催化剂32之间化学反应的结果形成的气泡33通过可渗透气体结构36的压差快速找到其路径。在活塞30a的此实施方式中，气泡33中的氢气通过该孔流到活塞30a的中空空腔34。
[0070]所选催化剂32的具体类型是已知用于催化NaBH4溶液的分解的类型。在一般意义上，可以选择任何气体发生催化剂。催化剂的实例包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铱(Ir)、钼(Pt)、铼(Re)和镍(Ni)金属、金属组合或金属硼化物。这些催化剂能够单独使用或彼此结合使用，如现有技术中公知的那样。可替代地，该可渗透气体的结构36可以由不仅可渗透氢气而且对NaBH4溶液的分解还具有催化活性的金属或任意其他材料制成。这种结构36的实例包括具有催化活性外表面的过渡金属薄膜(例如钯、钯合金)或任意具有可渗透氢气的结构36和自身对NaBH4分解具有催化活性的表面的层状薄膜。
[0071]再次参考图2A，该涂覆有催化剂的中空活塞30a可在包含NaBH4水溶液42的化学供给腔41和包含生成的气体43的气体储存腔40之间自由运动。该中空活塞30a能够定位，使得其整体在化学供给腔41中、整体在气体储存腔40中或在两个腔40、41之间的某处。
[0072]此处描述的气体发生器1a可以构造具有海绵状吸收剂材料(未示出)，其有意放置在气体储存腔40中以吸收(或甚至中和)任何从化学供给腔41泄露或以其他方式通过的NaBH4溶液(或任何其他冷凝的液体)。
[0073]中空活塞30a或隔板16设计用以防止燃料泄露到气体储存腔40中或以其他方式改善性能。例如，如上面所建议的那样，活塞30a的左端35 (即插入NaBH4溶液42中的那端)用固体不可渗透材料35或分隔元件密封，其有时称作端盖35。该不可渗透材料35或端盖35防止NaBH4溶液进入中空活塞30a并通过到氢气储存腔40。该不可渗透材料35或端盖35还帮助当活塞30a完全收缩时(即在零(或非常低)的氢气需求量过程中活塞30a完全从NaBH4溶液中出来时)防止化学供给物42泄露到气体储存腔40。
[0074]如上所述，适合的密封件22 (例如O形环或其他适合的密封材料)可以安装在隔板孔18中以防止化学供给物通过两条路径泄露到气体腔，其中这两条路径是(i)沿活塞30a的侧表面和(ii)在密封件22和隔板16之间。此外，该活塞30a能够设计用以滑动通过刷子13或其他柔性装置或经过其附近，该刷子13或其他柔性装置通过朝向活塞30a移动而防止或减少固体产物粘附或聚集在活塞30a上。这种防结垢作用有效延长了催化剂的寿命。在活塞30a上具有光滑表面，其与该刷子13接触改善了其性能。
[0075]其他刷子设计也可以用于提供防结垢作用。应当认识到该刷子13对活塞30a的运动不产生显著的阻力。
[0076]在图2A中示例的气体发生器10的操作中，活塞30a与弹性隔膜50a连接，并由此响应于气体储存腔40中的压力而移动。参考压力腔26中的压力以从右到左的方向施加恒定的阻力。该参考压力腔26还可以包含弹簧65，该弹簧增强了对弹性隔膜50a施加的参考压力。因此，如果参考压力腔26不排空，那么其中储存的封闭的惰性气体类似于空气弹簧作用。因此如果由于其与催化剂32的反应而在化学供给42内提高的气体压力将活塞30a逐渐向右移动，该弹性隔膜50a或弹簧65越来越阻挡该中空活塞30a。
[0077]在描述进一步示例说明图2A的自调节气体发生器1a操作的图4A-4C之前，呈上图2A所示的气体发生器1a的实施方式的启动过程的简单描述。现在描述的启动过程也适用于图2B。
[0078]参考图2A，在最初使用之前，化学供给物42的压力是环境压力，其防止化学供给物在储存过程中泄露。而且，保持该化学供给物42与催化剂杆30a分隔开以使得没有气体产生。在第一运输构型情况中，这可能是通过使用锁定销(未示出)、其他适合的机构或例如将活塞30a旋转到“锁定”位置而在锁闭位置将活塞30a完全平移出化学供给腔41来运输气体发生器1a而实现的。在将活塞30a解锁时，由于弹簧65作用在活塞30a上的力造成活塞30a从右向左平移到化学供给物42中。
[0079]在第二种运输构造情况中，不是通过活塞30a在将催化剂32保持在化学供给物42之外的位置锁定来运输该气体发生器10a，而是在使用前由于将化学供给组分分隔开而使该化学供给物42不具活性。在该第二种运输构造情况中，该化学供给组分在使用前才可能通过打破分隔膜(未示出)或压碎或添加化学颗粒而相结合，其最终混合以形成该活化的化学供给物42。应当认识到可以有很多种其他运输构造。
[0080]参考第二种运输构造情况，催化剂杆30a以其完全延伸的位置(即由于对其施加从右到左的力的弹簧65的力使其向左)运输，因为化学供给物是不具活性的。一旦化学供给物被激活且该催化剂杆30a完全延伸到化学供给物42中，产物气体快速生成。
[0081]在此时，外部装置11需要零气体量。因为化学燃料压力最初是大气压，因此在该中空活塞30a上的可渗透气体的结构36两侧没有压差来驱动产生的气体通过中空杆30a并进入气体储存腔40。因此，产生的气体从催化剂杆30a “成气泡离开”并飘浮到化学供给腔41的顶部。因为产生的气体保持在化学供给腔41中，因此化学供给腔41中的压力升高。由于化学供给腔41中的压力升高，压力开始施加在杆30a的左端35上，这样使其紧靠抵抗弹簧65向右平移。该弹簧65逐渐将催化剂从化学供给物42移开。同时，可渗透结构36两侧的压差升高，直至产生的气体开始优先流动到催化剂杆30a中而非形成气泡进入化学燃料腔41。产生的气体43开始增大气体储存腔40中的压力，其继而对弹性隔膜50a并因此对活塞30a施加从左到右的力。随着化学燃料腔41中的压力进一步提高，更多的气体流入气体储存腔40，存在活塞30a将催化剂32定位以完全从化学供给物42中取出的点。因为在将其打开之前燃料电池11对产生的气体43没有需求，因此该气体发生器1a现在处于准备好以根据需要释放经调节的气体的“待工”状态。
[0082]图5A、5B、6A、7和8的其他实施方式的启动顺序类似于图2A的启动顺序，区别在于它们没有使用中空杆30a和隔膜50a。对于这些实心杆30b的情况，在最初使用之前需要将化学供给物42和催化剂32同样分隔开。一旦最初激活，催化剂杆30a通过弹簧65完全延伸到化学供给物42中，该化学供给压力与参考压力相等。生成的气体释放出并通过化学供给物42飘浮到化学供给腔41的顶部，最终靠在可渗透结构36上。然后由于化学供给物42和气体储存腔40之间的压差的升高，该气体通过该结构流入气体储存腔40。随着化学供给压力的增大，催化剂杆30b从左向右平移并最终离开化学供给物42，这样使气体停止产生。因为燃料电池11在开启之前没有气体需求，因此现在气体发生器10处于准备好以根据需要释放经调节的气体的“待工”状态。
[0083]现在参考图4A，活塞30a可以以“锁闭”位置运输，意味着该活塞30a(和催化剂32)完全在NaBH4之外，如上面参考第一种运输构造情况所述的那样。使用者通过脱开插销、制动器或其他固定机构(未示出)将活塞30a设定在“开锁”位置，使活塞(和催化剂32)进入NaBH4溶液42中，这样开始了下面立即要描述的自调节过程。
[0084]继续参考图4A，该自调节方法的启动是以活塞30a最初全部位于化学供给腔41中开始的。如上面参考图2A的启动顺序所述的那样，一旦活塞30a上的催化剂32暴露于NaBH4溶液42，催化产生氢气。在该氢气产生步骤过程中，氢气气泡33形成在该NaBH4溶液42中的催化剂32的附近，合并并接触可渗透气体的结构36。这些气泡33被压差驱动通过该可渗透气体的结构36。然后，在气体离开气泡33并进入中空活塞30a之后，气体43行进通过中空活塞30a并进入气体发生器1a的氢气储存腔40。
[0085]该涂覆有催化剂的活塞30浸没在NaBH4水溶液42中的深度最终控制氢气的产生速率。如果将涂覆有催化剂的活塞30a全部推动进入化学供给腔41 (图4A)，氢气产生速率处于最大值，因为大量的催化剂表面积暴露于NaBH4溶液42。
[0086]在图4B中，涂覆有催化剂的中空活塞30a位于化学供给腔41和气体储存腔40之间。在该情况中，氢气产生速率在最大氢气产生速率和O之间,这表不适应气体需求量的波动的典型的操作状态。
[0087]在图4C中，活塞30a完全处于气体储存腔40中。在这种情况中，因为没有催化剂32暴露于NaBH4溶液42，因此没有氢气43由NaBH 4溶液42产生。只要该活塞30a保持完全在气体储存腔40中，氢气产生速率就保持为O。
[0088]既然已经描述了气体发生器10的基本操作原理，下面呈上对反馈系统以及该气体发生器10的该反馈系统的操作方式的详细描述。
[0089]总体而言，该反馈系统利用部分由腔40、41中至少一个中的压力产生的力将该催化剂32的定位在化学供给腔41中以调节产生气体43的产生速率。在一些实施方式中该反馈系统可以包括以下组件的子集:活塞30a、弹性隔膜50a、弹簧65、参考压力腔26、气体储存腔40或化学供给腔41。
[0090]参考图4C，活塞30a的位置是由四种力的平衡决定的:(1)由于化学供给腔41中的压力而从左到右施加在该活塞30a的左端35上的力；(2)气体储存腔40中的气体43从左到右作用在弹性隔膜50a上的压力，其又从左到右在活塞30a上施加力；(3)参考压力腔26从右到左作用在弹性隔膜上的压力，其又从右到左在活塞30a上施加力；和(4)弹簧65施加在活塞30a上的力。
[0091]此处描述的其他实施方式可以包括相同或其他的组件作为反馈系统的一部分。可以使用现有技术中已知的等效结构或功能代替构成此处所述的反馈系统的结构或功能或与其一起作用。
[0092]继续参考图2A和4A-4C的气体发生器1a的操作，在存在对氢气的需求(即该燃料电池或其他消耗氢气的装置运行且消耗氢气)时，降低气体储存腔40中的气体压力。氢气压力的降低造成弹性隔膜或柔性隔膜50a延伸较少并因此向左(即朝向化学供给腔41)移动，这样降低了气体储存腔40的体积。随着该柔性壁50a向左移动，其同时推动涂覆有催化剂的活塞30a向左并进入NaBH4溶液42中。因为该中空活塞30a上的高表面积催化剂32现在暴露于NaBH4溶液，因此提高了氢气产生速率。
[0093]由催化剂32在该NaBH4溶液42中的作用产生的氢气快速扩散通过可渗透气体的结构36，通过中空活塞30a并朝向氢气储存腔40扩散。然后氢气压力在氢气储存腔40中快速增长。只要产生的氢气43被燃料电池11(图1)或其他氢气消耗装置连续使用，参考压力腔26中的氢气压力就保持较低。显著部分的涂覆有催化剂的活塞30保持在化学供给腔41中，该发生器1a持续以与负荷成正比的速率产生氢气。
[0094]然而当燃料电池11的负荷降低且产生的氢气以不与产生速率相等的速率使用时，未使用的氢气43聚集在气体储存腔40中。氢气储存腔40中氢气压力的提高(相对于化学供给腔41中的压力)迫使弹性隔膜50a朝向参考压力腔26移动。随着弹性隔膜50a向右移动，其同时推动该涂覆有催化剂的活塞30a离开该NaBHjt料溶液42，并由此降低暴露于NaBH4溶液42的催化剂32的量。这样减缓了氢气发生反应直至其与使用速率相匹配，且当气体需要量为O时，氢气发生反应减缓到停止。因此，该气体发生器10中的机械反馈系统包括非常少的运动部件且以自调节的方式运行以快速调节氢气产生量。
[0095]当燃料电池11的负荷再次升高且燃料电池(或其他氢气使用装置)再次开始使用氢气时，气体储存腔40中的氢气体积和压力开始降低。这种压力的降低使弹性隔膜50a再次朝左移动。这种移动同时推动涂覆有催化剂的可渗透气体的中空活塞30a回到NaBH4溶液42中，由此如上所述再次提高氢气产生速率。该涂覆有催化剂的活塞30a进出NaBH4溶液42的移动是自调节的。该活塞30a进出该溶液的运动具有搅动化学供给物以提供均匀的溶液组合物以及实施清洁作用以从活塞30a上除去反应残留物或其他聚集的物料(未示出)的附加优点。
[0096]应当认识到本发明的原理不仅限于上述实施方式。其他机械和结构实施方式也可以实现相同的自调节气体发生作用。这些其他实施方式可以使用涂覆有催化剂的活塞或适合的可移动元件、可渗透气体的结构和压力反馈系统。其他实施方式和其中的组件可以与图2A中的实施方式在相关构造、形状、尺寸、压力、气体流速、孔设计、单一组件的移动和其他方面是不同的。这种构造和相关设计权衡是本领域中已知的，且下文中对一些进行了描述。