[发明专利]自调节气体发生器和方法

说明书

自调节气体发生器，其响应于气体需求供给自动调节由适当的化学供给物(例如化学溶液、溶解在液体中的气体、或混合物)在化学供给腔中催化产生的气体(例如氢气或氧气)的量。在一些实施方式中，该气体发生器可以使用活塞、旋转杆或其他元件以将该化学供给物以受控量暴露于该催化剂。在另一实施方式中，该自调节气体发生器使用继电器式控制(bang‑bang control)，具有依照自调节工作循环在开和关状态下将该化学供给腔中包含的催化剂暴露于化学供给物的元件，由此以独立定向的方式产生和输出气体。该气体发生器可以用于为各种气体消耗装置(例如燃料电池、火炬或氧气呼吸装置)提供气体。

相关申请

本申请是2012年5月7日申请的美国申请No.13/465,798的继续申请，且是2012年5月4日申请的美国申请No.13/464,881的继续申请，美国申请No.13/464,881是2004年11月15日申请的美国申请No.10/989,116(现在为美国专利No.8,172,912)的部分继续申请，美国申请No.10/989,116要求享有2003年11月14日申请的美国临时申请No.60/520,149的优先权。上述申请的全部教导都通过参考并入此处。

发明背景

当前，几乎所有军用、工业和消费电子器件都由常规电源(AC壁装电源插座、气体发生器或一次性或可再充电的电池)供能。这些电源各自具有其自身的缺点。一种该缺点是污染的形式，其中AC发电厂、气体发生器和电池都分别产生环境不友好的副产物(例如破坏臭氧的气体和电池酸性废物)。

已经提出了燃料电池作为对该问题的环境友好的解决方案。然而，为了作为解决方案采用，燃料(例如氢气)必须可以在与其常规对应物相比具有竞争力的价格容易安全地获得。

便携式气体发生器能够根据需求安全制备高纯气体。这种发生器可用于提供氢气作为燃料电池的燃料或提供其他类型的气体用于其他气体使用装置。在为预期要用于很多不同的军用、工业和消费应用的燃料电池产生氢气的情况中，在这些市场中接受的便携式气体发生器同样将是轻便的、机械简单的、需求响应的(即仅在使用该燃料的装置需要动力时才产生气体)、能够在任何方向操作和经设计以从该气体产生时开始直至将其提供给该装置为止仅储存少量气体，由此使对可燃或以其他方式可能存在危险的气体的储存的安全问题最小化。

发明内容

依照本发明的原理的自调节便携式气体发生器或与其相应的气体发生方法以响应于使用需求提高或降低气体发生速率的方式为多种便携式发电应用产生气体。该自调节气体发生器提供便携性且具有适用于军用、工业或消费应用的安全特征。该自调节气体发生器的一些实施方式展现出长的催化剂寿命，该催化剂用于由化学供给物基于自调节特征产生气体。

在依照本发明的原理的一种实施方式中，气体发生器包括用于化学供给物(例如NaBH₄溶液)的腔。与该化学供给物的通道相邻的至少一个元件包含催化剂或涂覆有催化剂(例如铂)。在一种实施方式中，该元件相对于化学供给腔(化学供给物腔，chemical supplychamber)移动以将催化剂相对于该化学供给物定位。在催化剂存在下，化学供给物在化学供给腔中分解为产物，包括产生的气体，例如氢气。该气体发生器还包括气体储存腔，其储存产生的气体直至被燃料电池使用以转化为电能或被其他气体消耗装置使用以用于其预期目的。该产生的气体在从化学供给腔到气体储存腔的路径上行进通过可渗透气体的结构(例如膜)。该可渗透气体的结构可以位于催化剂所在的元件上、位于催化剂所在的元件中或远离催化剂所在的元件。该元件的位置以及由此催化剂相对于化学供给物的位置可以通过反馈系统调节，该反馈系统使用部分由至少一个腔中的压力产生的力在化学供给物存在下定位催化剂以调节所产生气体的发生速率。