水反应性氢燃料电池电力系统的制作方法

水反应性氢燃料电池电力系统的制作方法
【专利摘要】水反应性加氢燃料的电力系统，其包括结合反应物燃料物质和水溶液以制氢的设备和方法。产生的氢在燃料电池中被转化以提供电。水反应性加氢燃料的电力系统包括燃料电池、供水盘和燃料盒以产生用于便携电力电子设备的电力。可拆除的燃料盒被供水盘和燃料电池环绕。用户利用水再填充供水盘。然后，将水从供水盘转移进入燃料盒以产生用于燃料电池的氢，然后产生用于用户的电力。
【专利说明】水反应性氢燃料电池电力系统

【技术领域】
[0001]一般而言，该技术涉及制氢燃料电池系统和方法，并且更具体地，涉及使用与水或水溶液反应的硅化钠、钠硅胶或多组分混合物制氢的系统和方法。

【背景技术】
[0002]燃料电池是将外源燃料转化成电流的电化学能量转化设备。许多燃料电池使用氢作为燃料和使用氧(典型地来自空气)作为氧化剂。这种燃料电池的副产物是水，使燃料电池成为用于发电的非常低环境影响设备。
[0003]燃料电池与大量的其它用于产生电力的技术比如汽油轮机、内燃机和电池组竞争。燃料电池提供可用于大量应用的直流(DC)电压，所述大量应用包括固定发电、照明、后备电力、消费电子、个人移动设备比如电动自行车、以及美化装置和其它应用。有多种可利用的燃料电池，每种使用不同的化学过程以产生电力。燃料电池通常按照它们的操作温度和它们所采用的电解质系统的类型分类。一种常用的燃料电池是聚合物交换膜燃料电池(PEMFC)，其使用氢作为燃料，氧(通常是空气)作为其氧化剂。它具有高功率密度和通常低于80°C的低操作温度。这些燃料电池是可靠的，具有适度包装和系统实施需求。
[0004]氢存储和产生的挑战限制了 PEM燃料电池的大规模采用。尽管分子氢在质量基础上具有非常高的能量密度，但是在环境条件下作为气体，按体积计它具有计非常低的能量密度。将氢提供至便携应用所采用的技术是广泛的，包括高压和低温，但是它们通常大部分集中于按需要可靠地释放氢的化学化合物。用于在物质中存储氢的三个广泛接受的机制是吸收、吸附和化学反应。
[0005]在为燃料电池加燃料的吸收性氢存储中，氢气在高压下被直接吸收进入特定晶体物质比如金属氢化物的本体。金属氢化物比如MgH2、NaAlH4和LaNi5H6可用于可逆地存储氢气。但是，金属氢化物系统通常承受差的比能(即，低的氢存储与金属氢化物质量比)和差的输入/输出流动特征。氢流动特征由金属氢化物的吸热特性所驱动(当去除氢时内部温度下降，并且当再进料氢时内部温度上升)。由于这些特性，金属氢化物倾向于是重的，并且需要复杂的系统以快速地对其进料和/或卸料。例如，见美国专利7，271，567设计为存储并且然后从包含金属氢化物或一些其它基于氢的化学燃料的盒(cartridge)可控制地释放加压的氢气的系统。通过测量金属氢化物燃料本身的温度和/或压力和/或通过测量燃料电池的电流输出以估计消耗的氢的量，该系统也监测能够被递送至燃料电池的剩余氢的水平。
[0006]在为燃料电池加燃料的吸附氢存储中，分子氢通过物理吸附或化学吸附与化学燃料缔合。化学氢化物比如氢化锂(LiH)、氢化铝锂(LiAlH4)、硼氢化锂(LiBH4)、氢化钠(NaH)、硼氢化钠(NaBH4)等被用于不可逆地存储氢气。当如下所示与水反应时，化学氢化物产生大量的氢气:
[0007]NaBH4+2H20->NaB02+4H2
[0008]为了可靠地控制化学氢化物与水的反应以从燃料存储设备释放氢气，必须使用催化剂连同控制水的pH。此外，化学氢化物通常包含在惰性稳定液体的淤浆中，以保护氢化物避免其氢气的提早释放。
[0009]对于燃料电池，在产生氢的化学反应方法中，通常通过适度改变化学燃料的温度或压力催化氢存储和氢释放。通过温度催化的该化学系统的一个例子是通过以下反应由氨-硼烷制氢:
[0010]nh3bh3->nh2bh2+h2->nhbh+h2
[0011]第一个反应释放6.1wt.%的氢并且在约120°C下发生，而第二个反应释放另外6.5wt.%的氢并且在约160°C下发生。这些化学反应方法不使用水作为引发剂来产生氢气，不需要严格控制系统PH，并且通常不需要单独的催化剂物质。但是，由于经常出现热失控，这些化学反应方法被系统控制问题所困扰。例如见美国专利7，682，411设计为由氨-硼烷热初始化制氢并且保护免于热失控的系统。例如见美国专利7，316，788和7，578，992使用催化剂和溶剂以改变热氢释放条件的化学反应方法。
[0012]鉴于上述，需要克服现有技术中的问题或不利的改进的制氢系统和方法。


【发明内容】

[0013]以下描述的氢燃料电池电力系统包括三个主要子系统，其包括燃料电池、供水盘系统和燃料盒(燃料元件，fuel cartridge) 0该系统设计用于称作“水反应性”的燃料电池系统的类别。在水反应性系统中，水(或液体溶液)与粉末结合以为燃料电池系统制氢。这些反应类型可使用一系列粉末比如硅化钠、钠硅胶、硼氢化钠、硅化钠/硼氢化钠混合物、铝和其它。活化剂、催化剂或添加剂可被添加至粉末，以控制水分散通过粉末或反应副产物的水吸收。至该粉末的添加剂也可包括消泡剂，比如油，以及分布局部反应位点和/或温度的相似物质，以在燃料盒中产生更均匀反应性和热分布并且控制反应条件，包括例如反应产物和副产物的化学和物理性质。可控制粉末大小以促进水输送、反应速度和副产物水吸收。活化剂、催化剂或其它添加剂也可被添加至水中，以便在不同条件下形成液体溶液。
[0014]反应物燃料物质可包括稳定的碱金属物质比如硅化物，包括硅化钠粉末(NaSi)和钠-硅胶(Na-SG)。稳定的碱金属物质也可与其它反应物质组合，包括但不限于氨-硼烷(含或不含催化剂)、硼氢化钠(与催化剂混合或不混合)，和当暴露于热或水溶液时产生氢的一系列物质和物质混合物。物质的混合物和水溶液也可包括控制废产物的pH、改变废产物的溶解性、增加氢产生的量、增加氢产生的速度和控制反应温度的添加剂。水溶液可包括水、酸、碱、醇和这些溶液的混合物。水溶液的其它例子可包括甲醇、乙醇、盐酸、醋酸、氢氧化钠等。水溶液也可包括添加剂，比如增加产生的H2量的共反应物、絮凝剂、缓蚀剂或改变水溶液的热物理特性的热物理添加剂。实例絮凝剂包括氢氧化钙、硅酸钠和其它，而缓蚀剂可包括磷酸盐、硼酸盐和其它。此外，热物理添加剂可改变反应的温度范围、反应的压力范围和类似范围。此外，至水溶液的添加剂可包括各种不同的添加剂的混合物。
[0015]要求保护的发明可包括插入供水盘系统的可拆除的/可替换的燃料盒。燃料电池可被连接至包含燃料盒的供水盘系统。在该连接方法中，燃料盒与供水盘形成水连接和与燃料电池形成氢气连接。可设计供水盘以存储水和用水再填充。供水盘系统可被设计为直到供水盘被连接至燃料盒才输出水。随着水从供水盘进入燃料盒，制氢并且将氢递送至燃料电池。当断开供水盘和燃料电池时，水盘中的阀关闭，这又停止水盘中的水流。另外，供水盘中的弹簧机构从供水盘弹出燃料盒，该供水盘断开至燃料盒的水流路径。这些构造和技术的一项或两项停止水流动并且停止氢的产生。在另一个实例实施中，可使用机械流动阀或相似的机构，以停止水流进入燃料盒，同时燃料盒保持连接。这又停止制氢。流动阀可以是由用户控制的物理开关或电控开关。同样，在另一个实例实施中，当燃料盒仍在使用中时，可通过泵关闭水流动来控制流动，或如果期望流动，则泵送水。
[0016]在一个实例实施中，供水盘和燃料电池可被构造为有效地用作单一子系统，其中可替换的燃料盒为可拆除的/可替换的组件。在另一种实施中，供水盘和燃料盒可被构造为有效地用作单一子系统，其中整个子系统为可拆除的/可替换的。
[0017]附图简述
[0018]图1显示根据要求保护的发明的氢燃料电池电力系统的图，所述系统包括燃料电池、供水盘和燃料盒。
[0019]图2图解了给水燃料电池系统和燃料盒以及其相关的输入和输出。
[0020]图3显示根据要求保护的发明的具有可再填充的防水闸门和燃料盒的给水燃料电池系统的例子。
[0021]图4A-4B图解了供水盘的结构特征，显示具有燃料盒插入供水盘。
[0022]图5显示了给水燃料电池系统的分解图、侧视图和底视图，显示具有燃料盒。
[0023]图6A和6B根据要求保护的发明，在打开视图中和关闭视图中图解了用于氢燃料电池电力系统的滑动锁定机构。
[0024]图6C图解了具有闩连接机构的供水盘、燃料盒和燃料电池子系统。
[0025]图6D是根据要求保护的发明的供水盘和燃料盒的横截面图。
[0026]图7是具有插入的燃料盒的供水盘的透视图、侧视图和顶视图。
[0027]图8A图解了根据要求保护的发明的配置为存储、加压和输出供水盘中的水的波纹管弹簧组件。
[0028]图SB和SC分别图解了标称压缩状态和负载状态的根据要求保护的发明的波纹管弹簧组件。
[0029]图8D和SE分别图解了分离位置和接合位置的根据要求保护的发明的波纹管弹簧组件和锁定架(locking shelf)。
[0030]图8F图解了接合位置的根据要求保护的发明的波纹管入口门。
[0031]图9图解了根据要求保护的发明的管连接的限水流节流口(orifice)。
[0032]图10显示根据要求保护的发明的盘式限水流节流口。
[0033]图11图解了在根据要求保护的发明的燃料电池系统中再填充水时锁定托盘门打开的波纹管组件顶部的结构部件。
[0034]图12A和12B分别是顶视图和透视图，其图解了在根据要求保护的发明的燃料电池系统中再填充水时锁定填充门打开的锁定机构。
[0035]图13A和13B是横截面视图，其图解了用于根据要求保护的发明的氢燃料电池电力系统的燃料盒的结构细节。
[0036]图13C是根据要求保护的发明的成角度的针阀的透视图。
[0037]图14A图解了用于根据要求保护的发明的氢燃料电池电力系统的燃料盒筒的进一步结构细节。
[0038]图14B图解了用于根据要求保护的发明的燃料盒的反应物保留筛网(retent1nscreen)。
[0039]图15A显示通过控制出口流经过根据要求保护的发明的燃料盒的盖中整体形成的过滤床，得到高纯度氢的化学洗涤路径。
[0040]图15B显示通过控制出口流经过根据要求保护的发明的燃料盒的盖中整体形成的过滤床，得到高纯度氢的化学洗涤迷宫。
[0041]图15C显示并入根据要求保护的发明的燃料盒的盖的二次注塑(overmolded)的面密封垫的透视图。
[0042]图1?显示并入根据要求保护的发明的燃料盒的盖的二次注塑的面密封垫的侧视图。
[0043]图16A显示用于根据要求保护的发明的氢燃料电池电力系统的将金属燃料盒主体夹压(crimp)至塑料燃料盒盖的机床。
[0044]图16B是使用图16A的翻转夹压(crimp)和夹压机床组装的燃料盒的横截面图。
[0045]图17显示整体安装至根据要求保护的发明的燃料盒盖的插装阀的例子。
[0046]图18A显示用于根据要求保护的发明的氢燃料电池电力系统的具有盘旋反应进料管的筒。
[0047]图18B显示用于根据要求保护的发明的氢燃料电池电力系统的具有T形配件和盘旋反应进料管的筒。
[0048]图19A和19B显示分别处于打开位置和关闭位置的用于根据要求保护的发明的氢燃料电池电力系统的自动机械水控制阀和柱塞。
[0049]图20显示从根据要求保护的发明的氢燃料电池电力系统的盘“弹出”盒的弹簧。
[0050]图21A和21B显示用于根据要求保护的发明的氢燃料电池电力系统的分别在透视图和横截面视图中正常关闭的针阀。
[0051]图22显示给移动电话充电的根据要求保护的发明的系统。
[0052]图23A显示在根据要求保护的发明的燃料电池系统中用于流体隔离的硅氧烷片。
[0053]图23B显示在根据要求保护的发明的燃料电池系统中提供流体隔离的供水盘针和硅氧烷片。
[0054]图23C显示在根据要求保护的发明的燃料电池系统中用于流体隔离的硅氧烷片的底视图。
[0055]图24A和24B分别图解了随着可旋转的致动器歧管从第一位置移动至第二位置，根据要求保护的发明的分割的燃料盒和可旋转的致动器歧管。
[0056]图25A和25B在侧视图和顶视图中分别示意性图解了根据要求保护的发明的可旋转的致动器歧管。
[0057]图26A和26B在打开和关闭视图中分别示意性图解了根据要求保护的发明的磁性提升安全停止阀。

【具体实施方式】
[0058]图1显示了根据要求保护的发明的水反应性、加氢燃料电力系统100的一个例子。系统100包括燃料盒120、供水盘130和燃料电池110。燃料盒120包括反应物燃料物质177。燃料盒120可以是与供水盘130分离的物理设备或可以与供水盘130整合。
[0059]反应物燃料物质177可包括稳定的碱金属物质，包括粉末比如硅化钠、钠硅胶、硼氢化钠、硅化钠/硼氢化钠混合物、铝和其它。活化剂、催化剂和/或添加剂可被添加至反应物燃料物质177以控制水分散通过反应物燃料物质177或反应副产物的水吸收。至反应物燃料物质177的添加剂也可包括消泡剂，比如油，比如矿物油，以及分布局部反应温度以在燃料盒120中产生更均匀热分布的其它物质。可控制反应物燃料物质177粉末大小以促进水输送、反应速度和副产物水吸收。例如，反应物燃料物质177的粉末大小可以从小于Imm至9mm变化。在一个实例实施中，硅化钠的粉末大小为从约4mm至6_。使该粉末大小足够大，以消除当将水或另一种水溶液添加至燃料盒时有问题的结合。代替将水添加至太细的粉末，该粉末当湿润时易于结合，随着将水199添加至燃料盒120，该反应物燃料配置允许添加的水199有效地到达新鲜粉末。
[0060]反应物燃料物质177也可包括稳定的碱金属物质比如硅化物，包括硅化钠粉末(NaSi)和钠-硅胶(Na-SG)。稳定的碱金属物质也可以与其它反应物质组合，包括例如氨-硼烷(含或不含催化剂)、硼氢化钠(与催化剂混合或不混合)，和当暴露于热或水溶液时产生氢的一系列物质和物质混合物。在一个实例实施中，反应物燃料物质177包括稳定的碱金属物质和此类任选的共反应物。
[0061]供水盘130可由用户填充水199。活化剂、催化剂或其它添加剂也可被添加至水199中以便形成液体溶液。供水盘130包括对水199加压的机构。图1显示的一个实例加压机构可包括波纹管160中的弹簧组件231，其加压水199以流动通过止回阀140和提升阀(poppet) 150并且进入燃料盒120。弹簧组件231可被安装在波纹管中以“推动”水通过止回阀140，或可被安装在波纹管中以“拉动”水朝向并通过止回阀140，这取决于弹簧特征和期望的递送机构。如以下针对图2和图8进一步讨论的，该加压机构可以是波纹管组件、弹簧组件、活塞组件等。弹簧组件、活塞组件和其它加压组件可位于波纹管外，以向波纹管提供压力来加压水，或可位于波纹管内，以向水提供直接的压力，如在图1中的例子所显示的。例如，图2显示位于波纹管260外的实例弹簧组件221。外部弹簧组件221对波纹管260和波纹管中的水199施加力。
[0062]另外，波纹管组件也可以是自加压的。例如，波纹管组件可由本领域已知的弹性材料制成，随着一定体积的水被添加至该波纹管组件，所述弹性材料膨胀和收缩，所述弹性材料比如硅氧烷，其它橡胶和弹性体，包括但不限于乳胶、聚氯丁二烯、聚酯、尼龙、聚氨酯等。在一些自加压的实例中，水溶液比如水被添加至波纹管组件，其膨胀以容纳该体积的水。该体积的水以与当一定体积的水被添加至球囊时球囊或充气袋膨胀的方式相似的方式使波纹管组件材料伸展。一旦期望体积的水被添加至波纹管组件，可关闭提升(阀)以阻止水离开波纹管，直到反应开始。为了开始该反应，可打开波纹管组件上的提升阀以使水溶液流动至反应物物质。然后该波纹管组件开始还原至其未膨胀的大小，这向水提供压力，并且水流动至燃料盒120。通过燃料电池与水盘的物理连接可启动提升阀150。通过使用其它机械或机电机构也可启动提升阀。可使用其它阀设计以进行开始和停止提升阀功能。
[0063]在另一个实例中，图8A显示供水盘130的贮存部832的分解图，其并入安装在供水盘130中以加压水199的弹簧组件834。弹簧组件834可以是倒置的弹簧，其中在使用期间将内线圈拉动通过外线圈。倒置的弹簧有效地增加弹簧组件834的长度，并且在位移范围内产生更大的线性力范围。然后该线性力可被转移至水和/或容纳水的波纹管组件。随着倒置的弹簧提供力以加压水，倒置的弹簧长度减小，然而，甚至当倒置的弹簧到达其为扁平(flat)状态时，该弹簧仍处于应力状态(提供力)。这使得甚至当几乎所有水(在波纹管或水盘的贮存部中)被使用时，水处于压力下。当解锁时，弹簧组件834通过在波纹管门组件上拉动对水施加力(例如，导致约2-4psi的加压水)。压力被用于从水盘130进料水流至燃料盒120以开始反应。弹簧组件834可以是传统的盘旋弹簧872或可以由细长的且被热处理的金属的冲压件制成，使得当弹簧组件834在波纹管组件260中扁平时，它仍处于应力状态(保持在压力下)。在该方式中，配置弹簧机构使得甚至当几乎所有水从波纹管组件260流出时有产生加压水的正弹簧力。
[0064]返回至图1，加压的水199或液体溶液通过止回阀140和提升阀150从供水盘130流入燃料盒120中。氢188在燃料盒120内产生并且流入燃料电池110。在图2中进一步详细地显示了显示通过波纹管组件260加压的水199流动通过提升阀150和止回阀140进入燃料盒120的图。在图2中显示的水199进入水箱和波纹管组件260。为了简化，在波纹管组件内和外的水199均显示为参考数字199。当水199与燃料盒120中的反应物燃料物质177反应时，产生氢188并且从燃料盒120流至燃料电池(在图2中未分开显示)。
[0065]弹簧驱动反应系统可使用弹簧特性以监测和确定在反应室比如燃料盒120中剩余的反应物燃料物质的量。该确定可直接或间接做出。利用在反应开始时燃料盒中的已知量的反应物燃料物质，监测在燃料盒中的压力。随着燃料盒内的压力改变，可确定添加至该反应的水的量，其提供了用于反应中的反应物燃料物质的量的指示。从在反应开始时反应物燃料物质的量减去使用的反应物燃料物质的量提供剩余的用于该反应的反应物燃料物质的量。例如，在反应开始时，在燃料盒120中存在已知量的反应物燃料物质。弹簧，比如图2中的弹簧221，在水箱(波纹管组件260)中形成压力，并且水199经止回阀140和提升阀150被注入燃料盒120。随着水199与燃料盒120中的反应物燃料物质177接触，产生氢。由于弹簧221提供压力以将水199注入燃料盒120，所以产生氢，其在燃料盒120中产生压力。在燃料盒120中产生的压力在水箱(波纹管组件260)上施加反向力，当在燃料盒中的压力等于通过流动产生的水压力时，水流动将停止，其又意味着另外的制氢也将停止。在燃料盒120中的氢压力不经意地超过通过水流动产生的水压力的情况下，止回阀将不允许水形成比通过弹簧确定的压力更高的压力。没有止回阀，该系统可以不受控地振荡。随着时间推移反应继续，由于力相对于弹簧的变形特征，可见有效的弹簧力在相同的时间段内衰减。随着弹簧的位移随着时间推移改变，水压力改变，其与在相同的时间内在燃料盒中的平均氢压力直接相关。所以，弹簧位移、水压力或氢压力的测量可用于间接确定反应状态。例如，该系统可以被表征，从而在反应开始时，在燃料盒中形成的压力是3psi，但是接近反应结束时，在燃料盒中的压力是lpsi。具有查询表(数据库)的微控制器可用于测量该压力并且确定反应状态。压力传感器和微控制器可存在于燃料电池、水盘、水盘和燃料盒之间的路径、燃料盒或其任何组合中。
[0066]弹簧力基于弹簧的物理特性，比如材料、线径、轴直径、内径和外径、节距、块长度、自由长度、圈数、弹簧刚度和受力下的长度。弹簧可以是任何多种不同的类型比如盘簧、板弹簧或钟表弹簧(clock spring)。基于这些物理特性,通过弹簧产生的有效力可用于确定反应室中的氢压力、已经反应的反应物燃料物质的量、或相似地在反应室中剩余多少反应物燃料物质。同样地，使用测力计比如测力计288可监测有效的弹簧力，以监测、确定和报告弹簧的有效力，并且从而监测、确定和报告通过氢气产生的压力。当然，测力计288也可安装在反应室中以监测由反应产生的氢压力。相似地，也可使用压力计。从这些压力和/或力的测量值，可以确定在燃料盒120中剩余的反应物燃料物质的量。例如，简单的查询表和/或数据库映射可用于将有效的弹簧力映射至在燃料盒120中剩余的反应物燃料物质的量。同样地，可使用相似的表，将燃料盒120中的氢压力映射至已经反应的反应物燃料的量。也可使用这些数据库映射/查询表的组合和变化。
[0067]返回至图1，燃料电池110利用来自燃料盒120的氢188和来自空气的氧以产生电势。一旦电势产生，系统100可用于充电和/或运行电子设备，比如在图22中显示的移动电话2201。适配器电缆2202可形成为可操作地连接系统100与电子设备。当然，其它电子设备可使用由系统100产生的电势以充电、或运行、或操作。在该公开中，燃料电池110被认为是燃料电池系统。例如，燃料电池系统可包含多个燃料电池、燃料电池堆、电池组、电力电子设备、控制电子设备、电输出连接器(比如USB连接器)、氢输入连接器和为冷却和反应二者都提供空气的空气进入位置。
[0068]使用许多不同的技术可将燃料电池(系统)110附连至供水盘130和/或燃料盒120。如在图6A中所显示，例如，燃料盒120被插入供水盘130中，然后使用在供水盘130上的导轨662a、662b和在燃料电池110上的导轨664将其固定至燃料电池110。随着燃料电池110沿着方向箭头F在供水盘130上滑动，弹簧闩666被位移，直到接合校准切口(未分开显示)牢固地阻止系统100的双向滑动。图6B显示该系统的固定位置。
[0069]在图6C中显示将燃料电池110机械地固定至供水盘130和燃料盒120的一种可选的方式。在该实例中，燃料电池I1不被机械地滑动并且锁定至燃料盒120和/或供水盘130，而是，使用闩668a、668b，供水盘130和燃料电池110捕获燃料盒120。通过使用压缩力与在供水盘130上的闩锁定点669a、669b接合，在制氢操作期间闩668a、668b可用于牢固地夹紧供水盘130与燃料电池110，以防止燃料电池110、供水盘130和燃料盒120分离。
[0070]无论燃料电池110以何种方式最终固定至供水盘130和燃料盒120，当适当地连接时，燃料电池I1在供水盘130中的提升阀150上推动，而同时推动燃料盒120进入供水盘130并且在水盘针682上，如图6D中描绘的侧视图中所显示(并且在图1和图2中示意性显示)。配置提升阀150和针682组合使得当燃料电池110与供水盘130接合时，提升阀150被压下，并且使来自波纹管260的加压水199沿着水路径535前进通过供水盘130，通过水盘针682，并且进入燃料盒120。为了避免溢出，供水盘130、燃料盒120和燃料电池110被适当地设定尺寸为具有合适的公差，从而仅当供水盘针682被插入燃料电池盒120内的套管(grommet)625中时(也参见图13A和13B中的针阀1329)水199流动。一旦水199到达在燃料盒120中的反应物燃料物质177，氢气将形成，在燃料盒120内产生压力。产生的压力将供应氢188至燃料电池110，同时也有助于限制从波纹管260输入燃料盒120的另外水199的量。
[0071]如也在图6C中所显示的，弹簧机构670可用于帮助从供水盘130弹出燃料盒120。例如，弹簧机构670可赋予物理力以从供水盘130完全移动/弹出燃料盒120，或从供水盘130部分移动/弹出燃料盒120，以使用户从水入口点比如在图2中显示的水入口点122更容易地完全移出和/或断开连接燃料盒120。此外，如在图6D中所显示，弹簧机构670使燃料盒提升脱离供水盘针682，所以即使图5A中的柱塞533被偶然地按压，氢生产也会被阻止。在图20中显示了图解弹簧机构670的供水盘130的另外的视图。
[0072]以下提供了关于系统100的另外的结构和操作细节，所述系统100包括供水盘130、燃料盒120和燃料电池110。以下另外的公开材料描述了根据要求保护的发明的供水盘、燃料盒和燃料电池的另外的结构和功能细节。
[0073]供水盘进料
[0074]图4A图解了具有插入的燃料盒120的供水盘130。显示的燃料盒120包括铝筒421和具有出氢口 424的塑料筒盖423。供水盘130可分成三个主要部分，包括波纹管/给水部分491、阀和提升阀部分492、和燃料盒容器部分493。供水盘130可包括接合或附连燃料电池110的导轨662。供水盘130可由绝缘塑料，比如热塑性、聚碳酸酯、PC/ABS掺混物或提供燃料盒120的安全操作的其它材料制成。如在图4B中的侧视图中所显示，实例绝缘塑料图案可包括缝隙494或用于热传递的塑料中的其它通气孔，并且随着水199进料至燃料盒120，使由燃料盒120产生的热消散。此外，喷涂或其它热绝缘材料，比如泡沫、气凝胶、硅氧烷等可被添加至筒以为用户提供绝缘和允许安全操作和/或提供热绝缘以提高内部反应温度。此外，绝缘塑料可包括底部(foot)495以提供供水盘130的支撑点(stand)。绝缘塑料也可包括用于另外的强度和耐久性的倾斜隆起496，并且也可用作对准设备以确保供水盘和燃料电池110的合适配合。
[0075]供水盘130包括被加压并且递送至燃料盒120的水199。如上所述和图2中所显示的，供水盘130可利用波纹管组件260以包含和容纳水199。如上所述，也可使用容纳、力口压和递送水199的可选方法。例如，可使用滑动活塞、塌缩隔膜、充气隔膜和其它可变形的容器，以及电动泵，比如压电泵等。
[0076]如图3中所显示，供水盘130可具有入口门336以允许用户容易填充或舀取水进入供水盘130。在另一个实例实施中，供水盘可以被密封，并且泵、注射器或其它加压水源可用于填充供水盘130或推动水进入波纹管组件。在一个实例实施中，入口门336可充当杠杆臂，允许可提供水压力的弹簧(比如图8A中所显示的倒置的弹簧834和图SB和SC中的冲压板)更容易地负载。
[0077]如图3和图8F中所显示，供水盘130可具有入口门336以允许用户容易填充或舀取水进入供水盘130。用户可向下在波纹管入口门336上按压以脱离锁定架815，并且准备使用供水盘130。入口门336可提供通向波纹管的入口(在图3中未分开显示)以包含和容纳水199。例如，门/波纹管组合可被旋转或平动以将弹簧834放在锁定位置，其负载弹簧834。在图SE中所显示的锁定位置，用户可容易地添加更多的水至波纹管260，而波纹管不会自塌缩。一旦将波纹管260用水199填充，用户就锁定波纹管门336关闭，如在图8F中所显示，其密封水199。
[0078]在图8B中显示了在其标称(向下)位置的弹簧834的例子。当在供水盘130中完全组装时，弹簧834在与负载相反的方向(向上)上被拉动通过其本身，如在图8C中所显不O
[0079]如在图8D中所进一步显示，然后波纹管260组件可被旋转或平动，离开锁定架815，以触发弹簧834。然后弹簧834加压波纹管260中的水199，在那里水可流动至燃料盒130。当然，其它锁定机构可用于获得通向波纹管260的入口以添加水199和负载弹簧834。例如，锁销1138a、1138b、1139可用于固定波纹管260，如在图11中所显示的。此外，滑动杆1242可用于获得通向波纹管260的入口以添加水199和负载弹簧834。在图12A中以锁定位置和在图12B中以解锁位置显示了滑动杆1242的例子。
[0080]如在图1和图2中示意性显示的，在锁定机构脱离后，水199准备被递送至燃料盒120。图5显示了供水盘130、水盘插件531、和燃料盒120和连接波纹管组件(在图5中未分开显示)与燃料盒120的水路径535的分解图。
[0081]在一个实例实施中，提升阀150中的柱塞533在包含水的波纹管组件和燃料盒120之间成直线。图19A中显示了在打开位置(水199从波纹管流动至燃料盒120)的柱塞533和提升阀150的详细附图，和图19B中显示了在关闭位置(水199不从波纹管流动至燃料盒120)的柱塞533和提升阀150的附图。在存储期间或当用户准备燃料盒120或负载燃料盒120时，柱塞533阻止水199离开波纹管组件。
[0082]在存储、输送期间和在其中安全规定水-反应物燃料反应未开始的其它情况下，提升阀150中的柱塞533可被锁定在其关闭位置，从而没有水可流动至燃料盒。该相互作用充当供水盘上的停止阀。可通过另外的机械手段比如杠杆、开关、致动器和电子开关手段比如安装在燃料电池、水盘和/或燃料盒上的电动开关、磁性开关闭合，启动关闭柱塞533的动作。在图26A和图26B中示意性图解了安装在燃料电池上的磁性停止阀闭合的例子。在图26A中，燃料电池(未分开显示)中的磁体2611被耦联至包含磁性提升阀2622的供水盘/燃料盒组合。磁体2611作用于提升阀2622，其保持提升阀2622在水路径2633之上，允许水如参考箭头W所显示的流动。在图26B中，将磁体2611从磁性提升阀2622移开(比如当燃料电池与供水盘/燃料盒组合分开时)。这允许提升阀移入水路径2633，阻塞水流动通过水路径2633。在该关闭位置，水可仅向后和向前流动，如通过参考箭头B和F显示的。其它机械、机电或磁机械设备也可用于开动阀和阻止水从加压水箱前进至燃料盒，直到供水盘和/或燃料盒被连接至燃料电池。在其中燃料盒和供水盘以整体单元并入的情况中，开关设备可用于阻止水流动，直到整体单元被连接至燃料电池。在另一个实例实施中，在运输中停止阀可简单地锁定，并且用户将拉动停止阀机构，驱使盒，并且使反应开始。
[0083]返回至图1、2、19A和19B，如上所述，当燃料电池110接合供水盘130和锁定在适当位置时，打开柱塞533和使水199沿着水路径535前进。水盘插件531可以与供水盘130整合，或可使用许多密封机构进行附连，包括胶/环氧树脂、超声焊接、物理压缩、垫圈等。超声波焊珠的例子显示为参考数字572。
[0084]当燃料电池110从供水盘130脱离时，随着弹簧537将阀弹簧放于其正常关闭的位置(图19B中所显示)，水流动将停止。柱塞533和/或提升阀150也可以是电子启动阀(一个或多个)，其中传感器(一个或多个)用于检测燃料盒120、供水盘130和燃料电池110的连接/断开。在一个实例实施中，永磁体被构造成阀组件的一部分。电线圈和合适的驱动电子设备可位于燃料电池110中，其可以与存在的燃料电池控制电子设备整合。此外地，微型泵也可用于在压力下递送水。微型泵也允许控制水流速，其可产生氢压力。控制方案可用于控制压力至期望值或标称范围内。
[0085]除图6C和图20中显示的可用于帮助从供水盘130弹出燃料盒120的弹簧机构670以外，弹簧机构497 (图4B中所显示)也可用于对着燃料电池110推动燃料盒120以提供气体(氢)密封所需要的力。弹簧机构497可以是物理弹簧，比如螺旋弹簧或盘簧、压力弹簧、片弹簧、梁等。例如，弹簧机构497可以赋予物理力以完全密封并且稳定燃料盒120至燃料电池110，以便燃料盒120的出氢口 424将氢提供至燃料电池110，而无泄露。
[0086]如上所述，当弹簧834与波纹管组件260结合使用以加压水199时，系统100提供另外的机构以阻止来自反向加压的弹簧834的瞬时高压力峰。该高压力峰可产生压力扰动和以振荡速率递送的水。如果弹簧834被反向加压，则较高的水冲击可产生振荡和/或正反馈情况，其产生无意识的逐步上升(escalating)的压力峰。多种方法可用于阻止来自反向加压弹簧834的瞬时高压力峰。例如，在以上陈述的关于图1、图4和图8的一种实施中，止回阀140可用于将压力峰与供水盘130的燃料盒容器部分493侧隔离。与弹簧834串联的止回阀140提供压力调节以隔离压力峰并且消除递送至反应物燃料物质177的水的振荡量。止回阀140对水199存储和进料是不可缺少的，其分别位于止回阀和提升阀壳体745中或被包括作为燃料盒120的一部分。当在反应物燃料混合物177之前放置止回阀140时，压力扰动可被消除，并且均匀体积的水199可被递送至燃料盒120中的反应物燃料混合物177。也可利用阻止来自反向加压弹簧的瞬时高压力峰的其它机构，比如控制的开/关阀可用于消除压力扰动和以振荡速率递送的水。可使用的另一设备是放泄阀，其可通过阀或通过燃料电池110简单地排出任何过量压力。在每种情况中，与弹簧组合的止回阀可用于消除水压力和至燃料盒120的流速的波动。
[0087]如图18B中所显示，在某些瞬时条件下，水流动限制器，比如限水流节流口 1886可用于阻止过量的水流动被递送至燃料盒120。限水流节流口 1886可用作水输入速率的安全限制器。限水流节流口 1886可调整递送的水的速率，以提供用于产生氢压力的反应物燃料物质177和水199之间的化学反应的充足时间。限制水流动故障可引起过量地大量水被递送至燃料盒120，导致高压力峰。限流节流口可被并入燃料盒、给水系统或二者。例如，在图18B中所显示的一种实施中，水节流口 1886可以是被推动进入管材或套管的实心盘中0.007英寸的孔。在图9中显示了管连接限水流节流口的详细视图，而在图10中显示了盘式限水流节流口。在另一种实施中，它可被直接模制入橡胶水分布组件之一中。在显示的实施中，节流口被制造为倒钩配件的一部分，其允许它直接被连接至管。在另一种实施中，倒钩水节流口的一侧可被直接插入套管，而不需要另外的接口配件。
[0088]燃料盒
[0089]如在图13A、13B和14A中进一步详细显示的，燃料盒120设计为“水反应性”类的盒。即，在燃料盒120中的反应物燃料物质177经历与水的化学反应。该化学反应产生氢气，其与燃料电池Il0中的氧或另一氧化剂接触以产生电。
[0090]在一个实例实施中，使用包括水反应性燃料物质177 (粉末)和塑料顶盖1327的薄壁的金属筒1426构造燃料盒120。可设定金属筒1426的大小，以方便操作并且与供水盘130结合使用。例如，金属筒1426可以是具有一定范围直径的圆形，一些在40和60mm之间，比如51mm直径，如在图13A、13B和14A中所显示的。筒1426可被制成具有一定范围的高度，一些在10和30mm之间，比如19mm高度，如在图13A、13B和14A中所显示的。筒1426可由冲击挤压铝制成，并且可被镀上其它材料，比如，例如金属、聚合物或环氧树脂。塑料顶盖1327可用于密封筒1426。也可使用其它材料，比如全塑料、全金属、刚性壁的、柔性壁的筒和盖，并且可以基于使用的水反应性燃料物质的类型进行选择，不论是否使用水或不同的溶液，不论燃料筒和/或盖是否打算再使用。
[0091]如图15C和I?中所显示，二次注塑的面密封垫1537用来密封彼此平行的两个表面。通常，当注射进橡胶材料时，注射设备可在注射点1555处留下粗糙表面或多余材料。多余材料(称作“溢料”)可留在两种工具汇合在一起的位置处。要求保护的发明的二次注塑的面密封垫1537配置为允许二次注塑的注射点在除密封表面以外的表面上。S卩，橡胶的注射点1555偏移密封点1566、1567，盖1527和氢输出口 1588的路径在此汇合。在制造期间，注射橡胶首先填充二次注塑的面密封件1537的水平凹陷，并且然后向上流动以在氢密封件1566处形成无溢料点。该结果是平滑的氢密封表面。密封表面包括但不限于硅化钠盒I/O 口和燃料电池I/O 口，包括氢输出端口 1588。面密封垫1537防止氢气或其它流体的径向泄露。二次注塑的设计提供单个盖组件(如在图15D中所显示)，其降低成本。
[0092]返回至图13A、13B和14A，在一个实例实施中，筒1426可通过机械夹压被连接至盖1327。塑料顶盖1327可使用夹压机床1606被夹压以密封燃料盒120，如在图16中所显示。夹压机床1606可用于制造燃料盒120的构造中的翻转夹压，如在图16B中所显示。在该实例中，燃料盒120主体包括金属筒1426和盖1327。通过直接向下施加压力通过夹压机床1606至筒和盖上，筒1426的壁翻转盖1327的顶部。这使得能够使用非常薄壁的燃料盒，同时提供高度稳健的盖限制机构。使用快速地垂直压缩，该技术和构造也可容易地以大体积生产进行制造，以产生翻转盒夹压。
[0093]如在图13A和13B中所显示，可选地(或组合)，燃料盒120也可包括密封螺钉1313和带螺纹的PEM螺柱(standoff) 1314组合，以将盖1327固定至筒1426。螺钉/螺柱组合可被连接在罐的内部或外部。螺钉/螺柱方法允许可再用的盖1327和筒1426，而夹压连接允许较低的重量、较低的成本和一次性。当然，也可使用其它类型的连接机构和紧固件，比如胶、环氧树脂、焊接、螺栓、夹子、支架、锚等。燃料盒120也可包括可用于在氢用于燃料电池110之前过滤氢188的过滤组件1359。
[0094]图13A和13B中所显示，在燃料盒120和燃料电池110之间的阀被称为插装阀1328。图17中显示了整体地安装至盖1327的插装阀的另一例子。在显示的实施中，塑料盖1327中的节流口以制造简单的成套设备(package)提供插装阀的核心功能(即氢流动控制)。插装阀1328可包括环绕节流口的ο-环型压缩配件，例如，使用高至约20N的压缩力在1.5mm的距离处压缩该ο-环。
[0095]在一些实例实施中，燃料盒120可具有两个密封的位置，其中一个密封的位置(插装阀1328)允许氢188从燃料盒120经过至燃料电池110，和另一密封的位置(针阀1329)允许水199被插入燃料盒120中。在图21A中，显示了针阀1329的透视图。在图2IB中也显示了针阀1329的详细的横截面视图。针阀1329可沿着运动球套管(sport ball grommet)的功能线构造。作为水密封设备，针阀1329允许水、液体或其它溶液经针或其它穿透源插入筒1426。当去除针或穿透源时，液体将不从燃料盒120泄出，或以其他方式流动。在一个或多个实例实施中，硅氧烷套管用作针阀1329，并且利用插入供水盘针682打开。当从供水盘130去除燃料盒120时，从燃料盒120去除供水盘针682，并且硅套管自关闭以形成密封。
[0096]针阀1329可由硅或其它橡胶构成，具有许多不同的硬度规格和尺寸。例如，图13A、13B、21A和21B中显示的针阀1329是硅套管，其具有1/16〃内径针进入点2158。这将容许22规格针进入阀1329。针阀的高度和宽度也可基于筒1426、燃料盘130、供水盘针682和其它组件的尺寸而变化。例如，图13A、13B、21A和21B中显示的针阀1329是硅套管，其具有5/16〃高度，在筒1426的外部延伸3/16"。相似地，水分布点2157的大小和规格也可变化。水分布点2157是反应进料管(在图21A和21B中未显示)附连以递送水至反应物燃料物质来开始反应的地方。水分布点2157的大小和几何形状也可变化，使得水可通过针阀直线前进(如图21A和图2IB中所显示)或可以以角度穿过(如在图13A和图13C中所显示)。例如，在图13C中，针阀1329使用套管，其中水199从供水盘130垂直地前进进入筒，而水从套管以90度角离开进入筒1426。图13C中显示的成角度的针阀促进低轮廓筒设计。
[0097]如在图23A中进一步显示的，对于另外的流体隔离，硅氧烷片2353可被添加在针阀1329的顶部上。硅氧烷片2353收集离开供水盘针边缘(在图23中未分开显示)的任何液滴。流体隔离的该另外措施可用来保护避免具有高pH的液体,该液体可流出滴珠。有时，供水盘针可具有从其产生的滴珠或残留喷雾。当去除供水盘针时，硅氧烷片2353结构产生捕捉任何液体的空隙2354体积。在图23B中显示了供水盘针682被拉出，并且拉伸硅氧烷片2353和产生空隙空间的图解。图23C中显示了硅氧烷片2353的底视图。此外，可制造针阀以便以单个部件进行针阀1329和硅氧烷片2353 二者的功能。
[0098]如图18A中所显示，反应进料管1883被插入燃料盒内部，并且连接至水分布点2157以分布水199遍及整个燃料盒120。在一个实例实施中，硅氧烷用作反应进料管1882，和小孔1884a、1884b、1884c用于水分散。由于在燃料盒120中该反应的副产物，刚性管材中的小孔1884a、1884b、1884c可具有阻塞的倾向。孔1884a、1884b、1884c可以是精密钻孔的、模制的或精密冲孔的。在一个实例实施中，由于管的挠性，在硅氧烷反应进料管1883中的孔环绕堵塞将自变大。
[0099]在图18B中显示的一个实例实施中，T形配件1884可用于连接反应进料管1883与水分布点2157。该T形配件1884允许反应进料管1883的快速手动组装，和允许定制反应进料管，和将水递送至反应物燃料物质。与图18A的反应进料管1883的情况一样，使用T形配件1884的相似的硅氧烷(或其它柔性)管材可利用孔或一系列孔控制由反应进料管分布至反应物燃料物质的水的均匀度、速度和量。例如，孔可以以宽范围的不同大小和位置制造。T形配件1884允许使用硅氧烷管或其它柔性管材，而无需定制成型。T形配件1884也允许管材留在控制区。没有T形配件，反应进料管1883的管材具有向筒1426的壁弹出的倾向。如果使用该配置将水递送至反应物燃料物质，则水可集中在筒壁附近的区域，并且可能不到达所有反应物燃料物质。T形配件允许管材不接近壁，而不需要胶、其它机械载体或定制成型部件，并且提供水至反应物燃料物质的均匀分布。但是，这些其它载体也可使用。
[0100]可分割燃料盒120，使得每次燃料电池110被附连至供水盘130时(或附连至在那些水反应性氢燃料电池电力系统中的供水盘和燃料盒的整合的组合，其中燃料盒不是与供水盘分离的物理设备)，水被提供至燃料盒的不同部分，从而与未耗尽的反应物燃料物质反应。例如，如在图24A中所显示和以下关于燃料盒所讨论的，一个实例燃料盒2420可分成许多部分2421、2422、2423、2424、2425、2426，在它们中可提供反应物燃料物质。为了清楚和简洁，在图24A中图解了六个部分2421、2422、2423、2424、2425、2426，但是燃料盒2420可包括任何数目和配置的部分，比如，例如10个部分。如在图24A中所显示，这些部分可被径向定向，其中分割壁2460将每部分分离，或可以以用其分离反应物燃料物质部分的其它配置定向。在图24A中显示的实例配置中，燃料盒2420也包括可旋转的致动器歧管2450，其用于选择向其中递送水的燃料盒部分。每次燃料电池110被附连至供水盘和燃料盒组合时，可旋转的致动器歧管2450与针(比如，例如供水盘针682，如在图6D中所显示)接合。当附连时，供水盘针(图24A中未显示)引起可旋转的致动器轮2350 —致旋转，使得制动器轮孔口 2470旋转至燃料盒的“下一”部分。例如，图24A显示了提供进入燃料盒2420的部分2424的孔口 2470。
[0101]在使用中，水199从进料盘130通过水路径535流动，如在图6D中进一步显示的。水199经供水盘针682进入燃料盒120。如在图24A中进一步图解的，水通过孔口 2470被分布至燃料盒2420的部分2424中存在的反应物燃料物质。在反应发生并且燃料电池110被用于向设备提供电力后，燃料电池110可从水盘/燃料盒组合移出。
[0102]用部分燃料盒2420，水反应性、加氢燃料的电力系统100可再使用多次(例如，次数可对应于燃料盒2420中的部分数目)。当随后再使用系统100时，燃料电池110被再连接至水盘/燃料盒组合。当再附连时，供水盘针682 (图6D中所显示)接合可旋转的致动器歧管2450，其旋转并且引起孔口 2470从部分2424移动到部分2425，如图24B中进一步显示的。通过旋转孔口 2470至部分2425，水现在可被递送至燃料盒2420的部分2425中存在的反应物燃料物质。当然，随着燃料电池110被再用于充电和/或提供电力至设备，该方法可重复多次。
[0103]同样地，也可使用将水递送至燃料盒的不同部分的可选技术。例如，水递送可受选择不同的水管以从针递送水至单独部分的影响。如在图25A中进一步显示的，可旋转的致动器歧管2450可包括可选择的多个口 2571、2572、2573，并且来自供水盘的水199可被导入至不同的水管(未分开显示)，并且最终至燃料盒的不同部分。旋转诱导夹2585可用于旋转歧管2450以选择合适的管。如在图25B中进一步显示的，使用定向齿或片，比如在图25B中的旋转诱导夹2585上的齿2586，夹子2585的单向旋转赋予歧管2450的单向旋转。如上所述，歧管的旋转可被机械地、电力地、磁力地等所诱导，这取决于使用该系统的环境和具体应用。
[0104]如图14B中所显示的，在一个实例实施中，可实施反应物保留筛网1447以阻止反应物燃料物质177移动和/或聚集，并且阻止高粘度硅酸盐泡的成核。如果当燃料盒120以其侧面放置或颠倒时操作系统100，则供水盘130可能不添加水流动至反应物燃料物质177。保留筛网1447保持粉末在筒1426内紧密靠近。在一个实例中，成型的保留筛网1447可被制造为具有稍大于筒1426壁的内径的直径。在反应物燃料物质177上可推动保留筛网1447，从而燃料盒的水分布点附近或在水管材1883下(图18A和18B中所显示)固结粉末，产生接近水分布位置的反应物燃料物质的均匀分布。该配置比如果反应物燃料物质遍及筒1426以非均匀方式分布提供更均匀的反应。
[0105]此外，如上所述，在一个实例实施中，水限制节流口 1886可在水分布点2157和反应进料管1883之间提供。在另一个实例中，水限制节流口可以直接在针阀1329中或直接在反应进料管1883中形成。可设定水限制节流口 1886的大小以限制水流动，从而避免在反应开始或如果燃料盒破裂情况中的过量水。在燃料盒破裂中，没有形成氢反压以抵消弹簧压力，其导致递送非常大量的水至燃料盒，这又产生非常高水平的氢流动。
[0106]在此处显示的氢“无阀”配置中，在燃料盒和燃料电池之间没有使用传统的阀。当连接燃料电池110、燃料盒120和供水盘130时产生氢，从而消除对于这种阀的需要。然而，如上所述，在燃料盒和燃料电池之间利用简单的ο-环、面密封件或其它简单的密封机构，而不需要正常地关闭阀进行气态氢的存储。水反应性燃料电池盒安全监管要求需要经过水浸溃试验，而无显著地(如果有任何的话)制氢。分离膜可用于阻止水通过氢输出节流口向后扩散进入水反应性的燃料盒物质中。当该盒不与供水盘和燃料电池连接时，关闭插装阀以阻止水进入该盒。
[0107]例如，在一种实施中，氢分离膜可热铆接(heat-stake)至燃料盒盖。在一个实例实施中，氢分离膜包含洗涤器以确保氢纯度。如图15A和15B中所显示的，盖可包括在盖内部的氢路径(图15A)或迷宫(图15B)，以提供另外的分离和过滤能力。例如，可使用CuO。在该路径中也可使用另外的洗涤器材料，这取决于可能存在的潜在污染物的类型和量。可选择洗涤器和分离膜以确保将高纯度氢气递送至燃料电池。在一个实例实施中，洗涤器和膜分离器之间使用薄片(sheet)以在过滤床上提供长的路径长度。
[0108]燃料电池典型地在给定压力上操作，其中氢流速由电流输出确定。如上所述和在图13A和13B中，在燃料盒120和燃料电池110之间的插装阀1328是可用作氢流动限制节流口的氢节流口。即，顶盖中的流动限制节流口可用于设置或调整至燃料电池的氢流量(压力)。由氢节流口大小和形成的氢压力确定形成的氢流量，所述氢压力由递送的水压力(至反应物燃料物质)确定。在要求保护的发明中，燃料电池动态地调节形成的氢流量。通过在恒定负载下充电或放电电池组(在燃料电池中)，如果氢可用，燃料电池增加燃料消耗，并且如果氢不可用，减少消耗。插装阀(氢节流口)和由给水系统弹簧形成的压力用于设置氢流量至最佳流量范围，其使燃料电池能够在可预知的电流下操作。在该方式中，要求保护的本发明的氢燃料电池类似于电流源，这与其中氢燃料电池典型地类似于电压源的先前系统相反。可选地，氢节流口可用于简单地设置最大流量，并且盒将自动调整流量低于如通过形成的压力和节流口大小所确定的最大水平。如果燃料电池消耗小于最大水平，并且包含阀以增进燃料内部电池压力(如在燃料电池系统中常见的)，燃料盒将自调整和维持标称恒定压力，并且仅产生燃料电池需要的氢量。
[0109]如上所述，燃料盒可利用硅化钠粉末作为反应物燃料物质。例如，30g燃料盒可包括4g的硅化钠粉末。约1ml的水与该携带能量的反应物燃料物质混合以产生约4升的氢气，产生从燃料电池约4瓦特小时的能量输出。燃料盒是防水的，具有两年的最短保存期限，可在至多70°C的温度下存储，并且可在约0°C至40°C之间的操作温度下使用以产生用于燃料电池110的氢气。
[0110]燃料电池
[0111]如上所述，要求保护的系统并入水反应性燃料电池，其利用反应物燃料物质，t匕如，例如硅化钠和水以制氢。根据要求保护的发明的一个实例燃料电池包括4个聚合物电解质膜(PEM) 100mAh电池的燃料电池组，额定5V，500mA输入和5V，100mA输出。根据要求保护的发明的一个实例燃料电池包括锂离子1600mAh内部缓冲，并且利用微型USB充电输入端口和USB-A充电输出端口。
[0112]根据要求保护的发明的实例燃料电池具有2.5W的额定输入(内部电池组的微型USB充电)，和2.5W(燃料电池模式)和5.0ff (内部缓冲/电池组模式)的额定总输出。根据要求保护的发明的一个实例燃料电池包括5.9Wh(1600mAh，3.7V)的内部缓冲(电池组)容量。根据要求保护的发明的一个实例燃料电池是紧凑和便携的，其具有大约66mm(宽度)xl28mm(长度)x42mm(高度)的尺寸和约175g(不含供水盘)和约240g(含供水盘)的重量。
[0113]因此，已经描述了本发明的基本概念，本领域技术人员将显而易见上述详细地公开旨在通过举例呈现，并且不是限制性的。除以上描述的实施方式和实施以外，本发明也涉及单独部件和方法，以及它们之中的各种组合和子组合。虽然本文没有清楚陈述，但是本领域技术人员想到和意图各种改变、改进和修改。从而旨在建议这些改变、改进和修改，并且其在本发明的精神和范围内。此外地，加工要素的叙述顺序或次序，或数字、字母或其它命名的使用，因此不旨在限制要求保护的方法至任何顺序，除在权利要求中规定的以外。因此，本发明仅被所附权利要求和其相当物限制。
【权利要求】
1.一种氢燃料电池系统，其包括: 燃料电池； 燃料盒，其包括在所述燃料盒上提供偏移注射点的二次注塑的面密封垫； 在所述燃料盒中的反应物燃料物质；和 可操作地连接至所述燃料盒的供水盘，其提供水溶液进入所述燃料盒以与所述反应物燃料物质反应，从而形成用于所述燃料电池的氢。
2.权利要求1所述的氢燃料电池系统，其中所述二次注塑的面密封垫包括燃料盒输入端口、燃料盒输出端口和氢输出端口的至少一个。
3.权利要求1所述的氢燃料电池系统，其中所述反应物燃料物质包括稳定的碱金属。
4.权利要求1所述的氢燃料电池系统，其中所述反应物燃料物质包括硅化钠或钠硅胶的至少一种。
5.权利要求1所述的氢燃料电池系统，其中所述供水盘包括容纳所述水溶液的波纹管组件。
6.权利要求5所述的氢燃料电池系统，其中所述波纹管组件自加压待提供至所述燃料盒的所述水溶液。
7.权利要求5所述的氢燃料电池系统，进一步包括: 所述波纹管组件内的弹簧，其加压待提供至所述燃料盒的所述水溶液。
8.权利要求7所述的氢燃料电池系统，其中所述波纹管组件内的所述弹簧推动所述水溶液至所述燃料盒。
9.权利要求7所述的氢燃料电池系统，其中所述波纹管组件内的所述弹簧拉动所述水溶液至所述燃料盒。
10.权利要求5所述的氢燃料电池系统，进一步包括: 所述波纹管组件外的弹簧，其加压待提供至所述燃料盒的所述水溶液。
11.权利要求5所述的氢燃料电池系统，进一步包括: 止回阀，其基于来自所述波纹管组件的所述水溶液的压力和在所述燃料盒中形成的氢的压力调整水溶液从所述波纹管组件向所述燃料盒的流动。
12.权利要求11所述的氢燃料电池系统，其中所述止回阀调整所提供的水溶液的压力为与所述波纹管组件压力相关的稳定衰减。
13.权利要求11所述的氢燃料电池系统，其中所述止回阀防止氢气使所述波纹管组件偏转。
14.权利要求11所述的氢燃料电池系统，其中所述止回阀缓冲初始提供至所述燃料盒的所述水溶液的压力以开始或重新开始反应。
15.权利要求1所述的氢燃料电池系统，其进一步包括: 提升阀，当所述提升阀在锁定位置时防止所述水溶液前进至所述燃料盒，并且使所述水溶液能够流动，致动所述燃料盒，并且当置于解锁位置时使所述反应开始。
16.权利要求1所述的氢燃料电池系统，其中所述燃料盒被分割成部分。
17.权利要求16所述的氢燃料电池系统，进一步包括: 可旋转的致动器，其选择向其中提供所述水溶液的所述燃料盒的分割部分。
18.—种控制氢燃料电池系统的方法，其包括: 将具有反应物燃料物质的燃料盒插入供水盘，所述燃料盒包括具有偏移注射点的二次注塑的面密封垫； 将燃料电池连接至所述燃料盒； 从波纹管组件至所述燃料盒提供水溶液以与所述反应物燃料物质反应；和 由所述水溶液和所述反应物燃料物质的反应形成氢。
19.权利要求18所述的控制氢燃料电池系统的方法，进一步包括: 将所形成的氢递送至所述燃料电池。
20.权利要求18所述的控制氢燃料电池系统的方法，其中所述反应物燃料物质包括硅化钠粉末或钠硅胶的至少一种。
21.权利要求18所述的控制氢燃料电池系统的方法，进一步包括: 用所述波纹管组件自加压待提供至所述燃料盒的所述水溶液。
22.权利要求18所述的控制氢燃料电池系统的方法，进一步包括: 用所述波纹管组件内的弹簧加压待提供至所述燃料盒的所述水溶液。
23.权利要求22所述的控制氢燃料电池系统的方法，其中加压所述水溶液包括推动所述水溶液至所述燃料盒。
24.权利要求22所述的控制氢燃料电池系统的方法，其中加压所述水溶液包括拉动所述水溶液至所述燃料盒。
25.权利要求18所述的控制氢燃料电池系统的方法，进一步包括: 用所述波纹管组件外的弹簧加压待提供至所述燃料盒的所述水溶液。
26.权利要求18所述的控制氢燃料电池系统的方法，进一步包括: 用止回阀调整所述水溶液从所述波纹管组件向所述燃料盒的流动。
27.权利要求26所述的控制氢燃料电池系统的方法，其中用所述止回阀调整所述水溶液的流动基于来自所述波纹管组件的所述水溶液的压力和在所述燃料盒中形成的氢的压力。
28.权利要求27所述的控制氢燃料电池系统的方法，其中调整所述水溶液的流动包括调整所述水溶液的压力为与所述波纹管组件压力相关的稳定衰减。
29.权利要求27所述的控制氢燃料电池系统的方法，进一步包括: 防止氢气使所述波纹管组件偏转。
30.权利要求14所述的控制氢燃料电池系统的方法，进一步包括: 用水流动限制器缓冲初始递送至所述反应物燃料物质的所提供的水溶液的压力以开始或重新开始反应。
31.权利要求18所述的控制氢燃料电池系统的方法，进一步包括: 当提升阀在锁定位置时防止所述水溶液前进至所述燃料盒，以及使所述水溶液能够流动，致动所述燃料盒，并且当所述提升阀置于解锁位置时使所述反应开始。
32.权利要求18所述的控制氢燃料电池系统的方法，进一步包括: 选择向其中提供所述水溶液的所述燃料盒的分割部分。
【文档编号】B01J7/02GK104394976SQ201380018464
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年2月7日
【发明者】A·P·华莱士, J·M·梅拉克, M·莱费弗德 申请人:智能能源有限公司