本发明专利技术涉及对一种系统的改进，该系统通过使金属氢化物盐的水溶液（１）与氢气发生催化剂（７）接触产生氢气。具体而言，本发明专利技术涉及在系统内结合循环管线（２９），该循环管线使冷凝自流体产物（９）的水循环回待与催化剂（７）接触的进料的管线（３）中。内部循环管线（２９）允许使用更浓的金属氢化物溶液，因为该溶液在与催化剂（７）接触之前已经由循环管线稀释。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
氢气发生系统本专利技术涉及一种氢气发生系统。具体而言，本专利技术涉及一种包含稳定金属氢化物溶液和催化剂体系的氢气发生系统。 专利技术背景氢气是一种“清洁燃料”，因为它在诸如燃料电池或内燃机之类的耗氢装置中与氧气反应产生能量和水。排放物中几乎无其它反应副产物。因此，将氢气用作燃料有效地解决了许多伴随石油基燃料使用的环境问题。因而对于许多可以使用氢气的具体应用，氢气的安全有效的储存是关键。具体而言，在汽车应用中使储氢系统的体积和重量最小化是重要因素。目前存在几种储氢方法，但对于广泛的消耗器应用，它们要么能力不足，要么不实用。例如，可在极低温度下以液体形式储存氢气。然而，对于大多数消耗器应用，液氢既不安全又不实用。而且，使氢气液化所消耗的能量约为可从所得氢中获得的能量的60％。作为氢气储存和输送的这些和其它缺点的结果，本领域已转向生成氢气的燃料电池和系统。这种系统是已知的，例如Amendola等在Abstracts ACS National Meeting，August，1999，第864-868页中描述了适用于机动车的此类系统，其基于从金属氢化物的水溶液催化产生氢气。根据本专利技术，提供一种这类系统的改进操作。 专利技术概述提供一种对氢气发生系统的改进，该系统包含金属氢化物溶液和催化剂，该催化剂激活金属氢化物与水生成氢气的反应。该系统包含用于使水蒸汽从氢产物流中冷凝的部件。根据本专利技术，对该系统的改进是将部分冷凝水循环回进料管线中，以使金属氢化物燃料溶液在与催化剂接触前与该部分冷凝水混合并被其稀释。 附图简述本专利技术的优点将从结合附图的如下详细描述中进一步领会，其中：图1是从金属氢化物溶液产生氢气的常规系统的框图。-->图2是本专利技术的改进系统的框图。图3是本专利技术改进系统的一种可替换实施方式的框图。 专利技术详述根据本专利技术的氢气发生系统由金属氢化物水溶液燃料、促进金属氢化物反应生成氢气的催化剂、金属的副产物盐以及水蒸气形式的水组成。该系统已经被验证能够用于氢燃料电池中安全高效地生产氢气，氢燃料电池与诸如汽油发动机之类的常规燃料系统相比具有许多优点。从金属氢化物水溶液生成氢气的常规系统示于图1的框图中。将金属氢化物水溶液用燃料泵5从贮槽1经管线3抽入催化剂腔或室7，在该腔或室中金属氢化物水溶液经历反应形成包含氢气、金属盐和水的液体产物流。将该产物流经管线9抽入气液分离器11，在此，副产物盐以溶液经管线13抽出，气态氢产物混合物经管线15抽出。该系统完全是无机的并且形成高质能源而无污染排放物。该系统也易于控制，因为仅在溶液接触催化剂时才生成氢气。图1和目标改进系统中所示例的金属氢化物燃料组分是一种具有通式MBH4的复合金属氢化物，其中M是选自诸如钠、钾和锂之类的碱金属、某些有机基团和铵的正离子；B是选自诸如硼、铝和镓之类的元素周期表第13族(正式形式为IIIA族)金属的负离子；H是氢。适宜的金属氢化物的例子包括但不限于NaBH4、LiBH4、NH4BH4、LiAlH4、NaGaH4及类似物。这些金属氢化物可以混合使用，但优选单独使用。根据本专利技术这类系统优选硼氢化物，尤其是硼氢化钠(NaBH4)、硼氢化锂(LiBH4)、硼氢化钾(KBH4)、硼氢化铵(NH4BH4)、硼氢化季铵以及类似物，包括其混合物。硼氢化物，例如以上例举的那些，将按照下列化学反应式与水反应生成氢气和硼酸盐： 无催化剂存在时该反应非常缓慢地发生。还发现当将其保持在碱性pH值时，金属氢化物盐的溶液是稳定的，无明显的氢气生成。反应中形成的盐，以金属硼氢化物为例该盐为硼酸盐，无毒且对环境安全。此外，可将硼酸盐再生为硼氢化物以备将来使用。需着重指出存在于-->硼氢化物和水中的所有氢原子都被转化为氢气，并且由如上给出的反应生成的氢气中的一半氢原子实质上来自水。通常，各种硼氢化物盐至多约35％地溶于水，硼氢化锂的溶解度仅为约7％，硼氢化钾约为19％，而硼氢化钠约为35％。可以理解由于其相对较高的溶解度，优选将硼氢化钠用于实施本专利技术。在燃料系统中的金属氢化物浓度超出所用特定盐的最大溶解度的情形下，它将是浆液或悬浮液的形式。假如仅有少部分金属氢化物不是溶液的形式并且燃料系统包含保持待抽去与催化剂接触的浆液或悬浮液的均一性的部件，这也是可以接收的。如将在以下详细阐述的，本专利技术的优势在于可以使用燃料硼氢化物的浆液更经济地操作。由于上述反应期间每分子硼氢化物消耗两分子水，因此含硼酸盐的产物流比硼氢化物燃料混合物更浓。依据化学计量，需要两倍硼氢化物分子的水分子以保持反应的恒定速率。实践中，需要比该需求过量的水以将硼氢化物高效地转化为氢。该过量水到目前还以两种方式提供：以过量水填充初始金属氢化物溶液，即以稀释溶液启动；或在反应期间或之后从独立的源头加入更多的水。基于经济原因很明显优选第二种方案，因为采用稀释溶液将大大地增加图1中燃料罐3的尺寸。US6,534,033中已经提议使用独立于耗氢装置如燃料电池、内燃机或燃气涡轮机的水源。由于这些装置消耗氢气，因此主要副产物是水，并提议将这些水中的一些用于保持目标氢气发生器中反应的恒定速率。然而，这类用途仍然代表系统之外的水源。这类水常常用于增湿环中以维持质子交换膜(PEM)燃料电池中的膜并且不能循环到系统的其它部份。2002年2月28日公开的美国公开专利申请US2002/0025462中也同样提出了使来自例如燃料电池的装置的水再循环的概念。其中披露的系统同样包含冷凝器以从氢气流中通过辐射冷却除去水。此外，阐述用于自动应用的氢气系统的MacCarley，Symposium on AlternativeFuel Resources，Santa Monica，CA，3月，1976，第315-320页中描述了用于从生成的氢气流中除去水的冷凝环。然而，该文中没有具体提到水的循环，并且没有给出如何或在何处进行循环的细节。将如下示，本专利技术对该概念的改进在于通过在氢气发生器自身之内提供水循环从而-->大大地增强了其运转的经济性。通过使用作系统燃料的金属氢化物处于碱性pH值即pH至少在7之上来使之稳定而不分解。这通过添加适宜的碱性稳定剂，优选氢氧化物、最优选碱金属的氢氧化物来进行。特别优选碱性稳定剂的阳离子部份与金属氢化物盐的阳离子部份相同。例如，如果金属硼氢化物是硼氢化钠，那么碱性稳定剂应为氢氧化钠，这两者在本专利技术的实践中都是优选的。碱性稳定剂的浓度通常大于约0.1摩尔，优选大于1.0摩尔或约4wt％。通常在向水中加入硼氢化物之前先加入碱性稳定剂。由于其在水中的高溶解度(约44％)，氢氧化钠是特别优选的稳定剂，因为这种高溶解度保持了溶液的稳定性而对金属硼氢化物的溶解度无负面影响。碱性稳定剂的存在防止金属氢化物盐在与催化剂接触前的过早反应及降解。该目标系统中的催化剂存在于容装部件中，从而可将其从反应过的金属氢化物溶液中分离出来，例如该溶液为硼氢化钠燃料的混合物时会包含NaBO2与NaBH4的混合物。容装可以是任何物理、化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氢气发生系统，包含：（ａ）燃料供料贮槽，其装有至少一种金属氢化物的水溶液；（ｂ）燃料泵，其抽取所述溶液并使它与氢气发生催化剂接触，从而生成包含氢、水和所述金属的盐的流动产物流；（ｃ）气－液分离器，其将所述流动流体 分离成包含氢气和水蒸汽的气态产物，以及包含水和所述金属盐的液体；（ｄ）冷凝器，其在流体流动中与所述气态产物接触以从中冷凝出水；（ｅ）冷凝回收区，其回收所述冷凝水；以及（ｆ）混合区，其使所述冷凝水与从所述贮槽抽出的所述 金属氢化物水溶液结合，从而在与氢气发生催化剂接触前将其稀释。
【技术特征摘要】
US 2002-8-20 10/223,8711.一种氢气发生系统，包含：(a)燃料供料贮槽，其装有至少一种金属氢化物的水溶液；(b)燃料泵，其抽取所述溶液并使它与氢气发生催化剂接触，从而生成包含氢、水和所述金属的盐的流动产物流；(c)气-液分离器，其将所述流动流体分离成包含氢气和水蒸汽的气态产物，以及包含水和所述金属盐的液体；(d)冷凝器，其在流体流动中与所述气态产物接触以从中冷凝出水；(e)冷凝回收区，其回收所述冷凝水；以及(f)混合区，其使所述冷凝水与从所述贮槽抽出的所述金属氢化物水溶液结合，从而在与氢气发生催化剂接触前将其稀释。2.权利要求1所述的氢气发生系统，其中所述混合区在所述燃料泵的上游。3.权利要求1所述的氢气发生系统，在混合区的上游另外还包含阀，该阀容许所述金属氢化物溶液以及来自所述冷凝带的冷凝水交替流入所述混合区。4.权利要求1所述的氢气发生系统，其中燃料供料贮槽中所述金属氢化物的浓度大于该氢化物的最大溶解度，并且部分该...
【专利技术属性】
技术研发人员：RM莫林，M斯特里兹基，
申请(专利权)人：千年电池公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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