)室在外殼外部，但也可在外殼內(nèi)引入反應(yīng)室，在 此情況下，適合燃料和產(chǎn)物管線將不會離開外殼。也可在外殼內(nèi)引 入示例性氫生成系統(tǒng)的其他部件，如調(diào)節(jié)器和燃料泵?？捎萌嵝酝?殼代替外部剛性外殼102,以除去外部容器的重量，并增加系統(tǒng)的能 量密度。機械加壓的元件，如活塞或彈簧，可結(jié)合到一些方面以推 向室104和106之一或二者，從而幫助保持壓差和/或?qū)⑷剂洗蛉敕磻?yīng)器。
權(quán)利要求
1.一種能夠生成氫氣和產(chǎn)物的氫氣生成裝置，所述氫氣生成裝置包括具有第一內(nèi)壓的燃料儲存室；具有第二內(nèi)壓的氫氣儲存區(qū)；適于將燃料自燃料儲存室轉(zhuǎn)移到反應(yīng)室的泵；和用于將第二內(nèi)壓保持在低于第一內(nèi)壓水平的裝置；其中所述燃料儲存室包括至少一個可透氣薄膜，以允許由燃料產(chǎn)生的氫氣通過可透氣薄膜到達氫氣儲存區(qū)。
2. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述燃料儲存室和氫氣儲存區(qū)相互 可移動地以體積交換結(jié)構(gòu)布置。
3. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述燃料儲存室能夠膨脹和收縮。
4. 權(quán)利要求3的裝置，其中所述燃料儲存室包括柔性材^K
5. 權(quán)利要求1的裝置，所述裝置進一步包括外殼，其中所述燃 料儲存室布置在外殼內(nèi)。
6. 權(quán)利要求1的裝置，所述裝置進一步包括氫氣出口，以允許 氫氣從氫氣4諸存區(qū)通到所述區(qū)外面。
7. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述燃料儲存室至少部分布置在氳 氣4潛存區(qū)內(nèi)。
8. 權(quán)利要求1的裝置，所述裝置進一步包括適于自反應(yīng)室接收氬氣和產(chǎn)物的氫氣分離區(qū)。
9. 權(quán)利要求8的裝置，所述裝置進一步包括第一導(dǎo)管，所述導(dǎo)管用于將燃料自燃料儲存室輸送到反應(yīng)室以 促進燃料反應(yīng)生成氫氣和產(chǎn)物；和第二導(dǎo)管，所迷導(dǎo)管用于將氫氣 和產(chǎn)物自反應(yīng)室輸送到氫氣分離室；及用于自氫氣分離室排放氫氣的氫氣出口 。
10. 權(quán)利要求8的裝置，所述裝置進一步包括至少一個與燃料儲存室接觸的可透氣薄膜和至少一個與氫氣分離室接觸的可透氣薄 膜，以允許氫氣通過可透氣薄膜，同時實質(zhì)上防止固體和液體物質(zhì) 通過。
11. 權(quán)利要求8的裝置，其中所述氫氣儲存室至少部分被包圍在 氫氣分離區(qū)內(nèi)。
12. 權(quán)利要求11的裝置，其中所述氮氣儲存區(qū)的內(nèi)壓小于分離 室內(nèi)壓。
13. —種氪氣生成裝置，所述裝置包括 包含氫氣分離區(qū)和氫氣儲存區(qū)的外殼；至少部分被包圍在氫氣儲存區(qū)內(nèi)的燃料儲存室，所述燃料儲存室包含燃料溶液；泵，所述泵適于將燃料溶液自燃料儲存室轉(zhuǎn)移到包含反應(yīng)劑的室，以促進燃料溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和產(chǎn)物；至少一個可透氣裝置，所述可透氣裝置處于各個燃料儲存室和氫氣分離區(qū)中，以允許氫氣通過所述室和區(qū)；并且其中所述燃料儲存室和氫氣儲存區(qū)相互可移動地以體積交換結(jié) 構(gòu)布置。
14. 權(quán)利要求13的裝置，其中所迷燃料儲存室至少部分被包圍在所述氫氣分離室內(nèi)。
15. 權(quán)利要求13的裝置，其中所述外殼為剛性。
16. 權(quán)利要求13的裝置，其中所述外殼為柔性。
17. 權(quán)利要求13的裝置，其中所迷氫氣分離區(qū)、氬氣儲存區(qū)和 燃料儲存室的至少兩個至少部分位于氫氣分離區(qū)、氫氣儲存區(qū)和燃 料儲存室的另一個內(nèi)。
18. 權(quán)利要求13的裝置，其中至少一個可透氣薄膜與燃料儲存 室和氬氣儲存區(qū)接觸，并且至少另一個可透氣薄膜與氬氣分離區(qū)接 觸。
19. 權(quán)利要求18的裝置，其中所述燃料儲存室完全被包圍在氫 氣分離區(qū)內(nèi)。
20. 權(quán)利要求19的裝置，其中所述氫氣儲存區(qū)完全被包圍在氬氣分離區(qū)內(nèi)。
21. 權(quán)利要求13的裝置，其中所述氫氣儲存區(qū)、氫氣分離區(qū)和 燃料儲存室的至少 一個包括柔性材料。
22. 權(quán)利要求13的裝置，其中所述氫氣儲存區(qū)、氫氣分離區(qū)和 燃料4渚存室的至少兩個包括柔性材料。
23. 權(quán)利要求13的裝置，其中所述氫氣分離區(qū)和燃料儲存室包 括柔性材料。
24. 權(quán)利要求13的裝置，其中每個氫氣儲存區(qū)、氫氣分離區(qū)和燃料儲存室以體積交換結(jié)構(gòu)布置。
25. 權(quán)利要求13的裝置，所述裝置進一步包括與氫氣儲存區(qū)連通的氫氣出口。 '
26. —種用于生成氳氣的方法，所述方法包括 提供燃料溶液儲存室；提供燃料溶液；提供氫氣儲存室；提供氫氣分離室；其中所迷燃料室至少部分位于氫氣儲存室內(nèi)；提供與燃料溶液儲存室接觸的至少 一 個第 一 可透氣薄膜和與氫氣分離室接觸的至少一個第二可透氣薄膜，以允許氫氣通過笫一和 笫二可透氣薄膜；將燃料溶液自燃料溶液儲存室泵送到反應(yīng)室，以產(chǎn)生氫氣和產(chǎn)物；并且將產(chǎn)物和氫氣自反應(yīng)室輸送到氫氣分離室，同時產(chǎn)生壓差，以 便使所述氫氣儲存室處于比燃料溶液室更低的壓力。
27. 權(quán)利要求26的方法，所述方法進一步包括將氫氣抽出氫氣儲存室。
28. 權(quán)利要求26的方法，所述方法進一步包括將氫氣抽出氬氣 分離室。
29. 權(quán)利要求26的方法，其中所述燃料^f渚存室、氫氣儲存室和 氫氣分離室被包圍在外殼內(nèi)。
30. 權(quán)利要求26的方法，其中所述燃料儲存室和氫氣分離室以 體積交換結(jié)構(gòu)布置。
31. 權(quán)利要求26的方法，其中所述氫氣分離室至少部分位于氫 氣儲存室內(nèi)。
32. 權(quán)利要求26的方法，其中所述壓差至少部分通過自氬氣儲 存區(qū)釋放氫氣來產(chǎn)生。
33. 權(quán)利要求26的方法，其中所述壓差至少部分通過對燃岸午溶 液儲存室按壓彈性壁或彈簧來產(chǎn)生。
34. 權(quán)利要求33的方法，其中所述壓差至少部分通過自氫氣儲 存區(qū)移除氫氣來產(chǎn)生。
35. 權(quán)利要求26的方法，其中所述壓差至少部分通過對氫氣儲 存區(qū)抽吸真空來產(chǎn)生。
36. 權(quán)利要求26的方法，所述方法進一步包括在燃料溶液^f諸存區(qū)產(chǎn)生氫氣。
37. 權(quán)利要求36的方法，所述方法進一步包括合并來自氫氣儲 存區(qū)的氫氣與來自氫氣分離區(qū)的氫氣。
38. 權(quán)利要求26的方法，其中在將燃料溶液泵送到反應(yīng)宣的同 時始終保持所述壓差。
39. —種用于生成氫氣的方法，所述方法包括 在燃料儲存室中提供燃料溶液；提供氫氣儲存室和氫氣分離室，以便使燃料儲存室至少部分位 于氫氣儲存室內(nèi)，并且氳氣儲存室至少部分位于氪氣分離室內(nèi)； 提供至少一個與燃料儲存室接觸的可透氣薄膜；并且 使至少一部分燃料溶液經(jīng)過熱水解，并且使氫氣自燃料儲存室 釋放通過至少一個可透氣薄膜并且進入氳氣儲存室。
40. 權(quán)利要求39的方法，其中至少一部分燃料溶液經(jīng)過熱水解 包括使熱量自氫氣分離室轉(zhuǎn)移到燃料儲存室。
41. 權(quán)利要求39的方法，所述方法進一步包括使氬氣儲存室處 于比燃料儲存室更低的壓力。
42. 權(quán)利要求39的方法，所述方法進一步包括在燃料儲存室和 氫氣儲存室之間產(chǎn)生壓差，以允許由燃料產(chǎn)生的氫氣通過可透氣薄 膜并進入氫氣儲存室。
43. 權(quán)利要求42的方法，其中所述壓差至少部分通過自氬氣儲 存室移除氫氣來產(chǎn)生。
44. 權(quán)利要求43的方法，其中所述壓差至少部分通過使燃料電 池連接到氫氣儲存室來產(chǎn)生。
45. 權(quán)利要求39的方法，其中所述壓差至少部分通過對燃料儲 存室按壓彈性壁或彈簧來產(chǎn)生。
46. 權(quán)利要求39的方法，其中所迷燃料儲存室、氬氣儲存室和氬氣分離室各自相互以體積交換結(jié)構(gòu)布置。
47. 權(quán)利要求39的方法，其中所迷燃料儲存室和氫氣分離室以體積交換結(jié)構(gòu)布置。
48. 權(quán)利要求39的方法，所述方法進一步包括將燃料溶液泵送 到催化劑室以產(chǎn)生氫氣和產(chǎn)物。
49. 權(quán)利要求48的方法，所述方法進一步包括將氫氣和產(chǎn)物自 催化劑室輸送到氫氣分離室。
50. 權(quán)利要求49的方法，所述方法進一步包括合并來自氫氣儲 存區(qū)的熱水解制備的氫氣與來自氫氣分離室的氫氣。
51. 權(quán)利要求48的方法，其中在將燃料溶液泵送到反應(yīng)室的同 時始終保持所述壓差。
52. —種用于能夠生成氫氣和產(chǎn)物的氫氣生成裝置的燃并牛筒，所 述燃料筒包括 具有笫 一 內(nèi)壓的燃料儲存室；具有第二內(nèi)壓的氫氣儲存區(qū)；用于將第二內(nèi)壓保持在低于第一內(nèi)壓水平的裝置； 其中所述燃料儲存室包括至少 一個可透氣薄膜以允許由燃料產(chǎn) 生的氫氣通過可透氣薄膜到達氫氣儲存區(qū)。
53. 權(quán)利要求52的燃料筒，所述燃料筒進一步包括適于將燃料自燃料儲存室輸送到反應(yīng)室的泵；和
54. 權(quán)利要求52的燃料筒，其中所迷燃料儲存室和氫氣^f諸存區(qū) 相互可移動地以體積交換結(jié)構(gòu)布置。
55. 權(quán)利要求52的燃料筒，其中所述燃料儲存室能夠膨脹和收縮。
56. 權(quán)利要求52的燃料筒，其中所述燃料儲存室包括柔性材料。
57. 權(quán)利要求52的燃料筒，所述燃料筒進一步包括外殼，其中所述燃料儲存室布置在外殼內(nèi)。
58. 權(quán)利要求52的燃料筒，所述燃料筒進一步包括氫氣出口， 以允許氫氣從氫氣儲存區(qū)通到所述區(qū)外面。
59. 權(quán)利要求52的燃料筒，其中所述燃料儲存室至少部分布置在氫氣儲存區(qū)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了燃料容器和氫氣生成系統(tǒng)及方法，包括由隔片分隔的燃料儲存室和氫氣儲存區(qū)，隔片包括可透氣薄膜以將氫氣傳送到氫氣儲存區(qū)?？梢霘錃夥蛛x室和用于儲存燃料溶液和產(chǎn)物的體積交換結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供了多種方法，這些方法用于調(diào)節(jié)燃料溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)室以及氫氣和產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到氫氣分離室，同時保持自燃料儲存室到氫氣儲存區(qū)的正壓差。
文檔編號C01B3/02GK101208261SQ200680009841
公開日2008年6月25日 申請日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者G·貝里, J·斯帕洛恩, K·A·芬尼莫爾, K·W·麥納馬拉, R·M·摩林 申請人:千年電池公司