专利名称：化学氢化物氢产生系统及结合该系统的能量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氢产生系统，更特别涉及一种与一种燃料电池系统结合的化学氢化物氢产生系统。
背景技术：
因为氢在发电系统中有很多应用，所以已经被认为是一种未来对环境有利的清洁燃料。例如，氢可以用作燃料电池的燃料，尤其是质子交换膜燃料电池，使用氢和空气来发电，只产生作为副产品的水。开发燃料电池是为了替换传统的发电机，原因是它们产生清洁、对环境有利的能量。但是，这些燃料电池需要用于氢的外部供应和贮存设备。已经进行了大量的努力来开发一种安全有效的贮存氢的方式，特别是在移动应用中。传统氢贮存技术包括液体氢、压缩气筒、化合物的脱氢、化学吸收到金属合金以及象氢化物一样的化学贮存。但是，这些系统中每一个都是危险或庞大的。
最近提出了另一种贮存氢的方法。该方法使用一种传统的化学氢化物，例如NaBH4，作为氢贮存介质。该方法的原理是化学氢化物在存在催化剂时与水反应而产生氢，如下面化学方程式中所示
硼氢化物NaBH4既担当氢载体，又担当贮存介质。在该反应中可以使用钌、钴、铂或其它合金作为催化剂。要提到的是，在酸性环境没有催化剂的条件下该反应会发生，而在碱性条件下只会轻微反应。这意味着在碱性条件下可以贮存化学氢化物溶液并有一个贮存期限。因为产生的氢一半来自NaBH4，另一半来自H2O，所以该反应对于重量基位是高效的。硼氢化物是一种比较便宜的材料，通常在废水处理、药物合成等等中使用。处理和运输硼氢化物也比高压氢或低温氢容易和安全。结果，使用硼氢化物作为一种贮存作为燃料电池燃料的氢的方法有一些优点。
有几个使用化学氢化物的氢产生系统的已知例子。一种类型的氢产生系统包括一个包含化学氢化物的密闭容器和一个放置在容器之中用于搅拌容器中化学氢化物的机械搅拌装置。水注入容器与化学氢化物反应，并通过一个出口从容器中取出产生的氢。搅拌机械装置用于确保氢化物和水之间有足够的接触，同时防止氢化物凝块。因为在该系统中氢化物是固态的，所以搅拌装置是不可缺少的。但是，在这种系统中，搅拌装置消耗能量、增加总的系统重量并降低系统效率。此外，不希望在搅拌操作中产生噪声。另外，反应速度低，使燃料反应迟钝，不起作用或非常难于控制。系统还趋向庞大和笨重。
另一种类型的氢产生系统使用一种化学氢化物溶液。在该系统中，化学氢化物水溶液引入到催化剂床来产生氢。但是，有很多问题与这种液态系统相关。首先，在上面的化学方程式中，副产品硼酸盐NaBO2可溶性低于反应物硼氢化物，即NaBH4。特别是NaBO2只有大约20％可溶。这意味着为了在液态系统中产生氢，并由此减少与前面提到的固态系统相关的问题，溶液中硼氢化物的浓度只能是大约20％，这大大低于硼氢化物在水中的溶解度。因此系统可得到的氢浓度相当有限。
前面提到的例子的另一个缺点是系统都不能对燃料电池的燃料(氢)需求实时响应。这种能力称作负荷跟踪能力。
发明概述为了克服前面提到的与现有技术相关的缺点，本发明的一个方面提供了一种化学氢化物氢产生系统，包括一个贮存化学氢化物溶液的贮存装置；一个包含一种催化剂的反应器；一个第一供应装置，从所述的贮存装置提供化学氢化物溶液给所述的反应器，使得化学氢化物溶液在存在催化剂时反应而产生氢；其中系统还包括一个第二供应装置，在反应期间连续为化学氢化物溶液提供该溶液的溶剂。
化学氢化物溶液可以是硼氢化物的氢化物水溶液。溶液的溶质的形式可以是MBxHy，其中M是金属。特别是，溶质可以是NaBH4、LiBH4、KBH4、RbBH4。另外溶质可以是NH3BH3。化学氢化物溶液优选是水溶液，其中溶质是NaBH4和低于5％的LiBH4。为了确保系统在低温下正常工作，化学氢化物溶液还包含一种凝固点抑制剂。凝固点抑制剂优选是甘油，而且甘油的浓度不高于5％。甘油的浓度更优选是1％。溶液优选还包含碱性添加剂。更优选的是碱性添加剂从LiOH、KOH和NaOH中选择。更优选的是，碱性添加剂是0.1％的NaOH。
更优选的是，系统还包括一个流控制装置，当所述反应器中的氢压力达到第一值时有效的停止所述第一供应装置，当所述反应器中的氢压力达到低于第一值的第二值时启动所述第一供应装置。更优选的是，该系统还包括一个用于所述反应器的热交换装置，在正常工作期间从反应器中选择性的散热，当系统在低温下工作时加热该反应器。
根据本发明的另一个方面，提供了一种能量系统，包括一个由氢和氧化物产生电和水的燃料电池；一个化学氢化物氢产生系统，包括一个贮存化学氢化物溶液的贮存装置；一个包含一种催化剂的反应器；一个第一供应装置，从所述贮存装置提供化学氢化物溶液给所述反应器，使得化学氢化物溶液在存在催化剂时反应以产生氢；一个将所述反应器中产生的氢以受控方式提供给燃料电池的装置；以及一个在反应期间回收所述燃料电池中产生的水并将所述水提供给化学氢化物溶液的装置。
回收所述燃料电池中产生的水的所述装置优选包括一个气液分离器。该系统更优选包括一个开关装置，在第一模式时选择性地使反应之后离开燃料电池的过量氢能够循环回到所述燃料电池，在第二模式时使氢能够从燃料电池提供给催化燃烧器。更优选的是，该系统还包括一个第一控制装置，其在第一和第二模式之间有效地转换开关装置。
将在反应器中产生的氢提供给燃料电池的装置优选还包括一个在反应器和燃料电池之间的过滤装置，在氢提供给燃料电池之前净化反应器中产生的氢。
为了为能量系统提供负荷跟踪能力，系统还包括一个第二控制装置，当反应器中的氢压力达到第一值时有效地停止第一供应装置，当反应器中的氢压力达到低于第一值的第二值时启动该第一供应装置。
为了确保能量系统在低温下正常工作，系统还包括一个用于反应器的热交换装置，在正常工作期间从反应器中选择性地散热，当系统在低温下工作时加热该反应器。
使用在所述能量系统中的化学氢化物溶液可以是硼氢化物的水溶液。溶液的溶质的形式可以是MBxHy，其中M是金属。特别是，溶质可以是NaBH4、LiBH4、KBH4或者RbBH4。另外溶质可以是NH3BH3。化学氢化物溶液优选是水溶液，其中溶质是NaBH4和低于5％的LiBH4。为了确保系统在低温下正常工作，化学氢化物溶液还包含一种凝固点抑制剂。凝固点抑制剂优选是甘油，而且甘油的浓度不高于5％。甘油的浓度更优选是1％。溶液优选还包含碱性添加剂。更优选的是碱性添加剂从LiOH、KOH和NaOH中选择。更优选的是，碱性添加剂是0.1％的NaOH。
根据本发明的化学氢化物氢产生系统提供了一种安全、清洁、高效、可靠的氢产生系统和一种由氢产生系统和燃料电池系统协同工作的能量系统。该氢产生系统是安全的，因为在燃料电池中产生和使用的是低压氢而不是高压氢。系统还对环境是安全的，因为反应产物是无害的去垢基化学制品(detergent base chemical)。当使用新型的硼氢化物溶液时，系统可以在-20℃的低温下工作。系统中使用的压力控制装置使系统能够跟踪燃料电池的负荷并满足峰值性能要求。通过获取并循环燃料电池废气中的水并将其引入氢化物溶液，本发明的系统还提高了能量密度。试验显示，如果不是对当前可用的燃料电池系统有利，根据本发明的化学氢化物氢产生系统已经获得1.2KWh/L和0.8KWh/kg的能量密度，这是对等的。通过过滤系统循环的氢还可以允许更高的系统效率以及增加的化学氢化物能量密度。
附图简述为了更好的理解本发明，并更为清楚地显示可以如何实现它，现在将参照附图，附图通过举例的方式显示了本发明的优选实施方案，其中
图1是根据本发明的化学氢化物氢产生系统的第一实施方案的示意图；图2是根据本发明的化学氢化物氢产生系统的第二实施方案的示意图；图3是一幅显示了工作期间根据本发明的氢产生系统的氢流动的图；图4是一幅显示根据本发明的化学氢化物溶液的凝固点与溶液中凝固点抑制剂浓度之间的相互关系的图；图5是一幅显示根据本发明的化学氢化物溶液温度与溶液中凝固点抑制剂浓度之间的相互关系的图；图6是一幅显示两种不同化学氢化物溶液的比较结果的图。
优选实施方案详述通过下面对本发明优选实施方案的详细描述，其特征和优点将会变得更加清楚。
参看图1，根据本发明的化学氢化物发电系统包括一个氢产生系统和一个燃料电池系统。氢产生系统包括一个化学氢化物贮存罐5和一个反应器20。燃料电池包括一个燃料电池组3和一些外围设备，即一个冷却剂贮存罐4、一个热交换器14和一个气液分离器16。在该实施方案中，通过使用NaBH4作为氢产生系统中使用的化学氢化物的例子来描述本发明。
化学氢化物以溶液的形式贮存在贮存罐5中。当燃料电池组3需要氢时，由泵26将氢化物通过管道22提供给反应器20。反应器20包含一种用于反应的催化剂。因此，氢化物在反应器20中反应并产生氢。产生的氢通过反应器20上方的氢出口流出并通过氢管道11提供给燃料电池组3的阳极入口。如技术中已知的，氢在燃料电池组3的阳极反应，未反应的氢通过其阳极出口10离开燃料电池组3。未反应的氢化物以溶液的形式与副产品NaBO2一起通过管道6返回贮存罐5。
在燃料电池组3中，氧化剂，典型是空气，通过空气入口7引入到燃料电池组3的阴极。如那些本领域的普通技术人员已知的，空气中的氧在燃料电池组3的阴极处反应并产生水作为产物。未反应的空气通过其阴极出口离开燃料电池组3并通过如图1所示的排气管道17流出。
如前面提到的，氢产生反应的副产品，在该实施方案中是NaBO2，比反应物NaBH4不易溶解。具体的，NaBO2只有大约20％可溶。因此，随着氢产生反应继续，贮存在贮存罐中的氢化物溶液中的NaBO2浓度增加，直到达到NaBO2的溶解度。如果反应继续，贮存罐中将会出现固态NaBO2并可能提供给反应器20，导致氢产生系统阻塞。因而反应退化并且没有足够的氢提供给燃料电池组3。在传统系统中，为了防止这种情况发生，必须将溶液中氢化物的初始浓度降低到20％，这大大低于硼氢化物在水中的溶解度40％。所以系统可得到的氢贮存密度相当有限。在本发明中，通过连续将水引入氢化物罐5解决了这个问题。随着氢产生继续，溶液中增加的NaBO2浓度被增加的溶剂，即水所抵消。因此，氢化物的初始浓度可以高于传统系统中所允许的浓度，这导致更高的系统氢浓度。
将水连续引入氢化物罐5的操作优选是通过循环在燃料电池废气中得到的水并将水提供给氢化物溶液来完成。如图1中所示，水在燃料电池组3的阴极产生并与未反应的空气一起从燃料电池组3中排出。然后空气与水的排出混合物流入气液分离器16，在这里分离空气和水。从而回收水。然后通过回收水管道12将回收水引入贮存罐5中的化学氢化物溶液。因为水是燃料电池反应的副产品，所以氢产生系统利用其附近易于利用的水，使得系统效率增加。通常，回收废水可能使氢化物的初始浓度增加至少50％，如下表中说明的。
表1 传统NaBH4水溶液重复# NaBH4(g) WT％ H2O(g) NaBO2(g) WT％0.00400.0040.00％1000.00 0.00 0.00％1.00350.0036.75％952.3786.97 9.13％2.00300.0033.16％904.73173.94 19.23％3.00250.0029.17％857.10260.90 30.44％4.00200.0024.71％809.46347.87 42.98％5.00150.0019.69％761.83434.84 57.08％6.00100.0014.00％714.20521.81 73.06％7.0050.00 7.50％ 666.56608.78 91.33％8.000.00 0.00％ 618.93695.74 112.41％表2 本发明的NaBH4水溶液重复# NaBH4WT％H2O(g) NaBO2WT％ 回收(g) (g) H2O(g)0.00400.0040.00％ 1000.00 0.000.00％ 0.001.00350.0033.41％ 1047.63 86.97 8.30％ 95.272.00300.0027.39％ 1095.27 173.94 15.88％ 95.273.00250.0021.87％ 1142.90 260.90 22.83％ 95.274.00200.0016.80％ 1190.54 347.87 29.22％ 95.275.00150.0021.11％ 1238.17 434.84 35.12％ 95.27
6.00 100.00 7.78％ 1285.80 521.81 40.58％ 95.277.00 50.00 3.75％ 1333.44 608.78 45.65％ 95.278.00 0.000.00％ 1381.07 695.74 50.38％ 95.27表1和表2分别显示了在氢产生反应期间，对于传统溶液和对于根据本发明溶液的溶液中NaBH4、水和NaBO2的组成，其中水是随着反应进行而加入的。两个表中NaBH4的初始浓度都是40％，那就是说1L水中有400g的NaBH4。如试验数据显示，当溶液中剩下300g NaBH4时传统溶液开始阻塞。这是因为NaBH4的浓度接近初始20％的水平，当NaBH4的水平降到250g时超过这个值。本发明的溶液(表2)只在溶液中剩下250g的NaBH4时开始阻塞。此外，表格表明正好在NaBH4的量降到250g之前NaBO2的水平超过关键的20％。显然，本发明大大增加了NaBH4水溶液的氢产生容量。数据显示，通过增加废水，可以降低NaBO2的浓度，能够有效地远在阻塞发生之前降低NaBH4的水平。表1显示，如所期望的，由于为产生的氢使用H2O，H2O的量在试验结束时减少了超过四分之一。表2显示，由于增加了废水，总水量增加到近似1400g，并且在重复3时为1142.90克。这将要求罐5具有较大的容量。但是，NaBH4的初始数量增加了50g，即比传统系统中多1/6。水的增加只在反应继续的时候发生。在这个例子中，水量只增加了大约1/10，这意味着回收水仍然具有增加总系统能量密度的作用。
因为反应器20中的反应是发热的，所以必须提供必要的冷却装置。通常可以在反应器20中装配冷却管，冷却液在冷却管中流过。如图1中所示，在本发明中，用于氢产生反应的冷却剂可以是水或其它常用于燃料电池组3的冷却剂。冷却剂通过反应器20的冷却剂入口从冷却剂管道13a进入反应器20，流经反应器20中的冷却剂管并通过冷却剂出口离开反应器20，带走反应器20中产生的热量。然后冷却剂通过冷却剂管道13b返回冷却剂贮存罐4，并循环到燃料电池组3。通常在冷却剂到达燃料电池组3之前或之后，在冷却剂管道13中装配了热交换器14，从而使冷却剂保持在低温。然后冷却剂流经燃料电池组3，接着流入反应器20，并继续在冷却剂回路中循环。热交换器14原则上可以位于冷却剂回路中的任何位置。
在工作时，燃料电池组3发电，同时消耗由反应器20提供的氢。为了为氢产生系统提供负荷跟踪能力，在反应器20的氢出口处提供了一个压力传感器18。压力传感器18与氢化物供应管道22中的开关24相连，并控制该开关的操作，而开关24控制泵26将溶液从罐5抽到反应器20中。随着反应器20中的反应继续进行，产生氢并供应给燃料电池组3。但是，当燃料电池组3在反应器20中的氢产生速度高于燃料电池组3的氢消耗速度的条件下工作时，反应器20中氢的压力增加，直到到达一个确定值，那时压力传感器18启动开关24来关闭泵，从而切断到反应器20的氢化物供应。因此反应器20中的反应停止。然后燃料电池组3继续消耗氢，导致反应器20中的氢压力下降，直到到达一个确定值，那时压力传感器18控制开关24来启动泵26，从而为反应器20供应氢化物溶液，然后产生氢来满足燃料电池组3的需求。因此本发明的系统具有跟踪负荷以及满足峰值性能需求的能力。此外，当燃料电池组3关闭时，压力传感器18会立即启动开关24来关闭泵26。反应器20优选具有一个通风孔(没有显示)，使得能够将关闭时反应器中存在的氢以及其后产生的氢释放到环境中或一个贮存设备中。因此系统可以在比较短的时间内完全关闭。图3说明了使用了压力传感器18和开关24的本系统在以恒定速度工作期间的氢流动。如说明，氢流动在整个工作期间是稳定的。要认识到，曲线中氢流的下降表示系统过程关闭。为了系统瞬时关闭，是否需要在放气阀上为当前和关闭后产生的剩余氢提供一个通风孔？实际上，燃料电池和氢产生系统可以在低温下工作。但是，硼氢化物水溶液在大约0℃凝固。在本发明中，溶液可以是带有甘油和氢氧化钠的硼氢化物水溶液。图4显示了溶液凝固点与甘油浓度的相互关系，如图4中可以看到的，加入甘油大大降低了溶液的凝固点。例如，带有1％甘油的溶液是稳定的，而且仍然能够在-22℃的低温下工作。图5显示了甘油的各种浓度对溶液凝固点的作用。在图5中，溶液温度的突然增加表示溶液开始凝固，因为结晶过程是放热的。随着甘油浓度的增加，可以获得更低的凝固点，由16％甘油得到大约-35℃的凝固点。但是，硼氢化物的溶解度随着甘油浓度的增加而降低，因而总的氢产生系统的氢密度降低。试验显示甘油浓度优选低于5％，溶液凝固点和氢密度之间的最佳折衷是1％的甘油。1％的甘油不会显著损害硼氢化物溶解度，但达到了-22℃的凝固点。
为了进一步确保系统在低温下正常工作，也可以使用本发明中的冷却剂来加热系统。在这种情况下，可以在燃料电池组3和反应器20之间的冷却剂管道13中加入另一个热交换器，使得在冷却剂离开燃料电池组3之后将其进一步加热。加热后的冷却剂又加热反应器20，促进氢产生反应。
化学氢化物溶液优选还包括碱性添加剂，例如LiOH、KOH、NaOH，从而提供一个大大降低化学氢化物反应的碱性条件，由此延长溶液的贮存期限。NaOH由于其较低的质量和成本是最常用的。0.1％的NaOH浓度足以将PH提高到足以稳定溶液。
对于NaBH4，可以将另一种添加剂，即LiBH4加入NaBH4溶液。这种较轻的材料具有比NaBH4高得多的氢密度。但是，LiBH4和水反应的副产品LiBO2只有5％的溶解度，而LiBH4与水的反应比NaBH4与水的反应慢得多。这意味着为NaBH4溶液添加小于5％的LiBH4会在不导致副产品沉淀和不会显著影响其负荷跟踪能力的情况下增加溶液的氢密度。图6显示了NaBH4溶液与LiBH4-NaBH4溶液的比较结果。通常较慢的反应速度和温度上的缓慢增加表示混合溶液比纯NaBH4更稳定。
现在参看图2，显示了本发明的第二实施方案。在该实施方案中，类似的组件以相同的引用数字表示。如图2中可以看到的，根据本发明的化学氢化物氢产生系统包括一个氢产生系统和一个燃料电池系统。氢产生系统通常包括一个化学氢化物贮存罐5和一个反应器20。燃料电池包括一个燃料电池组3和一些外围设备，即一个冷却剂贮存罐4、一个热交换器14、一个催化燃烧器2和一个水回收单元1。在该实施方案中，本发明还是使用NaBH4作为氢产生系统中使用的化学氢化物的例子来进行描述。
氢在反应器20中以与第一实施方案中相同的方式产生。同样，冷却剂回路也是与第一实施方案中的相同。因此，为了简明扼要，将不会重复这些组件的描述。
在该实施方案中，氢从反应器20的氢出口进入燃料电池组3。优选在氢进入燃料电池组3之前，在氢管道11中装配一个过滤器26来去除溶液中的微小浮质颗粒、催化剂和其它粒子(而且这个过滤器可以包含在图1的第一实施方案中)。如那些本领域的普通技术人员已知的，提供给燃料电池组3的空气和氢的很大一部分不会反应。更合适的，过量的氢和空气分别通过燃料电池组3的阳极和阴极出口离开它。因此，优选是将过量的氢再循环回燃料电池组3进行反应。为了这个目的，在该实施方案中提供了一个氢循环回路15和一个催化燃烧器2。如图2所示，分别在氢循环回路15的两端提供了一个阀门9和一个离心泵19。特别是，在氢循环回路15与反应器20和燃料电池组3之间的氢管道11的连接处装配了一个离心泵19，在氢循环回路15与燃料电池组3和催化燃烧器2之间的氢管道11的连接处装配了一个阀门9。当燃料电池组3工作时，泵19连续工作，产生负压以确保反应器20中产生的氢从反应器20通过氢管道11连续流向燃料电池组3。过量的氢通过燃料电池组3的阳极出口10流向阀门9。阀门9处于关闭从阳极出口10到催化燃烧器2的氢管道11的位置，从而通过泵19强迫氢沿着氢循环回路15流动并回到燃料电池组3进行反应。在一个周期的基础上，阀门9转到开的位置，使得过量的氢流向催化燃烧器2。如图2中可以看到的，燃料电池来自其阴极的废气在离开燃料电池组3之后也沿着其各自的管道17流向催化燃烧器2。在催化燃烧器中，燃料电池废气中的氢和氧化剂在存在合适的催化剂时反应，以已知的方式形成水，即。然后水和未反应的燃料电池废气的混合物从催化燃烧器2流入水回收单元1，水回收单元1可以是一个气液分离器。水从混合物中分离出来并循环到氢化物贮存罐5。认识到空气或氢通常会过量，提供了一个排气装置8将剩余气体从水回收单元1排放到环境中。实际上，可以由控制装置，例如计时器(没有显示)，控制阀门9打开，从而使氢流向催化燃烧器2。打开阀门9还会防止燃料电池组3由于燃料电池反应中产生的水积聚而导致的溢出。打开阀门9的间隔时间可以按各种工作条件来变化并通过试验来优化。
本发明已经以两个实施方案进行了详细的描述。应该认识到，本发明中可以使用的化学氢化物包括但不限于如NaBH4和LiBH4等硼氢化物，其它类型的化学氢化物也可以使用，例如B2H6、LiAlH4、NH3BH3等等。同样，本发明中的燃料电池组3可以是使用纯氢作为燃料的任何类型的燃料电池。
可以预见，那些本领域的普通技术人员在学习了本发明的教导之后，能够对这里提出的实施方案进行各种修改。例如，系统中组件的数量和排列可以是不同的，可以使用不同的元件来达到相同的特定功能。但是，这些修改应该被认为是处于如下列权利要求中定义的发明保护范围之内。
权利要求
1.一种化学氢化物氢产生系统，包括一个贮存化学氢化物溶液的贮存装置，该化学氢化物溶液包括在溶剂中化学氢化物溶质的溶液；一个包含一种催化剂的反应器，该催化剂催化化学氢化物的反应来产生氢；以及一个第一供应装置，连接在贮存设备和反应器之间，从所述贮存装置提供化学氢化物溶液给反应器，使得化学氢化物溶液在存在催化剂时反应以产生氢；其中系统还包括传送装置，当使用中消耗化学氢化物时，将另外的溶剂传送给化学氢化物溶液。
2.一种如权利要求1中要求的化学氢化物氢产生系统，其中化学氢化物溶液是一种硼氢化物水溶液。
3.一种如权利要求1中要求的化学氢化物氢产生系统，其中化学氢化物溶液是一种水溶液，其中溶质的形式是MBxHy，其中M是金属。
4.一种如权利要求3中要求的化学氢化物氢产生系统，其中溶质是从NaBH4、LiBH4、KBH4、RbBH4构成的组中选取的。
5.一种如权利要求1中要求的化学氢化物氢产生系统，其中化学氢化物溶液是一种水溶液，其中溶质是NaBH4和按重量低于5％的LiBH4。
6.一种如权利要求1中要求的化学氢化物氢产生系统，其中化学氢化物溶液是一种水溶液，其中溶质是NH3BH3。
7.一种如权利要求1中要求的化学氢化物氢产生系统，其中化学氢化物溶液还包含一种凝固点抑制剂。
8.一种如权利要求7中要求的化学氢化物氢产生系统，其中凝固点抑制剂是甘油。
9.一种如权利要求8中要求的化学氢化物氢产生系统，其中甘油的浓度按重量低于5％。
10.一种如权利要求9中要求的化学氢化物氢产生系统，其中甘油的浓度按重量是1％。
11.一种如权利要求1中要求的化学氢化物氢产生系统，其中化学氢化物溶液还包含碱性添加剂。
12.一种如权利要求11中要求的化学氢化物氢产生系统，其中碱性添加剂从LiOH、KOH和NaOH中选择。
13.一种如权利要求11中要求的化学氢化物氢产生系统，其中碱性添加剂是按重量为0.1％的NaOH。
14.一种如权利要求1中要求的化学氢化物氢产生系统，还包括一条贮存设备和反应器之间用于溶液的返回管道，以及一个流控制装置，当所述反应器中的氢压力达到第一值时，该流控制装置有效地停止第一供应装置，当所述反应器中的氢压力达到低于第一值的第二值时，该流控制装置启动第一供应装置。
15.一种如前面权利要求中任一个要求的化学氢化物氢产生系统，其中该系统还包括一个用于所述反应器的热交换器，能够分别从所述反应器散热并为该反应器供热。
16.一种能量系统，包括一个由氢和氧化物产生电力和水的燃料电池；一个化学氢化物氢产生系统，包括一个贮存化学氢化物溶液的贮存装置，该化学氢化物溶液包括在溶剂中化学氢化物溶质的溶液；一个包含一种催化剂的反应器，该催化剂催化化学氢化物反应来产生氢；一个第一供应装置，连接在贮存设备和反应器之间，从所述贮存装置提供化学氢化物溶液给所述反应器，使得化学氢化物溶液在存在催化剂时反应以产生氢；一个在所述反应器和所述燃料电池之间提供氢给燃料电池的连接；以及一个回收装置，当使用中消耗化学氢化物溶液时，在反应期间回收在所述燃料电池中产生的水并将回收水提供给化学氢化物溶液。
17.一种如权利要求16中要求的能量系统，其中回收装置包含一个气水分离器。
18.一种如权利要求17中要求的能量系统，其中所述回收装置还包括一个在燃料电池和气水分离器之间的催化燃烧器，以及其中所述催化燃烧器包含连接到燃料电池用于过量氧化剂和氢的出口的入口，从而将来自所述燃料电池的废气中未反应的氢和氧进行反应以形成水。
19.一种如权利要求18中要求的能量系统，其中所述系统还包括一个第一阀门，该第一阀门被连接到燃料电池用于过量氢的出口，以及连接到催化燃烧器和连接到一个氢循环管道，该氢循环管道被连接到燃料电池的入口，在第一模式时选择性地使反应之后离开燃料电池的过量的氢能够循环回到所述燃料电池，在第二模式时使氢能够从所述燃料电池提供给催化燃烧器。
20.一种如权利要求19中要求的能量系统，其中所述系统还包括一个第一控制装置，在第一和第二模式之间有效地开关第一阀门。
21.一种如权利要求16到20中任一个要求的能量系统，其中所述连接还包括一个在所述反应器和所述燃料电池之间的过滤装置，用于在氢提供给燃料电池之前净化所述反应器中产生的氢。
22.一种如权利要求16到20中任一个要求的能量系统，其中系统还包括一个第二控制装置，当所述反应器中的氢压力达到第一值时有效地停止所述第一供应装置，当所述反应器中的氢压力达到低于第一值的第二值时启动该第一供应装置。
23.一种如权利要求16到20中任一个要求的能量系统，其中系统还包括一个用于所述反应器的热交换装置，该热交换装置选择性的地从所述反应器中散热和加热所述反应器，从而控制氢产生反应。
24.一种如权利要求16中要求的能量系统，其中化学氢化物溶液是一种硼氢化物水溶液。
25.一种如权利要求16中要求的能量系统，其中化学氢化物溶液是一种水溶液，其中溶质的形式是MBxHy，其中M是金属。
26.一种如权利要求25中要求的能量系统，其中溶质是从NaBH4、LiBH4、KBH4、RbBH4构成的组中选取的。
27.一种如权利要求16中要求的能量系统，其中化学氢化物溶液是一种水溶液，其中溶质是NaBH4和低于5％的LiBH4。
28.一种如权利要求16中要求的能量系统，其中化学氢化物溶液是一种水溶液，其中溶质是NH3BH3。
29.一种如权利要求16中要求的能量系统，其中化学氢化物溶液还包含一种凝固点抑制剂。
30.一种如权利要求29中要求的能量系统，其中凝固点抑制剂是甘油。
31.一种如权利要求30中要求的能量系统，其中甘油的浓度按重量低于5％。
32.一种如权利要求31中要求的能量系统，其中甘油的浓度按重量是1％。
33.一种如权利要求16中要求的能量系统，其中化学氢化物溶液还包含一种碱性添加剂。
34.一种如权利要求33中要求的能量系统，其中碱性添加剂从LiOH、KOH和NaOH中选择。
35.一种如权利要求34中要求的能量系统，其中碱性添加剂是按重量为0.1％的NaOH。
36.一种如权利要求16到20中任一个要求的能量系统，其中所述燃料电池包括一个包含多个燃料电池的燃料电池组。
37.一种产生并提供氢给燃料电池的方法，该方法包括(a)提供溶液供应，该溶液包括一种溶剂和一种溶解在其中的化学氢化物；(b)当需要氢时，提供溶液给包含一种催化剂的反应器，该催化剂催化化学氢化物反应以产生氢；(c)将产生的氢传送给燃料电池；(d)从燃料电池中氢的消耗回收水；(e)提供回收水给溶液供应，以补偿氢化物产生氢的反应期间消耗的水，并促进将产生氢的反应的产物浓度水平保持在可接受的水平，从而延迟将要限制氢的产生的任何产物沉淀的发生。
全文摘要
提供了一种化学氢化物氢产生系统及一种结合该系统的能量系统。氢产生系统包括一个贮存化学氢化物溶液的贮存装置；一个包含一种催化剂的反应器；一个第一供应装置，将化学氢化物溶液从贮存装置提供给反应器，使得化学氢化物溶液在存在催化剂时反应而产生氢；以及一个第二供应装置，用于在反应期间连续为化学氢化物溶液提供该溶液的溶剂。能量系统包括该氢产生系统、一个由氢和一种氧化物产生电力和水的燃料电池，以及一个在反应期间回收燃料电池中产生的水并将所述水提供给化学氢化物溶液的装置。
文档编号H01M8/04GK1525939SQ02813900
公开日2004年9月1日 申请日期2002年7月4日 优先权日2001年7月9日
发明者A·拉斯塔－沙里, D·弗兰克, R·拉迪－潘泰克, A 拉斯塔-沙里, 伎, 潘泰克 申请人:洁能氏公司