[发明专利]产氢器

说明书

本发明涉及了一种自调节产氢器，所述产氢器包括用于盛放可溶性化学燃料的溶液例如经碱稳定的硼氢化钠溶液(NaBH₄)的容器，所述溶液与所述容器内的一片固体催化剂反应产氢。所述催化剂固定在与活塞杆相连的支架上，所述活塞杆附接于活塞上，所述活塞用于在控制气缸内轴向移动。所述活塞将所述控制气缸分为两个气室，其中，弹性构件例如弹簧设于其中一个气室，另一个气室经设有双向阀的气流管线与所述容器的气体出口和耗氢设备流体连通。在使用时，所述一片固体催化剂的自由端浸入所述溶液中，产氢速度取决于催化剂在所述溶液中的浸没深度，所述浸没深度取决于耗氢设备的氢气需求量。

技术领域

本发明涉及一种产氢器。

背景技术

据估计，全球燃料电池市场(根据某些分析人员的估计，2011年的市值为3亿5530万美元)将在2018年达到9亿1030万美元的规模，2013年至2018年期间的复合年增长率为15.0％。燃料电池市场预计在上述预测期间的复合年增长率为15％。在各种类型的燃料电池当中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)渗透市场，尤其便携式应用市场的潜能最大。质子交换膜燃料电池的常用燃料为氢气，其在电池中通过与氧反应而生成电、热及水。质子交换膜燃料电池被视为整个燃料电池市场的营收拳头产品，而且预估其在2013年至2018年期间的复合年增长率为11.5％，在2011年电力量(MW)总需求中的占比为46.3％。

氢气还可用于柴油发动机系统，而且在使用时无需或几乎无需对发动机做出改动。氢气可通过气化、歧管/进气道喷射或缸内喷射的方式引入发动机。柴油引燃式氢气内燃方面的文献认为，氢气替代(尤其在替代率较高时)在减少有害废气排放方面具有很大的发展前景。而且，也许其还可以大幅节省燃料消耗。

由此可见，氢气是一种重要的燃料来源，而且氢气的生成和输送对于耗氢设备能否成功使用至关重要。

已开发的金属硼氢化物是一种可行的氢载体(见专利号为2461662、2461663、2534553和2964378的美国专利)。早在20世纪90年代，硼氢化钠因其溶液的不可燃性、高储氢密度(10.8％重量百分比)及其环境安全性反应副产物的高稳定性等化学性质，引起了极大的关注。专利号为6534033的美国专利描述了一种产氢系统，其中成功地证明了硼氢化钠的可水解性。然而，由于水的处理、催化剂的反应性/失活以及副产物的处理等问题，该系统似乎不适合用于高强度产氢。以下发表文章对这些问题进行了进一步探讨：J.H.Wee，K.Y.Lee和S.H.Kim，硼氢化钠在质子交换膜燃料电池系统中作为供氢源的研究，燃料加工技术(Fuel Processing Technology)，2006年，87卷，811～819页。

专利号为7105033的美国专利中描述了另一种产氢反应器，该反应器用于便携式燃料电池系统。在该反应器中，将经碱稳定的硼氢化钠溶液注入充有催化剂的固定床反应器中，以利用NaBH₄+(2+n)H₂O＝NaBO₂·nH₂O+4H₂这一反应高速产氢。虽然这一方法具有产氢反应的起始和结束相对可控等优势，但是也存在许多缺点，尤其产氢密度低、氢气流速不恒定、催化剂寿命短、副产物(硼酸钠)溶解度较低等缺点。此外，该方法中使用的催化剂为典型的贵金属(铂、钯等)，从而增加了系统运行的成本压力。如果在该系统中将强劲的自负载氧化钴基催化剂用作一种替代的催化剂以加速硼氢化钠的水解反应，可大幅降低系统运行成本(见US20150017084A1)。

虽然如此，仍然需要开发一种能够与耗氢设备以高成本效益的方式相结合并将氢作为燃料提供给该耗氢装置的可行产氢器。

发明内容

根据第一方面，提供一种产氢器，包括：

用于盛放可溶性化学燃料的溶液的容器，该可溶性化学燃料通过与催化剂反应而生成氢气，该容器具有允许所产氢气离开该容器的气体出口；

控制气缸，所述控制气缸的第一端附接至所述容器的顶部该控制气缸包括：