具有提高的体积效率的氢气发生器的制造方法

具有提高的体积效率的氢气发生器的制造方法
【专利摘要】公开了具有改善的体积效率的氢气发生器和用氢气发生器生产氢气的方法。将含反应物的流体从反应物储存区运输到反应区。氢气和流出物从反应区进入与反应物储存区和反应区的其中之一或二者成体积交换关系的流出物储存区中。将起初被压缩的过滤器设在流出物储存区中以除去氢气中固体。过滤器附接到使流出物储存区与反应物储存区和/或反应区分开的可移动隔壁上，及过滤器随着流出物储存区体积增加而扩张。
【专利说明】具有提高的体积效率的氢气发生器
发明领域
[0001]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。
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]提要
上述优点由本发明的氢气发生器提供。
[0010]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。
[0011]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；
?可移动隔壁能拉动过滤器以使过滤器扩张；
?过滤器包括弹性材料，且过滤器由于过滤器中压应力减小的结果而扩张；
?第一反应物起初装在第一反应物储存区中挠性第一反应物封装物内；和?氢气发生器包括第二反应物，且第二反应物在反应区中与第一反应物起反应；第二反应物能储存在反应区内；反应区能包括构造为催化第一第二反应物的反应的催化剂；第二反应物能起初在反应区内装在挠性第二反应物封装物内；挠性第二反应物封装物能缠绕有随着氢气和流出物移动到流出物储存区而施加力以减小第二反应物容器的体积的偏置部件；第一反应物和第二反应物的至少其中之一包括硼氢化物；第一反应物和第二反应物的至少其中之一是包括酸和金属化合物催化剂的至少其中之一的组成部分。
[0012]本发明的第二方面是氢气发生器，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构造为装入第一液体反应物；在容器内的反应区，该反应区具有体积；从第一反应物储存区到反应区的液体通道；在容器内的流出物储存区，流出物储存区具有体积并构造为储存氢气和由第一反应物在反应区内的反应所产生的流出物；从反应区到流出物储存区的流出物通道；在流出物储存区内起初压缩的过滤器，处于与流出物储存区流体连通的液体不可渗透而气体可渗透的部件；和氢气出口。起初压缩的过滤器构造为在氢气发生器运行期间扩张以装入一部分流出物，流出物储存区体积构造为在氢气发生器运行期间增加，及第一反应物储存区体积和反应区体积的至少其中之一构造为在氢气发生器运行期间减小。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。第一反应物能反应以产生氢气，而所有氢气都必须通过流出物储存区部分以到达氢气出口。
[0013]本发明的第二方面的实施例能包括下列特点中的一个或多个:
?过滤器构造为在氢气发生器运行期间施加力来减小第一反应物储存区体积、反应区体积、或者第一反应物储存区体积和反应区体积二者；
?氢气发生器还包括构造为在氢气发生器运行期间施加力来减小第一反应物储存区体积、反应区体积、或者第一反应物储存区体积和反应区体积二者的偏置部件；
?过滤器具有至少两个在压缩之前不同孔隙度的区；过滤器能包括两个不同的部件，它们在压缩之前各都具有不同的孔隙度；优选地在压缩之前最大孔隙度的区最接近流出物通道而最小孔隙度区最接近出口 ； ?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；
?可移动隔壁包括在流出物储存区内的挠性流出物封装物，挠性流出物封装物具有体积，和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构造为在氢气发生器运行期间增加；
?过滤器包括弹性材料，和过滤器由于过滤器中压应力减小的结果而扩张；
?第一反应物起初装在第一反应物储存区内的挠性第一反应物容器内；
?氢气发生器还包括第二反应物；第二反应物能起初装在反应区内的挠性第二反应物容器内；挠性第二反应物容器能缠绕构造为随着第一反应物和第二反应物反应施加力以减小第二反应物容器体积的偏置部件；第一反应物和第二反应物的至少其中之一能包括硼氢化物；第一反应物和第二反应物的至少其中之一能是包括酸和金属化合物催化剂的至少其中之一的组成部分；和
?反应区还包括催化剂。
[0014]本发明的这些和另一些特点、优点和目的通过参见下面的说明、权利要求书和附图将被该领域的技术人员进一步理解和意识到。
[0015]除非另有说明，否则本文使用下列定义和方法:
?“流出物”意指非气态的反应产物和未反应的反应物、溶剂及添加剂；
?“扩张”当在说明过滤器中使用时意指对过滤器材料来说同时体积增加、孔隙度增加和密度减小并仅适合于制造过滤器的材料；
?“挠性的”意指能例如通过拉伸、弯曲、折叠、不折叠及诸如此类改变形状；
?“起初”意指氢气发生器在开始反应产生氢气之前处于未使用或新鲜的(例如再充填)状态的条件；
?“体积交换关系”意指氢气发生器内两个或多个区或容器之间的关系，以致由一个或多个区或容器所失去的体积量同时被一个或多个另外的区或容器获得；这样交换的体积不一定是相同的物理空间，因此在一个地方失去的体积能在另一个地方获得。
[0016]除非本文另有说明，否则所有公开的特性和范围都是在室温(20_25°C)下确定的。
附图简介
[0017]在附图中:
图1A是在氢气发生器的使用之前反应物储存区、反应区和流出物储存区的第一安排的不意图；
图1B是在氢气发生器的使用之后反应物储存区、反应区和流出物储存区的第一安排的不意图；
图2A是在氢气发生器的使用之前反应物储存区、反应区和流出物储存区的第二安排的不意图；
图2B是在氢气发生器的使用之后反应物储存区、反应区和流出物储存区的第二安排的不意图；
图3A是氢气发生器的使用之前反应物储存区、反应区和流出物储存区的第三安排的示意图；
图3B是在氢气发生器的使用之后反应物储存区、反应区和流出物储存区的第三安排的不意图；
图4A是在氢气发生器的使用之前反应物储存区、反应区和流出物储存区的第四安排的不意图；
图4B是在氢气发生器的使用之后反应物储存区、反应区和流出物储存区的第四安排的不意图；
图5A是在氢气发生器的使用之前反应物储存区、反应区和流出物储存区的第五安排的不意图；
图5B是在氢气发生器的使用之后反应物储存区、反应区和流出物储存区的第五安排的不意图；
图6A是在氢气发生器的使用之前反应物储存区、反应区和流出物储存区的第六安排的不意图；
图6B是在氢气发生器的使用之后反应物储存区、反应区和流出物储存区的第六安排的不意图；
图7A是在氢气发生器的使用之前反应物储存区、反应区和流出物储存区的第七安排的不意图；
图7B是在氢气发生器的使用之后反应物储存区、反应区和流出物储存区的第七安排的不意图；
图8A是在氢气发生器的使用之前反应物储存区、反应区和流出物储存区的第八安排的不意图；
图8B是在氢气发生器的使用之后反应物储存区、反应区和流出物储存区的第八安排的不意图；
图9是氢气发生器的第一实施例的剖视图；和 图10是氢气发生器的第二实施例的剖视图。[0018]详细说明
本发明包括分开的氢气发生器，该氢气发生气能加到包括燃料电池组的燃料电池系统中，但它不是燃料电池本身的一部分。氢气发生器通常是能供应氢气给燃料电池，而不是供应通过燃料电池或在燃料电池内再形成的液体或其它流体以产生氢气或质子的可拆卸、可更换或可再装满的单元。
[0019]氢气发生器能与其一起使用的燃料电池能是包含一个燃料电池的蓄电池，或者它能是包含多个燃料电池的蓄电池(有时称之为燃料电池组)。燃料电池能是任何类型用氢作燃料的燃料电池。例子包括质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池和固体氧化物燃料电池。
[0020]在本发明的一个实施例中，氢气发生器包括容器，在该容器内具有一个或多个反应物储存区、反应区和流出物储存区。将一个或多个各都含一个或多个反应物的含反应物流体从一个或多个反应物储存区传递到反应区，在该反应区处一个或多个反应物起反应以产生氢气和副产物。一个或多个反应物也能起初包含在反应区内。反应能通过催化剂催化，该催化剂能起初处在反应区中或者包含在传递到反应区的流体中。副产物能包括气态、液体和固体反应物。氢气的产生迫使流出物从反应区穿过流出物通道到达流出物储存区。流出物能包括反应副产物及未反应的反应物和添加剂。
[0021]含反应物的流体能是液体或别的容易运输的流体。反应物能是流体(例如水)，或者反应物能是混合、悬浮、溶解或用别的方法包含在液体中。在将流体从反应物储存区运输到反应区之后，它起反应以产生氢气。在一个实施例中，一个或多个反应物在反应区中与催化剂接触时起反应。在另一个实施例中，将其中一个或二者包括反应物的两个流体运输到反应区中。这两个流体可以在中间混合区中或在反应区相互接触，在该处它们起反应以产生氢气；反应可以用催化剂催化，该催化剂能起初包含在反应区中或运输到反应区的流体中。在还有另一个实施例中，一个反应物优选地以固体形式包含在反应区中,而另一个反应物被从反应物储存区运输到反应区，在该处各反应物起反应以产生氢气；反应可以用在反应区中的催化剂催化。
[0022]将反应物储存区、反应区和流出物储存区安排成体积交换配置，以便随着在氢气发生器的运行期间反应物被消耗，流出物储存区通过移动起初含有反应物的区域体积减小而形成的可用空间中而同时体积增加，以便将流出物容纳在流出物储存区内。这样氢气发生器的总体积能减至最小，因为氢气发生器内起初空体积的量能保持在极小处(然而如果固体和流体反应产物具有例如比反应物的起初总体积更大的体积，则某些起初空体积也许是必不可少的)。能使用任何合适的体积交换配置。例如，一个或多个含反应物的区(例如，反应物储存区和/或含反应物的反应区)能邻近流出物储存区，或者流出物储存区能通过氢气发生器能移动或另外可供体积交换的一个或多个另外部件与含反应物的区域分开。
[0023]将氢气与液体和固体流出物分开并如所需要的那样通过氢气出口释放到设备如燃料电池。利用过滤器和氢气可渗透、液体不可渗透的部件来分离氢气。过滤器除去固体且也可以除去液体，和氢可渗透、液体不可渗透的部件除去液体和任何留下的固体，而只让气体通过氢气出口。任选地，在氢气发生器内或氢气发生器的下游可以包括另一些部件以便除去氢气流中的其它气体和杂质。
[0024]过滤器起初被压缩在流出物储存区内以便减小它的起初体积和孔隙度。随着氢气发生器运行和流出物储存区体积增加，过滤器扩张。这具有若干优点。首先，过滤器起初尺寸较小，而使流出物储存区能起初较小，因而对氢气发生器的体积效率产生影响。其次，过滤器能更好与流出物储存区的尺寸一致并随着流出物储存区变得更大而减小流出物围绕过滤器的流动。第三，随着过滤器变得更多孔，它可以更好的能持续除去颗粒物材料而不堵塞。第四，过滤器能提供力(除了由氢气、流出物和任何另外部件如偏置部件所施加的任何力之外)以便有助于流出物储存区的体积增加。
[0025]在一些不同的实施例中，随着空间由于体积交换的结果变得可用，过滤器能由于它的弹性通过被过滤器附接于其上的氢气发生器的另外内部部件拉动、通过在过滤器内或被过滤器环绕的偏置件、通过某个其它的机构、或其组合能扩张。例如，弹性材料能由于压应力减小而扩张。用于将过滤器的一部分附接到使流出物储存区与第一反应物储存区和/或反应区分开的可移动隔壁上是有利的。这能保证隔壁和过滤器一起移动，而防止间隙在过滤器和隔板之间形成和防止流出物通过穿过间隙流动绕过过滤器。过滤器还能附接到流出物储存区内或环绕流出物储存区的其它部件(如过滤器与可移动隔壁相对的边上的壁)上以便防止间隙随着过滤器扩张而围绕过滤器的其它部分形成。例如，过滤器的一部分能附接到外壳的内表面上，而过滤器的相对部分能附接到可移动的隔壁上。过滤器能帮助移动可移动隔壁并随着使用氢气发生器而扩大流出物储存区，或者可移动隔壁能拉动过滤器的附接部分(例如远离过滤器也附接于其上的外壳表面)，而使过滤器扩张。除了或代之以通过由扩张的过滤器所施加的力移动之外，可移动隔壁能例如通过偏置件如弹簧或通过隔壁的对边上的压差移动。在还有另一个例子中，能把一个或多个弹簧设在过滤器内，这样以便用弹簧迫使过滤器扩张。在一个实施例中，移动的隔壁能是在流出物储存区与第一反应物储存区和反应区的其中之一或二者之间的壁如刚性壁。在另一个实施例中，移动的隔壁能是封闭流出物储存区和装有过滤器的挠性流出物封闭物(下面详细说明)。在还有另一个实施例中，移动的隔壁包括挠性流出物封闭物和在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之间的分开的壁二者。过滤器能用任何合适的方式如用胶粘剂粘合、用一个或多个紧固体(例如夹子、螺钉、铆钉及诸如此类)紧固、或者用一个或多个带(例如绳、带、皮带及诸如此类)捆扎附接到可移动的隔壁上。
[0026]过滤器能是单部件过滤器。它在压缩之前能具有均匀组成和孔隙度，或者组成和孔隙度能变动。在一个实施例中，过滤器在压缩之前在上游部分(更靠近流出物通道的部分)中孔更多而在下游部分(更靠近氢气出口的部分)中孔较少。这样过滤器能在上游部分中除去较大的颗粒物而让较小的颗粒物转到下游部分，以便帮助防止过滤器的堵塞。
[0027]过滤器能是多部件过滤器，其中的至少一个部件起初被压缩而在氢气发生器的运行期间扩张。两个或多个部件在压缩之前能具有不同的孔隙度。把较高孔隙度过滤器部件设在过滤器的上游侧处和把较低孔隙度过滤器部件设在过滤器的下游侧处能是有利的。如果有两个以上过滤器部件，则把它们按孔隙度排列，即把较多孔的过滤器部件放在较少孔的过滤器部件的上游。各个过滤器部件能具有均匀的或不均匀的组成和孔隙度。所有过滤器部件都能用相同类型的材料制成，或者对单个过滤器部件能采用不同的材料。能把两个或多个过滤器部件接合在一起以便形成具有不同层的层状过滤器。各过滤器部件能用任何合适的方法如用胶粘剂粘合来接合。
[0028]过滤器材料和初始压缩量能至少部分地基于流出物的预期量和组成进行选择，以便在氢气发生器的使用期间随着过滤器扩张并保持一部分流出物而始终至少提供最小过滤器孔隙度，以使足够的氢气能到达氢气可渗透流体不可渗透的部件和出口以便至少提供最小所希望的氢气流动速率。
[0029]过滤器部件和它们由其制造的材料的理想性能包括:在至少预期的使用持续时间期间与流出物接触的化学稳定性、可压缩性、在压缩之后使用之前和使用期间扩张或待扩张到所需程度的能力、及在使用之前和使用期间所需范围内的孔隙度和孔径分布。在材料选择中也能考虑对流出物中液体的亲和力或没有亲和力。
[0030]在一个实施例中，过滤器的至少一部分用对流出物中液体没有亲和力和可能甚至往往会排斥流出物中液体的材料制成。例如，在流出物含水成液的地方，一部分过滤器可以是不亲水和也许是疏水的材料。如果仅有一部分过滤器对流出物中液体没有亲和力或者往往会排斥流出物中液体，则优选地至少那部分过滤器接近通向流出物储存区的流出物入口。这样接近流出物入口的那部分过滤器能除去氢气流中固体，且随着过滤器扩张过滤器能容纳不断增加的固体量。在该实施例中，也许能避免由于可以伴随液体的吸收而产生的膨胀所造成那部分过滤器中的孔的过早堵塞。
[0031]在另一个实施例中，至少一部分过滤器用对流出物中液体有亲和力的材料制成。例如，在流出物含水成液的地方，一部分过滤器可以是亲水的。如果只有一部分过滤器对流出物中液体有亲和力，则优选地至少那部分过滤器接近液体不可渗透而气体可渗透的部件和/或氢气出口对流出物中液体有亲和力。这样，这部分过滤器能吸收可能有固体溶于其中的液体并防止堵塞液体不可渗透而气体可渗透的部件和/或氢气出口。
[0032]在还有另一个实施例中，过滤器具有对流出物中流体没有亲和力并可能甚至力图排斥流出物中液体的一部分和对流出物中液体有亲和力的另一部分二者。对流出物中液体没有亲和力的部分靠近通向流出物储存区的流出物入口，而对流出物中液体有亲和力的部分靠近液体不可渗透而气体可渗透的部件和/或氢气出口的其中之一或二者。
[0033]氢气可渗透而液体不可渗透的部件能位于流出物储存区内、氢气出口内、或在出口与流出物储存区和从出口到燃料电池的氢气通道的其中之一或二者的交界处。在某些实施例中，上述部件是高度可渗透氢气而较少可渗透可以与氢气一起例如作为副产物或污染物存在的其它气体。氢可渗透而液体不可渗透的材料能是任何合适的形式，如板材、膜或非平面形式。
[0034]过滤器部件、氢气可渗透而液体不可渗透的材料或二者能涂以或部分地充以一种或多种其它材料如促进流出物中所含的未反应的反应物的反应的催化剂、捕集流出物中有害杂质的离子交换树脂、打破流出物中气泡的消泡剂、和改善流出物的流动性的表面活性剂。
[0035]一个或多个反应物储存区、反应区和流出物储存区的其中之一或全都能由容器的内表面和氢气发生器的其它部件中的一个或多个限定，或者这些区域中的一个或多个能用封闭物如反应物储存封闭物、反应区封闭物或流出物储区封闭物封闭。这些封闭物能经历形状变化(例如通过挠曲)，所以它们的内部体积能随着材料退出或进入封闭物而减少或增力口。封闭物能包括一种结构例如像袋、气囊或膜盒这样的。封闭物的壁能折叠或用弹体材料制成，上述弹体材料能例如伸展或收缩以便能实现内部体积改变。在一个实施例中，封闭物能具有一能伸展以便提供更大的内部体积和能对内装物施加力以促进排空内装物的壁或壁的一部分。[0036]在一个实施例中，流出物储存区能用封闭物封闭。一个或多个过滤器部件能紧固到封闭物上一个或多个合适位置中以便尽量减小流出物能围绕过滤器部件流出的量。封闭物能是或者能包括氢气可渗透而液体不可渗透的材料以便在流出物储存区中将氢气与液体分离。
[0037]包括反应物的流体能用任何合适的方法从反应物储存区中运输。例如，它能通过对液体施加力进行芯吸、泵送、排出、或其组合。如果流体进行泵送，则泵能设在氢气发生器内或其外部。泵能用燃料电池、在氢气发生器内的蓄电池、或者外部电源提供动力。力能贴着储存区封闭物、贴着与封闭物接触的可移动隔壁、或贴着例如与封闭物接触或者是封闭物的一部分的一个或多个其它部件(如阀组件)直接施加。力能以各种不同方式如用弹簧、当用弹性件完全缠绕反应物储存封闭物时起初伸展的弹性反应物储存封闭物、在反应物储存封闭物之上或之内的空气或气体压力、过滤器在流出物储存区中的扩张、或其组合提供。
[0038]流体反应物组成通向反应物区并在反应物区内的流动路线包括不同的部件如管子、管芯连接、阀等。在反应区内，流体反应物组成能用分散件分散以改善新鲜反应物的分布。分散件能包括一个或多个深入反应区中或在反应区内的结构。结构能是管状或能具有其它形状。分散件的至少一部分能是挠性的，因此它能随着在氢气发生器的运行期间反应物组成和/或反应区改变形状而能移动。在一个实施例中，分散件能包括具有若干其中流体反应物组成能穿过其输出的孔或狭缝的管子。在另一个实施例中，分散体能包括流体反应物组成能透过其的多孔材料。在另一个实施例中，分散件能包括流体反应物组成能穿过其芯吸的材料。在还有另一个实施例中，芯吸材料的套管是围绕分散件的另一个部件提供。这能阻止固体反应副产物在另一个部件上形成并堵塞孔、狭缝、孔隙等，和防止流体反应组成的流动。
[0039]氢气的产生能进行控制以便按需要生产氢。控制能基于一个或多个判据如:压力(内压或内外压差);温度(例如氢气发生器、燃料电池或装置温度);燃料电池电状况(例如电压、电流或功率)；或装置判据(例如内部蓄电池状况、功率输入、或工作方式)。
[0040]氢气发生器能使用各种各样能反应产生氢气的反应物。一些例子包括化学氢化物类、碱金属硅化物类、金属/硅胶类、水、醇类、稀酸和有机燃料(例如N-乙基咔唑和全氢芴)。
[0041]如本文所用的，术语“化学氢化物”广义地规定为能与液体反应以产生氢气的任何氢化物。适合于在本文所述的氢气发生设备中使用的化学氢化物的例子包括，但不限于，元素周期表中IA-1VA族的元素的氢化物及其混合物，如碱或碱金属氢化物，或其混合物。化学氢化物的具体例子包括氢化锂、氢化招锂、硼氢化锂、氢化钠、硼氢化钠、氢化钾、硼氢化钾、氢化镁、氢化韩、及其盐类和/或衍生物。在一实施例中，化学氢化物如硼氢化钠能与水起反应以产生氢气和副产物如硼酸盐。这能是在催化剂、热、稀酸或其组合的存在下进行。
[0042]碱金属硅化物是碱金属在惰性气氛中与硅混合并将所产生的混合物加热到低于约475°C的温度下的产物，其中碱金属硅化物组成在干度〈3/4的情况下不起反应。这些碱金属硅化物在美国专利公报2006/0002839中说明。尽管任何碱金属包括钠、钾、铯和铷都可以使用，但优选的是在碱金属硅化物组成中所用的碱金属是钠或钾。包括IIA族金属(铍、镁、钙、锶、钡和镭)的金属硅化物也可以是合适的。在一实施例中，硅化物能与水起反应以产生氢气和可溶于水的硅酸钠。[0043]金属/硅胶包括IA族金属/硅胶组成。组成具有吸附到硅胶孔隙中的IA族金属。IA族金属包括钠、钾、铷、铯和两个或多个IA族金属的合金。IA族金属/硅胶组成与干O2不起反应。这些IA族金属/硅胶组成在美国专利7410567 B2中说明并能与水快速反应以产生氢气。IIA族金属/硅胶组成,包括IIA族金属(铍、镁、?丐、银、钡和错)中的一个或多个也可以是合适的。
[0044]反应物储存区中所包含的反应物组成是能从反应物储存区运输到反应区的流体。流体能是或包括液体如水、乙醇、稀酸、或其组合。反应物能混合、溶解、或悬浮在液体中，只要在到达反应区前没有显著的反应。例如，流体能是溶于水的化学氢化物，且化学氢化物在通过与反应区中的催化剂、热或酸接触开始反应之前不与水起反应。
[0045]能使用一种或多种催化剂来催化氢产生反应。合适的催化剂的例子包括元素周期表的VI11族的过渡金属(铁、钴、镍、钌、错、钮、锇、铱和钼)、IB族(铜、银和金)和IIB族(锌、镉和汞);及其它过渡金属包括钪、钛、钒、铬和锰。合适的催化剂还包括金属盐类如氯化物、氧化物、硝酸盐和醋酸盐。某些金属盐类能溶于含反应物的流体中。
[0046]添加剂能用于不同目的。例如，添加剂能包括用固体反应物作为粘结剂以使固体材料保持处于所需的形状或者作为润滑剂以有助于形成所需形状的过程。另外的添加剂能包括用液体或固体反应物组成来控制pH,以便控制例如反应的速率。这些添加剂包括但不限于酸类(例如盐酸、硝酸、醋酸、硫酸、柠檬酸、碳酸、苹果酸、磷酸和乙酸或其组合)，或碱性化合物类。能利用添加剂如醇类和聚乙二醇基化合物来防止流体的冻结。能利用添加剂如表面活性剂类或湿润剂类来 控制液体表面张力和反应产物粘度以便有助于氢气和/或流出物的流动。一些添加剂如多孔纤维(例如聚乙烯醇和人造丝)能帮助保持固体反应物成分的孔隙度并有助于含反应物流体的均匀分布和/或氢气和流出物的流动。
[0047]在一个实施例中，化学氢化物如硼氢化钠(SBH)是一种反应物，而水是另一种反应物。SBH能是液体如水的成分。SBH和水当它们在反应室中与催化剂、酸或热接触时能起反应。SBH能作为固体储存在反应区中。它能作为粉体存在或形成所需的形状。如果希望增加SBH和水之间的反应速率，则能将固体酸如苹果酸与SBH混合，或者能把酸加到水中。固体(例如粉状)SBH能形成一团如块、片或丸以便减少流出反应区的流出物中所含的未反应的SBH的量。如下面所用的，“丸”涉及固体反应物和其它组分能形成任何合适的形状或尺寸的团块体。丸应如此成形以便它在固体和液体反应物之间提供大的接触表面积。优选地水是另一种反应物。例如，能把包括约50-65% (重量计)的SBH，约30-40% (重量计)的苹果酸和约1-5% (重量计)的聚乙二醇的混合物压成丸。任选地，能包括高达约3% (重量计)表面活性剂(消泡剂)、高达约3% (重量计)二氧化硅(防结块剂)和/或高达约3% (重量计)粉末加工流变学助剂。丸的密度能部分地视所需的氢气体积和待生产的氢气最大生产率而定进行调节。希望是高密度以便从规定的体积产生大量氢气。另一方面，如果丸的孔太多，则未反应的SBH能更容易分裂并作为流出物的一部分被从反应区中冲出。视待通过氢气发生器生产的所需氢气体积而定，在氢气发生器中能使用一丸或多丸这种固体反应物组成。在氢气发生器中水与SBH的比例能部分地根据所需的氢气量和所需的氢气生产速率来变动。如果比例太低，则SBH利用能太低，而如果比例太高，则由于在氢气发生器中没有足够的为所需的SBH量可用的体积而所产生的氢气量也太低。
[0048]因为氢气发生反应能产生热，所以可能理想的是在使用期间为氢气发生器提供冷却。外壳可以设计成提供冷却剂通道。在一个实施例中，能把若干间隔肋设在外壳的一个或多个外表面和/或与氢气发生器安置或安装于其中或其上供使用的燃料电池系统或装置的分界面上。在另一个实施例中，氢气发生器能包括围绕外壳的外夹套和在外壳与外夹套之间的冷却剂通道。能使用任何合适的冷却剂如水或空气。冷却剂能通过对流或通过其它方法如泵送或吹气流动。材料能进行选择和/或结构如翅片能加到氢气发生器上以有助于热传递。
[0049]另外可能理想的是尤其在起动时和/或在低温下运行期间提供用于加热氢气发生器的方法。
[0050]氢气发生器能包括另外的部件如用于控制氢气发生速率的控制系统部件(例如压力和温度监测部件、阀、定时器等)、安全部件如卸压通气口、热管理部件、电子元件、及诸如此类。在氢气发生器的运行中所用的某些部件能设在外部而不是氢气发生器本身的部分，而在氢气发生器内形成更多的可用空间且即使更换氢气发生器也能通过允许重新使用相同的部件而降低成本。
[0051]氢气发生器能是一次性使用的或是可再灌装的。对于可再灌装的氢气发生器来说，在外壳中能包括反应物灌装口，或者新鲜反应物能通过打开外壳并更换反应物的容器装料。如果使用外部泵来将流体反应物组成从反应储存区泵送到反应物区，则也能使用起到泵的流体反应物组成出口作用的外部连接来以新鲜流体反应物组成再灌装氢气发生器。当装配新氢气发生器时，灌装口也能是有利的，而不管它是一次性使用的还是可再灌装的。如果氢气发生器是一次性使用的，则将具有预期使用寿命大于氢气发生器的预期使用寿命的部件设在外部如设在燃料电池系统或电气设备中，尤其是部件价格高时，能是有利的。
[0052]反应物储存区、反应区和流出物储存区能以许多不同的方式安排，只要流出物储存区与反应物储存区和反应区的其中之一或二者处于体积交换关系，这将使起初被压缩的过滤器能随着流出物储存区体积增加而扩张。在选择安排时的另一些考虑包括热管理(用于所需反应速率的足够热量和消散反应所产生的热量)、所希望的外部连接的位置(例如，对氢气来说，流体反应物流到外部泵和从外部泵流动)，任何必需的电连接(例如用于压力和温度监测及流体反应物流动速率的控制)、和便于装配。
[0053]图1A-8B示出氢气发生器的反应物储存区1、反应区2和流出物储存区3的各种可能的安排。每对图形A和B分别示出在使用氢气发生器之前和之后各部件的相对尺寸的对照。这些图不是按比例绘出且未示出氢气发生器的任何其它部件。它们仅示出能使用的许多可能的安排中的少数。
[0054]图1A和IB示出在反应物储存区I和反应区2被流出物储存区3分开的情况的安排。如从图1A和图1B的对照清楚看出的，流出物储存区3与反应物储存区I和反应区2二者成体积交换关系。
[0055]图2A和2B示出类似于图1A和IB中安排的安排，不过流出物储存区3是在一端上而不是在反应物储存区I和反应区2之间。尽管在图2A和2B中流出物储存区邻近反应区2，但上述各区1，2，和3能安排用流出物储存区3邻近反应物储存区。即使流出物储存区3仅邻近另两个区的其中之一，但它与二者成体积交换关系，因为流出物储存区3中的体积增加量包括反应物储存区I和反应区2 二者中的体积减小。
[0056]图3A和3B也示出类似于图1A和IB中安排的安排，不过尽管上述各区1，2和3在图1A和IB中以水平或线性配置安排，但它们在图3A和3B中以垂直或堆叠的配置安排。在堆叠配置中各区1，2和3的顺序也能用如上所述参照图2A和2B的类似方式变动。
[0057]图4A和4B示出有两个区(区I和2)并排堆叠在另一个区(区3)上的另一种安排。如上所述，各个区1，2和3的位置在这种安排类型中能变动。
[0058]图5A和5B，及图6A和6B示出其中区1，2和3中的一个邻近区1，2，3中的另一个的一个以上侧面的安排。如上所述，各个区1，2和3的位置在这些安排类型中能互换。
[0059]在图7A和7B中所示的安排示出一个反应区2，而流出物反应区3邻近反应区2的两个对边，和反应物储存区I邻近每一个流出物储存区3。在某些实施例中，两个流出物储存区3能是被流出物储存区在一个或多个另外的平面中的一个或多个另外部分接合的一个流出物储存区3的不同部分，和/或两个反应区2能是反应物储存区I在一个或多个另外平面中的一个或多个另外部分接合的一个反应物储存区I不同部分。正如上述安排中那样，图7A和7B中各区1，2和3的位置能互换。
[0060]图8A中的安排类似于图4A中的安排，其中两个区在使用氢气发生器之前并排并堆叠在另一个区的顶部上。然而，图8A和8B示出一实施例，其中流出物储存区3的体积增加小于反应物储存区I和反应区2的体积减小的总和，或一实施例其中流出物储存区3仅与另两个区的其中之一(在该例子中是反应区2，但在另一个例子中它能是反应储存区I)成体积交换关系。如图8B中所示，随着反应物储存区I中反应物被用掉，则由从反应物储存区中除去的反应物起初所占据的体积随着氢气发生器使用而变得未被占据，如用“空区”4所表示的。类似的实施例用其它安排是可行的，包括图1A-7B所表示的那些安排。
[0061]氢气发生器的实施例下面参照图9和10进行说明。氢气发生器10和100包括在外壳12内的反应物储存区14，反应区16和流出物储存区18。第一反应物组成20装在反应物储存区14内，而第二反应物组成22装在反应区16内。第一反应物组成20能是运输到反应区16的流体。第二反应物组成22能是流体,或者如图9和10中所示,它能是固体。流出物储存区18包括过滤器，该过滤器能具有一个或多个过滤器部件如三个过滤器部件24，26，28。反应物储存区14用封闭物30封闭。反应区16至少部分地被任选的封闭物32封闭。流出物储存区18能被任选的封闭物(未示出)封闭。对反应物储存区14、反应区16和流出物储存区18能使用不同类型的封闭物。例如，封闭物能包括外壳12、氢气发生器10，100的其它内部部件的内表面和/或它能与一个或多个另外的封闭物共享一共同的壁或分段。各封闭物的全部或一部分能是柔软的、刚性的、固定的或可移动的，只要流出物储存区18与反应物储存区14和反应区16的至少其中之一成体积交换关系。如图9和10中所示，分别封闭反应物储存区14和反应区16的封闭物30和32是能随着第一反应物组成20流出反应物储存区14和流出物流出反应区16在接触时能皱缩的柔软封闭物。柔软封闭物的例子包括袋、气囊和膜盒。对于柔软封闭物来说，有弹性能是有利的，因此当随着内装物流出它们完全并易于收缩回到它们的原始尺寸时它们能伸展，因而随着氢气发生器10，100运行它们帮助排出流体。
[0062]在氢气发生器10，100的使用期间，通过任何合适的方法将第一反应物组成20从反应物储存区14运输到反应区16，如上所述。例如，第一反应物组成20能穿过流体输出通道34运输。如果使用泵，则泵54能在外壳12内，如图10中所示，或者它能设在外部，如图9的实施例中那样。当使用泵54时，能通过流体出口通道34如管道，且如图9中所示与泵的流体出口连接36泵送第一反应物组成20。能把任选的功能部件如阀、过滤器及诸如此类加到流体出口通道34或流体出口连接36中。外部泵54能通过流体入口连接38将第一反应物组成20泵送回到氢气发生器10，100中。第一反应物组成29能穿过流体入口通道40如管道流到反应区16中。任选的功能部件如阀、过滤器及诸如此类能加到流体入口连接38中。第一反应物组成20能直接从流体入口通道40的端部中的开口流出流体入口通道40或者穿过分散件42输送以便将第一反应物组成分散在反应区16的较大部分上。分散件42能包括一个或多个深入到反应区16中的结构。这些结构能基本上是线性，如图9和10中所示，或者它们能具有其它形状，如上所述。
[0063]当使用内部或外部泵54时，它能至少部分地通过外部电源如燃料电池系统或电气设备内的燃料电池或另外的蓄电池提供电力。如果泵54是在容器12 (图10)内，则能使连接通过电触点56到达外部电源。或供选择地，能把蓄电池设在容器内以便至少起动泵54。
[0064]第二反应物组成22能是含与第一反应组成20中的第一反应物反应的第二反应物的固体组成。第二反应物组成22能取常规方式如含第二反应物和任何所需添加剂的丸。任选的催化剂能包括在反应区中或是在反应区的下游。例如，催化剂能是在反应区封闭物32上或是反应区封闭物32的一部分，分散在第二反应物组成22中、或者作为第一反应物组成20的一部分装到反应区中。
[0065]随着第一反应物组成20与第二反应物组成22接触，第一和第二反应物起反应以产生氢气和副产物。氢气流出反应区22并穿过流出物通道流到流出物入口 46，在该处它进入流出物储存区18。氢气用它运送包括副产物及反应物组成20，22的未反应的流出物和其它成分。在使用反应区封装物32处，流出物穿过封装物32中的孔径流出反应区。反应区封装物32中的开口能包括流出物输出喷嘴44，该喷嘴44能帮助保持孔径打开。流出物输出喷嘴44能任选地包括筛网以便阻留反应区16中大块的第二反应物组成22来改善第二反应物的利用。流出物通道能是一种结构如在流出物输出喷嘴44和流出物入口 46之间延伸的管道(未示出)，或者它能是在流出物输出喷嘴44和流出物入口 46之间存在或发展的空间，如图9和10中所示。尽管对大多数反应物来说理想的情况是在反应区16内起反应，但在流出物中未反应的反应物能在流出反应区16之后继续反应。任选的二次反应区(未示出)能包括在主反应区16和流出物储存区18之间。新鲜的第一反应物组成20能如通过第二流体通道(未示出)直接运输到该二次反应区，以便与来自主反应区16的流出物中未反应的第二反应物起反应。在二次反应区内能设置催化剂。
[0066]穿过流出物入口 46进入流出物储存区18的近侧部分的氢气和流出物穿过过滤器24，26，28流向流出物储存区18的远侧部分。随着氢气和流出物流过过滤器24，26，28，氢气通过过滤器24，26，28与流出物的固体颗粒物分离，上述过滤器能是单个过滤器部件或多个过滤器部件如图9和10中所示的三个过滤器部件24，26，28。如上所述，过滤器24，26，28能具有不同孔隙度的部分和/或过滤器部件，优选地孔隙度从流出物储存区18的近侧部分朝向远侧部分逐渐增加，在该处氢气排出流出物储存区18。
[0067]氢气在排出氢气发生器10，100之前通过氢气可渗透而液体不可渗透的材料58与流出物中流体和任何留下的固体分离。氢气能通过氢气出口连接50从氢气发生器10，100输出。氢气出口连接50能如图10中所示位于流出物储存区18的远侧部分附近，或者它能位于别处如图9中所示位于流出物储存区18的近侧部分附近。如果氢气出口连接50不在流出物储存区18的远侧部分附近，则氢气能通过氢气出口通道48如管道从流出物储存区18的远侧部分流到氢气出口连接50，上述氢气出口通道48具有靠近氢气出口连接的近端和靠近流出物储存区18的远侧部分的远端52。氢气能穿过远端52进入氢气出口通道48。氢可渗透而气体不可渗透的材料58能是优选地位于远端52处或附近的部件如膜、塞子或过滤器元件，或者至少一部分氢气通道48能用具有高氢渗透性和低或没有液体渗透性的材料制成。如果仅有一部分氢气通道48用具有高氢而低液体渗透性的材料制成，则那部分优选地是远侧部分以便尽量减小流出物中与材料接触并能堵塞材料而防止氢气输出流出物储存区18的固体量。
[0068]如果氢气出口连接50如图10中所示位于流出物储存区18的远侧部分附近，则氢气发生器10，100能包括任选的位于氢气出口连接50和氢可渗透而液体不可渗透的材料58之间的隔间60。可供选择地，在流出物储存区18的远侧部分附近的流出物储存区封装物(例如软袋)的至少一部分能是氢气可渗透而液体不可渗透的材料。
[0069]如图9和10中所示，流出物储存区18能与反应物储存区14和反应区16处于体积交换关系。随着氢气发生器10，100使用，将反应物组成20从变得更小的第一反应物储存区14远输到反应物区16，在该处第一和第二反应物随着它们起反应产生氢气和副产物而被消耗。氢气和流出物输出变得更小的反应区16并进入流出物储存区18，该流出物储存区18能通过获得反应物储存区14和反应区16所失去的体积量的至少一部分而变得更大。随着流出物储存区18变得更大，过滤器或至少一个过滤器部件24，26，28扩张以便部分地或完全充满放大的体积并容纳氢气和流出物。各个区14，16，18的相关尺寸、形状和位置能如上所述变动，正如通道、连接及诸如此类能做到的那样，只要流出物储存区18与反应物储存区14和反应区16的至少其中之一和优选地二者处于体积交换关系，而随着流出物储存区18的体积增加过滤器24，26，28开始被压缩并在氢气发生器的运行期间扩张。其它部件如过滤器部件、流体连接、通道、分散件、喷嘴及类似物的位置也能变动，而不管各区14，16，18是处于图9或图10中所示的安排还是处于其它安排。
[0070]氢气发生器10，100能包括在流出物储存区18与反应物储存区14和反应区16的相邻部分之间的任选的可移动隔壁62，如图10中所示，而可移动隔壁能随着在氢气发生器10运行期间反应物储存区14和反应区16变得更小和流出物储存区18变得更大而移向上述反应物储存区14和反应区16，只要有流出物能穿过其传送进流出物储存区18中的流出物入口 46。这种可移动隔壁62能用来在氢气发生器10，100的装配期间有助于过滤器部件24，26，28的压缩作用。氢气发生器10，100能包括图9或图10中未示出的其它部件，如上所述。
[0071]各种各样的材料适合于用在氢气发生器，包括上述的那些材料。所选择的材料应是抗击它们可以与其接触的其它成分(如反应物组成、催化剂、流出物材料和氢气)及来自外部环境的材料的侵蚀。材料和它们的重要性能在储存和使用期间预期的温度范围内和在氢气发生器的预期使用寿命范围内也应是稳定的。
[0072]用于外壳和内部隔壁的合适材料能包括金属、塑料、复合材料及其它。优选地材料是能容许预期的内压力的硬质材料如聚碳酸酯或金属如不锈钢或阳极化铝。外壳能是闭合和密封以牢牢地固定氢气发生器的部件并防止氢气由其漏泄的多部件外壳。能使用不同的闭合和密封的方法，包括紧固件如螺钉、铆钉等，胶粘剂、热熔体、超声焊接法、及其组合。
[0073]用于挠性封闭物的合适材料能包括聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和具有一层金属如铝的层压制品。如果希望有弹性的封闭物，则合适的材料包括硅酮和橡胶。
[0074]供用来运输流体反应物组成和流出物的管道系统等用的合适材料能包括硅酮、TYG0N?和聚四氟乙烯。
[0075]用于过滤器和过滤器部件的合适材料能包括泡沫材料。泡沫材料能具有开口腔室结构(开口腔室泡沫)或闭口腔室结构(闭口腔室泡沫)。一般泡沫过滤器的主要部分具有开孔结构。在某些实施例中，视所需的孔隙度和对固体、液体及气体的渗透性而定，过滤器部件或其一部分在一个或多个表面上能具有闭孔结构或表皮。过滤器部件能用优选地具有快速恢复(低压缩形变/高恢复)的弹性泡沫塑料制成。例如，弹性体可以是回弹性固化、交联或硫化的弹性体。合适的弹性体材料的例子包括一种或多种下列材料:聚氨酯弹体、聚乙烯、氯丁橡胶(氯丁二烯橡胶)、聚丁二烯、氯异丁烯异戊二烯、氯磺化聚乙烯、表氯醇、乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯二烯单体、乙烯乙酸乙烯、氢化丁腈、聚异戊二烯、异戊二烯、异戊二烯丁烯、丁二烯丙烯腈、苯乙烯丁二烯、含氟弹性体、硅酮、及它们的衍生物和组合。
[0076]能用于过滤器部件的另一些材料包括网状材料如网状聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚乙烯、聚氨酯、聚酰亚胺、三聚氰胺、尼龙、玻璃纤维、聚酯羊毛和丙烯酸纱。如上所述，如果提供使过滤器扩张的另外方法，则过滤器不一定必须用能在压缩之后自身扩张的材料制成。
[0077]用于分散件的合适材料能包括液体不可渗透材料，如由像硅酮橡胶、TYG0N*和聚四氢乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)和氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)这样的材料制成而其中形成孔或狭缝的管状或其它空心部件；用一种材料如棉花、尼龙、丙烯酸、聚酯、ePTFE、或者能让流体反应物组成穿过或能芯吸流体反应物组成的多孔玻璃制成的液体可渗透构件；或一种组合如其中具有孔或狭缝的空心液体不可渗透的材料和它封于其中、被其包围或涂装有能芯吸液体反应物组成的材料。
[0078]本文所列举的所有参考文献都整体作为参考文献特意包括在本文中。在参考文献所包括的公报、专利或专利申请与本说明书所包含的公开内容相矛盾的方面，本说明书意图是代替和/或优于任何这种矛盾的材料。
[0079]实践本
【发明者】和该领域的技术人员应该理解，在不脱离所公开的思想的精神的情况下，对本发明可以进行各种不同修改和改进。所提供的保护的范围由权利要求书和由法律所允许的说明的广度确定。
【权利要求】
1.用氢气发生器生产氢气的方法，该氢气发生器包括:容器；在该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含有包括第一反应物的流体；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流体通道；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 ；该方法包括以下步骤: 将第一反应物从第一反应物储存区穿过流体通道移动到反应区； 使第一反应物在反应区中起反应以便产生氢气和流出物； 将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；和 将氢气穿过过滤器和液体不可渗透而气体可渗透的部件传送到出口； 其中: 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移动到流出物储存区，第一反应物储存区体积、反应区体积或者第一反应物储存区体积和反应区二者的体积减小，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； 将过滤器的一部分附接到可移动隔壁；和 所有传送到出口的氢气都穿过流出物储存区。
2.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构造为装有包括第一反应物的流体； 在容器内的反应区，该反应区具有体积； 从第一反应物储存区到反应区的流体通道； 在容器内的流出物储存区，该流出物储存区具有体积并构造为储存第一反应物在反应区内的反应所产生的氢气和流出物； 从反应区到流出物储存区的流出物通道； 在流出物储存区内起初被压缩的过滤器； 与流出物储存区处于流体连通的液体不可渗透而气体可渗透的部件；和 氢气出口 ； 其中: 在氢气发生器的运行期间使起初被压缩的过滤器构造为扩张以便装入一部分流出物，使流出物储存区体积构造为增加，及使第一反应物储存区体积和反应区体积的至少其中之一构造为减少； 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； 将一部分过滤器附接到可移动隔壁上；和 第一反应物能反应以产生氢气，而所有氢气都必须穿过流出物存储区的一部分以达到氢气出口。
3.按照权利要求2所述的氢气发生器，其中过滤器构造为在氢气发生器的运行期间施加力来减小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。
4.按照权利要求3所述的氢气发生器，其中氢气发生器还包括偏置部件，该偏置部件构造为在氢气发生器的运行期间施加力来减小第一反应物储存区体积、反应区体积或者第一反应物储存体积和反应区体积二者。
5.按照权利要求2-4其中之一所述的氢气发生器，其中过滤器包括至少两个在压缩之前不同孔隙度的区。
6.按照权利要求5所述的氢气发生器，其中过滤器包括两个不同的部件，它们在压缩之前各具有不同的孔隙度。
7.按照权利要求5或权利要求6所述的氢气发生器，其中在压缩之前最大孔隙度区最靠近流出物通道，而最小孔隙度区最靠近出口。
8.按照任一上述权利要求所述的氢气发生器，其中过滤器包括对流出物中液体没有亲和力的材料。
9.按照权利要求8所述的氢气发生器，其中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。
10.按照任一上述权利要求所述的氢气发生器，其中过滤器包括对流出物中液体有亲和力的材料。
11.按照权利要求10所述的氢气发生器，其中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。
12.按照权利要求2- 11其中之一所述的氢气发生器，其中过滤器包括开口腔室泡沫。
13.按照权利要求2-12其中之一所述的氢气发生器，其中可移动隔壁包括在流出物储存区内的挠性流出物封闭物，该挠性流出物封闭物具有体积，而过滤器装在挠性流出物封闭物内并附接到挠性流出物封闭物的一部分上。
14.按照权利要求13所述的氢气发生器，其中可移动隔壁还包括邻近挠性流出物封闭物的刚性壁。
15.按照权利要求13或权利要求14所述的氢气发生器，其中挠性流出物封闭物的体积构造为在氢气发生器的运行期间增加。
16.按照权利要求2-15其中之一所述的氢气发生器，其中可移动隔壁拉动过滤器以使过滤器扩张。
17.按照权利要求2-16其中之一所述的方法，其中过滤器包括弹性材料，且过滤器由于在过滤器中压应力减小的结果而扩张。
18.按照权利要求2-17其中之一所述的氢气发生器，其中第一反应物起初装在第一反应物储存区内的挠性第一反应物封闭物内。
19.按照权利要求2-18其中之一所述的氢气发生器，其中氢气发生器还包括第二反应物。
20.按照权利要求19所述的氢气发生器，其中第二反应物起初装在反应区内挠性第二反应物封闭物内。
21.按照权利要求20所述的氢气发生器，其中挠性第二反应物封闭物缠绕有偏置部件，该偏置部件构造为随着第一反应物和第二反应物起反应而施加力以减小第二反应物封闭物的体积。
22.按照权利要求2-21其中之一所述的氢气发生器，其中第一反应物和第二反应物的至少其中之一包括硼氢化物。
23.按照权利要求22所述的氢气发生器，其中第一反应物和第二反应物的至少其中之一是包括酸和金属化合物催化剂的至少其中之一的组成的部分。
24.按照权利要求2-23其中 之一所述的氢气发生器，其中反应区还包括催化剂。
【文档编号】C01B3/06GK103608957SQ201280030732
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年4月21日
【发明者】G.郑, J.L.斯蒂米茨 申请人:永备电池有限公司