[发明专利]具有提高的体积效率的氢气发生器

说明书

发明领域

本发明涉及氢气发生器，尤其是用于燃料电池系统的氢气发生器，及用氢气发生器生产氢气的方法。

背景

对作为电源用于便携式电子装置的燃料电池组的兴趣已经增长。燃料电池是利用电池外部的材料作为正负电极的活性材料的电化学电池。由于燃料电池不必含有用来发电的所有活性材料，所以相对于与其它类型蓄电池相比所产生的电能量燃料电池能用小体积制成。

燃料电池能按照在正电极（阴极）和负电极（阳极）反应中所用的材料类型进行分类。一种燃料电池是用氢作为负电极活性材料和氧作为正电极活性材料的氢燃料电池。当这种燃料电池放电时，氢在负电极处被氧化以产生氢离子和电子。氢离子通过不导电而离子可渗透的分离器，而电子通过外部电路到达正电极，在该正电极处氧被还原。

在某些类型氢燃料电池中，氢由供应给燃料电池的负电极侧的燃料形成。在另一些类型氢燃料电池中，将氢气从燃料电池外部的气源供应给燃料电池。燃料电池系统包括一包含一个或多个燃料电池的燃料电池组和氢气源如氢气罐或氢气发生器。在某些燃料电池系统中，氢气源能在氢气用尽之后进行更换。可更换的氢气源能再充装或弃去。

氢气发生器使用一个或多个能起反应以产生氢气的含氢的反应物。反应能以不同方法如水解或热解开始。例如，两个反应物当混合在一起时能产生氢气和副产物。能使用催化剂来催化反应。当反应物起反应时，产生包括氢气的反应产物和副产物。

为了尽量减小氢气发生器的体积，通过将氢气发生器的各部件安排成体积交换并继而能利用起初被反应物占据的体积来随着反应物被消耗而容纳反应产物。随着反应物被消耗，同时使它们所占据的体积可用来装入反应产物。

将氢气与副产物和未反应的反应物分离，且该氢气输出氢气发生器并提供给燃料电池组。用于分离氢气的各种方法众所周知，包括将固体与氢气分离的多孔过滤器和将氢气与液体分离的氢气可渗透而液体不可渗透的膜。

理想的情况是进一步改进氢气发生器的体积效率而保证氢气与反应产物和未反应的反应物的有效分离。另外理想的情况是提供具有以低成本便于制造的简单结构的氢气发生器。

提要

上述优点由本发明的氢气发生器提供。

因此，本发明的一方面是用氢气发生器产生氢气的方法，该氢气发生器包括：容器；在容器内的第一反应物储存区，该第一反应物储存区具有体积并包含包括第一反应物的液体；在容器内的反应区，该反应区具有体积；在容器内的流出物储存区，该流出物储存区具有体积；从第一反应物储存区到反应区的液体通道；从反应区到流出物储存区的流出物通道；装在流出物储存区内的压缩的过滤器；液体不可渗透而气体可渗透的部件；和氢气出口。第一反应物从第一反应物储存区穿过液体通道移动到反应区；第一反应物在反应区中起反应以产生氢气和流出物；氢气和流出物从反应区穿过流出物通道移动到流出物储存区；及氢气穿过过滤器和液体不可渗透而气体可渗透的部件到达出口。随着第一反应物从第一反应物储存区移动及氢气和流出物从反应区流动到流出物储存区，第一反应物储存区体积、反应区体积、或第一反应物储存区体积和反应区体积二者减小，过滤器扩张，和流出物储存区体积增加。可移动隔壁将流出物储存区与第一反应物储存区和反应区的至少其中之一分开，而过滤器部分附接到可移动隔壁上。通向出口的所有氢气都穿过流出物储存区。

本发明的第一方面的实施例能包括下列特点中的一个或多个：

·随着流出物移动到流出物储存区，扩张的过滤器和偏置部件的其中之一或二者施加力给第一反应物储存区体积、反应区体积或第一反应物储存区体积和反应区体积二者；

·过滤器在压缩之前具有至少两个不同孔隙度的区；过滤器能包括至少两个在压缩之前不同孔隙度的不同部件；优选地在压缩之前最大孔隙度的区最靠近流出物通道和最小孔隙度的区最靠近液体不可渗透而气体可渗透的部件；

·过滤器包括对流出物中液体没有亲和力的材料，优选地过滤器靠近通向流出物储存区的流出物入口的部分对流出物中液体没有亲和力；

·过滤器包括对流出物中液体有亲和力的材料；优选地过滤器靠近液体不可渗透而气体可渗透的部件的部分对流出物中液体有亲和力；

·过滤器包括开口腔室泡沫；

·可移动的隔壁包括在流出物储存区内的挠性流出物封装物(enclosure)，该挠性流出物封装物具有体积，且过滤器装在挠性流出物封装物内并附接到该挠性流出物封装物部分上；可移动隔壁还能包括邻近挠性流出物封装物的刚性壁；挠性流出物封装物的体积能随着氢气和流出物移动到流出物储存区而增加；