氢气产生器系统技术方案

一种用于产生氢气的系统，其利用用以存储反应产生氢气的燃料材料的体积交换外壳和氢气分离室。该系统包括一个或多个气体可透过膜，其使得氢气可以通过该膜而阻止水溶液通过该膜。该系统不依赖于取向。使用了节流阀以自动调节产生氢气的反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢气产生器系统                    
本专利技术涉及一种用于从燃料例如氢硼化物使用催化剂产生氢气的系统。更具体而言，本专利技术涉及一种用于产生氢气的系统，该系统具有用于存储燃料溶液和排出产物的体积交换系统和氢过滤系统。                    
技术介绍
氢是一种“洁净燃料”，因为其可以在氢气消耗装置例如燃料电池或者内燃机中与氧气反应产生能量和水。实际上在排气中没有产生其他反应副产物。结果，使用氢作为燃料有效地解决了许多使用基于石油的燃料时伴随的环境问题。因此，安全和有效地存储氢气对于许多可以使用氢气的用途来说是必要的。特别是，氢气存储系统的最小化体积、重量和复杂性是移动式应用中是重要的因素。开发燃料电池作为包括许多受欢迎的电器消费品例如个人数据助理、手机和笔记本电脑的便携式电器的蓄电池的替代品，依赖于找到一种方便和安全的氢源。产生氢气供应、存储和传输的小型系统的技术还没跟上用燃料电池在最小化方面取得的进步。用于小型应用的氢燃料电池需要是小型和轻质的，具有高比重氢存储密度和能在任何取向操作。此外，其应当易于达到系统的氢流率和压强控制，以满足燃料电池的运行要求。现有的氢存储方案，其中包括压缩氢和液态氢、氢化金属合金和碳纳米管，它们的特征在于难以在小型消费品用途应用。例如，压缩氢和液态氢要求重的储罐和用于存储和传输的调节器，金属氢化物要求额外的热量来释放它们存储的氢，而碳纳米管必须保持密封。用于氢存储器和产生器的备选方案包括称为化学氢化物的化合物种类，例如碱金属氢化物、碱金属铝氢化物和碱金属硼氢化物。许多复合金属氢化物包括硼氢化钠、(NaBH4)的水解反应通常用于产生氢气。在这种应用中要求氢气供应的稳定和连续性，构造能控制催化剂和氢化物燃料的接触的氢气产生装置是可能的。这种产生器通常使用双储罐系统，其一用于燃料，另一用于排出的产物。氢气产生反应在含有金-->属催化剂和与两个储罐相连的第三室中进行。然而这种双储罐设计通常不是不依赖于取向的或者不符合小型化的要求。本专利技术的目的在于提供一种装有用于存储燃料溶液和排出的产物的体积交换储罐和包括氢气过滤系统的便携式氢气产生器。这种装置是不依赖于取向和小型的。此外，这种产生器可以使用那些使得产生器能自我调节燃料流和氢产量的减压阀。                       专利技术概述在美国专利申请序列号09/902900标题为“DifferentialPressure Driven Borohydride Based Generator，2001年7月11日提交，属于本受让人的专利，其内容在此整体引入本申请作为参考，将单个体积交换储罐引入到氢气产生器中作为燃料储存器的一部分以向反应性燃料室进料。当燃料从燃料区耗费和硼酸盐溶液回到硼酸盐溶液区时，活动的隔离物滑动，使得原来被燃料占据的空间变成由硼酸盐溶液占据。这对于降低存储燃料和硼酸盐溶液两者所需的总体积具有明显的益处。由于所述化学氢化物的水解反应是发热的，硼酸盐溶液通常以高于燃料溶液的温度排出；活动的隔离物可以被设计为热隔离的，以防止两区域间的热交换。然而，这种设计没有提供不依赖于取向的操作。本公开的体统的金属氢化物燃料组分是水溶性的和在水溶液中稳定的复合金属氢化物。合适的金属氢化物的例子是具有通式MBH4的那些，其中M为选自元素周期表I族或者II族的碱金属或者碱土金属，例如锂、钠、钾、钙和镁。这些化合物的例子包括，但不限于，NaBH4、LiBH4、KBH4、Ca(BH4)2和Mg(BH4)2。这些金属氢化物可以混合物使用，但优选单独使用。对于本专利技术的这些体系，优选的是硼氢化钠(NaBH4)。硼氢化钠可以溶于碱性水溶液中并几乎不发生反应，且SBH燃料水溶液是不易挥发的和不会燃烧。这使得整体上和氢气产生器内本身易于处理和传输。硼氢化物化合物会和水反应产生氢气和硼酸盐，反应按照下面的化学反应进行：-->其中MBH4和MBO2分别表示金属硼氢化物和金属偏硼酸盐。金属硼氢化物分解产生氢气和金属偏硼酸盐的速率取决于pH值，高pH值阻碍水解。因此，通常加入稳定剂(例如氢氧化钠(NaOH))到复合金属氢化物(例如硼氢化物)在水中的溶液里，以用作从中产生氢气的燃料。由于硼氢化钠在室温下的水解通常是缓慢的，可以使用加热或者催化剂(例如酸和各种过渡金属)来加速水解反应。来自镍、钴和铁族的过渡金属通常表现出最高的反应性，而金属或者对应的金属盐或者金属硼化物可以溶液或者悬浮液使用或者这些盐、硼化物或者金属可以由惰性基质承载。在此列出的实施方案中，催化剂室内含有固体催化剂(作为固体金属或者金属硼化物或者沉积在基质上)。由这样的稳定化的金属氢化物溶液产生氢气的工艺记载于美国专利申请号09/979362，2000年1月7日提交，标题为“A System ForHydrogen Generation”，该申请的内容在此将其全文引入作为参考。氢气产生过程得到的产物可以包括氢气、硼酸盐和水及其他物质。应当理解的是，特定尺寸以及操作温度和系统压力可以根据系统的所需应用和特定金属氢化物溶液改变并适配，而不偏离本专利技术的预定意图。因此本专利技术包括一种氢气产生器系统，其带有具氢气分离室和燃料存储室的外壳和这些室的任一个或者两个都可以含有气体可透过膜以使氢气通过该膜。本专利技术的另一特征是，具有燃料存储室和氢气分离室的体积交换容器，这些室的任一个或者两者都可以具有位于其内的气体可透过膜。作为再一特征可以是用于包容燃料材料的燃料容器，其可以具有位于其内部的气体可透过膜以从该材料中分离任何氢气。                       附图简述图1是本专利技术中的氢气产生器系统的布局的示意图；图2是本专利技术中的氢气产生器系统的可选实施方案的示意图；和图3是关于本专利技术的氢气产生器系统的另一实施方案的示意图。                   优选实施方案详述在图1中示出的本专利技术的实施方案中，氢气产生器系统包括外壳10，其可以由相对高强度的材料构造，这对于实施本专利技术的意图来说是必须的。在外壳10内形成了燃料存储室12和氢气分离室14，它们由柔性隔离物16分开。燃料存储室12通常容纳有反应性燃料溶液以产生-->氢气，该燃料溶液是氢化物溶液并可以是经稳定的金属氢化物例如硼氢化钠。所述柔性隔离物16可以是带状弹簧或柔性塑料的预成形片或者类似的材料，这些材料具有内在张力且可以在燃料存储室12内的燃料溶液上保持所施加的压力。当燃料存储室12充满了燃料溶液时，柔性隔离物16膨胀成高能量的“延伸”(extended)状态。由于柔性材料16在燃料溶液耗尽时收缩，柔性材料回到其低能量状态“初始”态，它压迫燃料溶液并推动燃料溶液离开燃料存储室和进入燃料导管18。所述燃料导管18引导燃料溶液从燃料存储室12到催化剂室22内的进入口20，该催化剂室22含有催化剂以增强燃料溶液的反应来产生氢气。用于本实施方案的催化剂可以包括已知对本应用有用的各种催化剂并可以是钌金属沉淀在金属网孔上，其制备例如描述在PCT公开号WO 01/51410且标题为″System For Hydrogen Generation″。所述反应导致氢气的产生并伴随形成了其他材料例如硼化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢气产生器系统，所述系统包括：（ａ）外壳，具有氢气分离室和燃料存储室，并具有将氢气分离室和燃料存储室分隔开的隔离物，该燃料存储室含有能反应产生氢气的燃料材料；（ｂ）催化剂室，含有催化剂以促进燃料材料的反应来产生氢气和排出 的燃料材料，（ｃ）用于将燃料材料从燃料存储室传输到催化剂室的燃料导管，和用于将排出的燃料材料从催化剂室传输到氢气分离室的输出口导管，（ｄ）外壳内的氢气输出口，用于将氢从氢气分离室排出，和（ｅ）位于燃料存储室或者氢气分 离室的至少一个的气体可透过膜，使得氢气能够通过气体可透过膜而阻止水溶液通过气体可透过膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-2-5 10/359,1041.一种氢气产生器系统，所述系统包括：(a)外壳，具有氢气分离室和燃料存储室，并具有将氢气分离室和燃料存储室分隔开的隔离物，该燃料存储室含有能反应产生氢气的燃料材料；(b)催化剂室，含有催化剂以促进燃料材料的反应来产生氢气和排出的燃料材料，(c)用于将燃料材料从燃料存储室传输到催化剂室的燃料导管，和用于将排出的燃料材料从催化剂室传输到氢气分离室的输出口导管，(d)外壳内的氢气输出口，用于将氢从氢气分离室排出，和(e)位于燃料存储室或者氢气分离室的至少一个的气体可透过膜，使得氢气能够通过气体可透过膜而阻止水溶液通过气体可透过膜。2.权利要求1的氢气产生器系统，其中气体可透过膜位于氢气分离室内，使得氢气能够通过气体可透过单元达到氢气输出口而阻止排出的燃料通过气体可透过单元。3.权利要求1的氢气产生器系统，其中气体可透过膜位于燃料存储室内，使得氢气能够通过气体可透过单元而阻止燃料材料通过气体可透过单元。4.权利要求1的氢气产生器系统，其中气体可透过膜位于氢气分离室和氢气存储室两者内，使得氢气能够通过气体可透过单元而阻止水溶液通过气体可透过膜。5.权利要求1的氢气产生器系统，其中所述隔离物由柔性材料构成。6.权利要求5的氢气产生器系统，其中所述隔离物的柔性材料具有内在张力以在包容在燃料存储室内的反应物材料上产生压力。7.权利要求1的氢气产生器系统，其中所述燃料导管还包括燃料阀以控制从燃料存储室到室的反应物材料的流量。8.一种氢气产生器系统，所述系统包括：(a)外壳，具有氢气分离室和燃料存储室，并具有将氢气分离室和燃料存储室分隔开的活动隔离物，该燃料存储室装有含有能产生氢气的燃料材料的第一柔性袋，，和该燃料存储室装有第二柔性袋，(b)催化剂室，含有催化剂以促进燃料材料的反应来产生氢气和排出的燃料材料，(c)用于将反应物材料从装在燃料存储室内的第一柔性袋传输到催化剂室的燃料导管，和用于将排出的燃料材料从催化剂室传输到装在氢气分离室的第二柔性袋的输出口导管，(d)外壳内的氢气输出口，用于将氢从氢气分离室排出，和(e)位于第一柔性袋或者第二柔性袋的至少一个的壁上的气体可透过膜，使得氢气能够通过第一或第二柔性袋。9.权利要求8的氢气产生器系统，其中气体可透过膜位于第二柔性袋的壁内，使得氢气能够通过气体可透过膜从第二柔性袋达到氢气输出口而阻止排出的燃料材料通过气体可透过膜到达氢气输出口。10.权利要求8的氢气产生器系统，其中气体可透过膜位于第一柔性袋的壁内，使得氢气能够通过气体可透过膜从第一柔性袋以离开外壳而阻止燃料材料通过气体可透过膜。11.权利要求8的氢气产生器系统，其中气体可透过膜位于第一和第二柔性袋两者的壁内。12.权利要求8的氢气产生器系统，其中活动隔离物偏向燃料存储室以推动燃料材料向外到催化剂室。13.权利要求12的氢气产生器系统，其中弹簧位于外壳内以使活动隔离物向燃料存储室偏移。14.权利要求1的氢气产生器系统，其中第一和第二柔性袋由包括尼龙的塑性材料构造而成。15.权利要求8的氢气产生器系统，其中所述燃料导管还包括燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：M斯特里基，RM莫林，
申请(专利权)人：千年电池公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]