專利名稱：用于處理從氫發(fā)生器排出的燃料溶液的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及氫氣的發(fā)生，更詳細地講，涉及用于處理從系統中排出的燃料的技術，該系統由燃料通過化學反應發(fā)生氫氣。
背景技術：
已知氫可通過化學反應發(fā)生。例如許多絡合的金屬氫化物(包括硼氫化鈉(NaBH4))的水解反應已經廣泛地用于氫氣的發(fā)生。這樣的水解的決定性化學反應可以表示為催化劑其中MBH4和MBO2分別代表金屬硼氫化物和金屬偏硼酸鹽。由于硼氫化鈉的水解在室溫下典型地是慢的，加熱或催化劑(例如酸)、各種過渡金屬元素(如釕、鈷、鎳或鐵)、或在溶液中的相應的金屬鹽、或作為懸浮液的金屬硼化物、或沉積在惰性載體上或作為固體的金屬硼化物可以用來加速水解反應。此外，絡合的金屬氫化物分解成氫氣和金屬偏硼酸鹽的速率是與pH有關的，較高的pH值阻礙水解。所以絡合金屬氫化物(如硼氫化鈉)、穩(wěn)定劑(如氫氧化鈉(NaOH))和水的的溶液用作為燃料，也就是可消耗元素，由其發(fā)生氫氣。為了加快氫氣的制備，使燃料通過催化劑。這過程的輸出物是氫氣和排出的燃料溶液。當絡合金屬氫化物是硼氫化鈉時，排出的燃料是偏硼酸鈉和水的混合物；這可以是漿狀物、均相溶液或多相的混合物。有利的是，排出的燃料可以采用已知的工藝過程循環(huán)回到硼氫化鈉溶液中并被再使用。
為了滿足商業(yè)應用的要求，大部分氫氣發(fā)生系統也儲存燃料和排出的燃料。這樣的儲存導致了一些缺點。一個缺點是由穩(wěn)定劑的存在引起的。穩(wěn)定劑的功能是提高燃料溶液的pH值，并由此阻止水解直至溶液接觸催化劑。由于穩(wěn)定劑不參與任何的化學反應，所以燃料和排出的燃料溶液具有高的pH值。典型地燃料和排出的燃料溶液具有13-14的pH值。這個高的pH要求燃料和排出的燃料溶液的輸送與調整控制相適應，這增加了氫氣發(fā)生的成本。這些高的pH溶液的存在也是對工藝過程的商業(yè)化和公眾接受的妨礙。由于這些與各種金屬反應的高pH溶液的存在而增加了附加的成本。為了避免這些反應，非活性的材料(如不銹的或非活性的塑料)必須用在氫氣發(fā)生系統中。
已經意識到，假如技術能進一步發(fā)展，能解決與高堿性燃料的存儲和輸送相關的問題以及能解決與排出的燃料從氫發(fā)生系統本身到合適的循環(huán)裝置的儲存和輸送相關的問題，則采用水解反應發(fā)生氫氣的系統的廣泛配備將增強。這個問題的第一部分已經被解決。在一項最近研發(fā)的技術中，例如參見美國專利“Method And System ForGenerating Hydrogen By Dispensing Solid and Liquid FuelComponents”，申請時間為2002年4月2日和轉讓給了現在的受讓人，用于水解反應的燃料是在“如所需要”的基礎上采用固體的和液體的燃料組分生成的。固體燃料組分優(yōu)越地可以采用不同的形式，包括顆粒、粉末和丸粒。液體燃料組分包括水。因為每種燃料組分在沒有其它的組分的情況下是不能夠引發(fā)水解反應的和不是高堿性的，所以就減少了與高堿性的燃料的儲存和輸送相關的問題和復雜性。與排出的燃料的儲存和輸送相關聯的問題至今還沒有解決。
假如可以發(fā)明出一種方法，其減少與排出的燃料的儲存和輸送相關的成本，那么對于大量的配置氫氣發(fā)生系統是極為有利的。
本發(fā)明的概述根據本發(fā)明，由發(fā)生氫氣的燃料的化學反應生成的排出燃料溶液以一種方式處理，該方式大量地減少了排出的燃料的液體含量。這技術可以優(yōu)越地采用實際上任意的通過水解過程發(fā)生氫的系統。其可以用在采用催化劑的氫發(fā)生系統中以及用在不采用催化劑的系統中。其適用于采用含有穩(wěn)定劑(如氫氧化鈉)的燃料，以及不含有穩(wěn)定劑的燃料。燃料的形式也是不重要的。燃料可以液體的形式儲存或采用液體的和固體的組分在氫發(fā)生系統內形成。
在一個公開的實施方案中，排出的燃料的處理采用霧化器或噴霧器，其接收排出的燃料并以精細的霧輸出該材料，以致于液體含量快速蒸發(fā)而留下“基本上”干燥的殘留物。在這一點上，應該認識到偏硼酸鈉具有幾種固態(tài)水合物形式；所以當水可以從溶液中蒸發(fā)時，可能其中的一些水進入到固體殘留物中。根據本發(fā)明可以使用許多加快蒸發(fā)的干燥技術。所有的或大部分在排出的燃料中的液體成分的去除顯著減少了排出燃料的重量/體積，所以也就類似地減少了排出的燃料的儲存和輸送的成本。
附圖的簡單描述結合圖示本發(fā)明實施方案的附圖，通過下面的書面描述將使得本發(fā)明的其它的目的、特性和優(yōu)點變得清楚，其中

圖1示出了一個采用固體的和液體的燃料組分的氫發(fā)生系統的示意圖，并且其被用在本發(fā)明中；圖2示出了另一個采用液體燃料的氫發(fā)生系統的示意圖，并且其用于本發(fā)明中；圖3示出了用在圖1和2的系統中的干燥裝置160的實施方案；和圖4是根據本發(fā)明的發(fā)生氫的步驟工序流程圖。
詳細描述圖1示出了用于本發(fā)明的氫發(fā)生系統100。系統100包括儲存罐101、固體燃料組分分配器102、室103、液體燃料組分分配器104、液體燃料組分液體供給源105、燃料泵106、催化劑室107、分離器108、干燥裝置160、排出容器111和熱交換器109。熱交換器109的輸出供給氫氣至消耗這種氣體的裝置，如氫燃料電池或燃氫的發(fā)動機或渦輪機。另外所發(fā)生的氫氣可以連通到一個或多個儲存容器。系統100除了含有干燥裝置160、排出容器111和液體循環(huán)構件170-178外是與美國專利申請“Method And System For Generating Hydrogen BvDispensing Solid and Liquid Fuel Components”相同的，專利申請時間為2002年4月2日并轉讓給了現在的受讓人并在此用作為參考。如下面將要描述的，干燥裝置160大量地減少了排出燃料的液體含量和因此大量地減少了它的重量和體積。這種重量和體積的減少相應優(yōu)越地減少了排出的燃料儲存和輸送成本。
至少一種絡合金屬氫化物以固體的形式儲存在儲存罐101中。這種材料用作在系統100中用于發(fā)生氫氣的燃料的固體組分。所發(fā)生的氫氣是氣態(tài)的。絡合金屬氫化物具有化學通式MBH4。M是選自元素周期表的第I族(以前的第1A族)的堿金屬，其例子包括鋰、鈉或鉀。在一些情況下，M也可以是銨或有機基團。B是選自元素周期表的第13族(以前的第IIIA族)的元素，其例子包括硼、鋁和鎵。H是氫。圖例中的絡合氫化物是硼氫化鈉(NaBH4)。根據本發(fā)明的原理可以用的其它的絡合氫化物的例子包括LiBH4、KBH4、NH4BH4、(CH3)4NH4BH4、NaAlH4、NH4BH4、KAlH4、NaGaH4、LiGaH4、KGaH4，和它們的組合，但不局限于此。以固體形式的絡合金屬氫化物只要其不與水接觸就具有持久的貯存期限，并且可以具有不同的形狀，包括顆粒、粉末和丸粒，但不局限于這些形狀。
使用硼氫化鈉作為用于氫發(fā)生的燃料組分對于某些應用是特別期望的。已經發(fā)現，用硼氫化鈉制備的氫氣典型地具有高的純度和高的水分含量，沒有含碳的雜質。由任意的化學氫化物的水解制備的氫將具有類似的特性。然而在由硼氫化鈉制備的氣流中沒有檢測到一氧化碳。這是值得注意的，因為大多數燃料電池(特別是PEM和堿性燃料電池)需要高質量的氫氣并且一氧化碳將毒化催化劑并可能腐蝕燃料電池。其它的發(fā)生氫氣的方法，如烴的燃料重整所提供的是含有一氧化碳的氫氣流并且這樣就需要進一步的處理以去除一氧化碳。二氧化碳也存在于氫氣流中。
固體燃料組分分配器102一收到第一控制信號就從儲存罐101提供預定量的固體燃料組到室103中。圖示的分配器由不與固體燃料組分起化學反應的材料制成，包括塑料、PVC聚合物和乙縮醛或尼龍材料，但不局限于這些材料。分配器102一經啟動就可以控制或以不同的設計來提供預定的運轉動作，其提供預定量的固體燃料組分到室103中。固體燃料組分分配器的工作控制可以由各種不同的設備提供，如旋轉式計數器、微型轉換開關和光軸編碼器。固體燃料組分分配器本身也可以具有各種不同的結構。這些包括轉動式的筒或槍彈夾型的分配器。其它的用于固體燃料組分分配器的非限制性的例子是商業(yè)上可得到的膜片閥、氣動式或螺旋式進料裝置和等量粉末分配閥。
類似地液體燃料組分分配器104一接收到第一控制信號就從供給源105提供預定量的液體燃料組分到室103中。在這個公開的實施方案中，液體燃料組分是水。也可以使用其它的液體燃料組分，如具有水的防凍溶劑。圖示出的分配器104是傳統的不銹鋼螺線管閥。當所制備的燃料溶液含有穩(wěn)定劑，如氫氧化鈉時，不銹鋼是期望的閥體材料。如果不分配穩(wěn)定劑，那么黃銅或塑料可以用作為閥體材料。
接收到第一控制信號就通過驅動閥中的螺線管而打開閥。圖示的分配器104是由計時器控制的。計時器提供足夠的持續(xù)時間以驅動閥中的螺線管，以致于閥能排放出預先確定的體積的液體到室103中。非限制性的例子，如流量計、浮動開關或傳感器也可以用來控制液體燃料組分分配器。
圖示的用于分配器102和104的計時器是傳統的程序間隔計時器，但不局限于這種計時器。每個計時器是對各自的預定持續(xù)時間設定程序的，以致于當接收到第一控制信號時，各個分配器在預定的持續(xù)時間內分配各自的預定的量。計時器設置成同時開始固體和液體燃料組分的分配。對其中的一個計時器可以增加滯后程序，以致于固體燃料組分首先分配，然后分配液體燃料，或者反過來進行。這是期望的，即防止液體組分或其它的潮氣進入儲存罐101，因為這將激活固體燃料組分的水解，雖然在室溫下是緩慢的，但是因此還是要縮短這種燃料組分的“壽命”。
圖示的液體供給源105是一個與水管的連接，水管連接來自公共水源或私人水源的水。也可以用注滿水的水箱。在溫度低于水的冰點時，可以加入有機溶劑(如乙二醇)到混合水箱中以降低水的冰點。另外可以加熱液體供給源105中的水。
對于一些應用，可以修改調整系統100加入第三分配器提供以固體形式的氫氧化鈉到室103中。在圖1中這修改以虛線表示。如圖所示，分配器150從儲存罐150輸送預定量的固體形式的穩(wěn)定劑(如氫氧化鈉)到室103中。另外以液體形式的穩(wěn)定劑可以與液體燃料組分聯合通過分配器104而分配。在這種情況下，對于由分配器102提供的固體燃料組分的量的合適數量，分配器104將提供特定濃度的氫氧化鈉水溶液到室103中。
優(yōu)選地室103混合固體和液體燃料組分以制備均勻一致的，也就是具有均勻一致的濃度的燃料溶液。圖示的室103配備有電平開關120。圖示的電平開關120由電平傳感器激活，如在室103中的浮子(沒有示出)。當混合溶液的水平下降到設定點以下時，電平開關120轉換它的位置以耦合第一控制信號，并且因此開啟固體燃料組分分配器102和液體燃料組分分配器104。電平開關120可以具有另一個設定點，其當在室103中的溶液的水平達到預定的水平時關閉分配器104。另外分配器104可以由在室103中的浮動機械裝置(沒有示出)的運動控制，其只控制這個分配器。
燃料泵106抽取混合燃料溶液到催化劑室107中。圖示的燃料泵106具有傳統的設計和由傳統的馬達工作運轉。
催化劑室107含有用來激活混合溶液的水解反應的氫發(fā)生催化劑以發(fā)生氫氣。所產生的熱也可以蒸發(fā)一些水；這樣所發(fā)生的氫氣具有一些水分。然而系統100不必具有催化劑室，假如固體和液體燃料組分的混合物的pH值是在13以下時，但是這常常是優(yōu)選的，即這樣的室設置在系統100中以加速氫的發(fā)生。這樣的室的設計和在室中的催化劑的各種不同的類型和設置安放是已知的。在美國專利No.09/979,363“用于氫發(fā)生的系統”，申請日期為2000年1月7日中描述了催化劑室107的圖示的實施方案，在此用作為參考。優(yōu)選地催化劑室107也包括用于催化劑的容器系統。在此所用的容器系統包括用于從反應混合溶液分隔開氫發(fā)生催化劑的任意的物理的、化學的、電的和/或磁的裝置。
所發(fā)生的氫(氫氣和氣流)和排出的溶液流入分離器108中。氫氣和氣流從位于分離器108頂部的出口孔離開分離器108。另一方面，排出的燃料溶液重力沉積在分離器108的底部。在現有技術中，排出的溶液典型地從用于收集和處理的排出閥116排出或循環(huán)回到液體燃料溶液或固體燃料組分中。
分離器108配備有傳統設計的壓力開關121和電平開關122。當在分離器108中的所發(fā)生的氫氣的壓力超過預定的設定點時，開關121轉到一個位置。在一些應用中，這個壓力設定點為12-15磅每平方英寸(p.s.i.)。當然取決于應用而可以用其它的設定點。壓力開關121的工作控制燃料泵106。當壓力超過預定的設定點時，壓力開關121關閉抽取從室103到催化劑室107流動的混合燃料溶液的泵106。泵106和分離器108配備有止回閥(沒有示出)，以致于混合燃料溶液、氫氣和氣流不回流。圖示的止回閥由黃銅或塑料或其它適合的暴露于混合燃料、氫氣和氣流或水蒸汽的材料制成。
氫氣和氣流通過熱交換器109以調整氫氣的相對濕度。熱交換器109的輸出可以連接到一種裝置中，該裝置在工作時消耗氫氣，如燃料電池。燃料電池可以實際具有無限制的大小和形狀。因為由系統100發(fā)生的氫氣是以“如所需要”為基礎的，所以這是一個優(yōu)選的設置。<p>相信對這些鐵絡合物的主要影響是反應溫度，假定不容許實質量的有害雜質進入反應體系，并且乙烯以實質上過量的量存在。其它因素，例如溶劑類型、乙烯壓力、各種成分的濃度、助催化劑類型等等，據信對這些催化劑的半衰期最多僅僅具有較小的貢獻。以下表A給出了(X)和(XI)在各種溫度下的近似半衰期。
表A
這些半衰期是在半間歇式反應器中使用甲苯溶劑測定的，其中乙烯以恒定壓力加入反應器。測定了乙烯的吸收隨時間的變化，并且用于(經過適當的校正)計算催化劑活性衰減的速率常數(進而計算半衰期)。
改進的活塞流反應器典型地是長管子或者管道，工藝成分沿著其流動。首先將工藝成分進料到其中的“開始”端在此被稱為“進料端”，而工藝成分從反應器排出的末端在此被稱為“出口”。因為齊聚是放的塑料，如PVC、黃銅、銅等。
根據本發(fā)明提供了(i)收集和處理排出的燃料或(ii)循環(huán)這種燃料的選擇。然而由于減少了排出的燃料的體積和重量，這二種操作的任一種都是很大地減少了成本。這些優(yōu)點通過以一種方式處理排出的燃料而獲得，即很大地減少了排出的燃料的液體組分。優(yōu)選地，這種處理應去除所有的液體，以致于排出的燃料是以粉末的形式的。當燃料是硼氫化鈉時，這種粉末是以偏硼酸鈉的水合物形式的混合物。假如期望的話，通過干燥裝置160而從排出的燃料中去除的液體可以循環(huán)回到液體供給源105中。在圖1中這通過具有導管170、173和178、冷凝器171、接收容器172以及螺線管控制閥177和179的路徑而示出。當系統100包括使用儲存罐151和穩(wěn)定劑分配器150時，路徑170還包括酸分配器174，其從儲存罐175分配合適量的酸以中和加入到在室103中形成的燃料中穩(wěn)定劑的量。被分配的酸的量可以通過反復試驗或通過測量在保持容器172中的液體的pH值而確定。假如在燃料中沒有穩(wěn)定劑，那么在干燥裝置160和液體供給源105之間的保持容器172和螺線管控制的閥177和179就可以從路徑中省去。
在公開的實施方案中，導管170接收在排出的燃料中的被去除的液體。由于硼氫化鈉的水解的放熱特性，所以這種液體通常是以蒸汽的形式存在。確實，在通過使用泵(如泵106)加壓的系統中，排出的燃料的溫度通常是處在排出的燃料的沸點以上，假如其是在大氣壓下的話。導管170連接通過干燥裝置160從排出的燃料中去除的蒸汽并把其導接至冷凝器171中。該蒸汽通過冷凝器171而冷卻成液體。當系統100不用穩(wěn)定劑時，在冷凝器171中形成的液體可以直接連接回到液體供給源105中。假如在燃料中有穩(wěn)定劑，那么這是可能的，即通過加入合適量的酸而中和在液體中存在的任何殘留的堿性穩(wěn)定劑。進行中和的構件設置在干燥裝置160和液體供給源105之間的路徑中并以虛線示出。
如圖所示，當穩(wěn)定劑加入到燃料中時，冷凝器171的內容物流過導管173和通過打開著的螺線管閥179而進入保持容器172中。在這段時間內螺線管閥177在保持容器172輸出時是關閉的。進入保持容器172的液體的量通過浮動機械裝置而監(jiān)測。一當在保持容器172中的液體的水平達到預定的量就通過浮動機械裝置發(fā)出控制信號，關閉螺線管閥179和在短時間后使酸分配器174從儲存罐175分配合適量的酸到保持容器172中。所分配的酸的量是足以中和在保持容器172中的液體的堿性組分。在這些量的酸被排出后，保持容器機械裝置的內容物可以通過任意的攪拌機械裝置(如磁力攪拌器)攪拌。然后打開螺線管閥177以充許經中和的保持容器172的內容物通過導管178和進入液體供給源105。在容器172的內容物排放完后關閉螺線管閥177和打開螺線管閥179并且重復這個注入和中和保持容器172的內容物的過程。
現在參見圖2，其示出了另一個用于本發(fā)明的氫發(fā)生系統200。除了所用的燃料是液體的之外，系統200以類似于已描述的系統100的方式發(fā)生氫氣。相應地，系統200使用許多系統100的構件和這樣的構件具有如它們在系統100中對應的構件相同的參考標記。系統200代表的是使用液體燃料類型的氫發(fā)生系統，液體燃料可以各種不同的方式變化。特別地，系統包括那些在美國專利中公開了的氫發(fā)生系統，這些美國專利是US 09/900625，題目為“便攜式氫發(fā)生器”，申請日期為2001年7月6日并給予現在的受讓人且題目為“基于差壓驅動的硼氫化物的發(fā)生器”美國專利US 09/902899，申請日期為2001年7月11日并授權給了現在的受讓人。這二個專利在此都用作為參考。
在系統200中燃料分配器202從儲存罐201分配合適量的燃料到室103中。在這個圖示的實施方案中，燃料是硼氫化鈉并且分配過程通過電平開關120的工作在“如所需要的”基礎上提供這種燃料。當在室103中的燃料的水平下降到預定的水平以下時，開關120啟動燃料分配器103以分配燃料。當然在需要“一次完成”量的燃料的應用中可以省去使用儲存罐201和燃料分配器202。
在室103中的燃料通過燃料泵106而抽取到催化劑室107中。然后氫氣、氣流和排出的燃料輸送到分離器108中，在此排出的燃料與氫氣和氣流分離，后者輸送到熱交換器109中，在此去除氣流。如同系統100，熱交換器109的輸出可以供給氫燃料電池或類似的裝置，也就是任意的消耗氫氣作為能源的裝置。
在分離器108中排出的燃料輸送到干燥裝置160中，其很大地減少了排出的燃料的液體含量。因為系統200不象系統100那樣混合液體和燃料組分，所以從排出的燃料去除液體的循環(huán)就沒有在系統200中示出。然而假如期望的話，用于循環(huán)來自排出燃料的所去除液體的相同構件可以連接到在系統200中的干燥裝置160。在這一點上，這是要注意的，即當用在系統200中燃料含有穩(wěn)定劑時，那么出于環(huán)保的原因或其它的原因，化學中和從排出的燃料中所去除的液體中的堿性成分可能是值得期望的。如果這樣，這可以以如系統100所示的方式進行。
現在參見圖3，其示出了一個干燥裝置160的實施方案。當這樣的裝置用在系統100或系統200中時，分離器108的使用可以省去并且由接收容器301代替。所以在圖3中示出的接收容器301的輸入是從分離器108或者直接從催化劑室107來的。在后者的情況中，接收容器301有一個輸出，其連接到熱交換器109中，在圖3中以虛線示出。當在氫氣中的水分含量的減少是無關緊要時，那么熱交換器可以省去并且在圖3中虛線表示的輸出路徑可以直接連接到氫燃料電池和類似的裝置中或連接到合適的氫氣儲存容器中。
在任何情況下，排出的燃料進入接收室301和在此積累直至其達到預定的水平。在這點時在電平開關313控制下的螺線管閥303打開以充許排出的燃料進入筒304。這應注意到，即由于水解反應的放熱特性，所以排出的燃料溶液或在接收容器301中的漿狀物的溫度提高了。的確，在大氣壓下其典型地是在這種溶液或漿狀物的沸點以上。當使用泵(如燃料泵106)時，在系統100和200中的壓力是在大氣壓以上并且這阻止了排出的燃料的沸騰。然而根據在圖3中示出的干燥裝置160的實施方案，利用了這些實際事實，從而以受控的和能量有效率的方式加快了排出的燃料溶液或漿狀物的干燥。
當螺線管閥303打開時，其給出信號給筒304，以致于在圖3中的活塞309向右移動。這形成了真空，其加快了排出的燃料溶液或漿狀物流入到筒304中。致動器305控制活塞309的移動。致動器305是任意一種機械裝置，包括那些由電和/或氣體或液體驅動的機械裝置，但不局限于這些裝置。
在注滿筒304后，致動器305驅動圖3中的活塞向左移動，在壓力下迫使所有的或預定部分的筒的內容物通過噴嘴306。噴嘴具有小孔，如0.02-0.04英寸，并且通過的排出的液體破碎成精細的霧，其向外延伸以擴張的模式進入干燥容器307中。干燥容器是這樣設置的，即它的整個長度可以接收從噴嘴306噴射出的噴射模式。因為在容器307中的壓力是大氣壓，所以噴射入容器307的液體精細霧在容器出口處通過輸出口312而快速蒸發(fā)。當這發(fā)生時，在這霧中的固體成分沉積在容器的底部。然后可以容易去除這沉積。閥308促進排出的燃料的固體部分的去除。
通過在噴嘴306的孔中配置一個超聲針可以增強噴嘴的性能。該針在干燥操作期間振動并且減少了噴嘴堵塞的可能。這樣的噴嘴是商業(yè)上可得到的。
雖然圖3的實施方案被認為具有許多優(yōu)點，但是也可用其它的干燥機械裝置。這樣的機械裝置包括滾轉筒、干燥器和擴散或接帚機械裝置，其在一個較大的表面區(qū)域上散切經沉積的材料，以致于加快蒸發(fā)過程。
圖4示出了根據本發(fā)明所實施的操作的順序。在步驟401中，供給燃料，從燃料發(fā)生氫氣。這種燃料可以是預先混合的液體，如在系統200中那樣，或者可以是用固體燃料組和液體燃料組分形成，如在系統100中那樣。在二種情況下，如果期望的話燃料可以含有穩(wěn)定劑。在步驟402中，發(fā)生氫氣。這種發(fā)生可以包括使用催化劑或者其可以不包括使用催化劑，這是以在系統環(huán)境中氫發(fā)生的速率是足以滿足系統的要求和燃料的堿性水平不是很高以致完全阻止氫氣的發(fā)生為條件的。假如使用催化劑，那么可以抽取燃料到催化劑上或采用重力供給的燃料源供給。在步驟403中，氫氣與排出的燃料分離。在步驟404中，排出的燃料以一種方式處理，該處理很大地減少它的液體含量。假如期望的話，可以循環(huán)經去除的液體并且可以由氫發(fā)生系統使用。假如燃料含有穩(wěn)定劑，那么這循環(huán)可以包括中和經去除的液體的堿性。
對于更活潑的化學氫化物(如鋁和鎵氫化物)，發(fā)生氫的催化劑的使用可能不是必需的。為了利用采用這些氫化物的本發(fā)明，應利用一種簡單化了的“一罐”系統。固體(化學氫化物)和液體(水)燃料組分分別儲存在罐101和105中，和預定量的這些組分直接供給到室301中(在圖3中示出并且是干燥裝置160的一部分)以代替室103。由水解反應發(fā)生的氫氣和氣流從室的頂部的孔離開室。排出的燃料溶液通過重力而沉積在室的底部，并且輸送到如上所述的筒304中。下面的實施例提供了幾個根據本發(fā)明進行的試驗的結果。
實施例1在本實施例中，抽取一升水性的硼氫化鈉燃料(25重量％的硼氫化鈉和3重量％的氫氧化鈉)通過催化劑室107。在系統中的壓力保持在25-45p.s.i.。
不加入熱量而且所有必需的能量從方程式1所示的放熱水解反應中獲得。相應的壓力保持溫度為約110℃。對系統增壓提供了過熱的溶液給噴射-干燥噴嘴，以致于排出的燃料的精細的霧當暴露于較低的大氣壓時已經是在沸點以上。在16分鐘內抽取燃料通過聯合的系統。由孔口流出蒸汽和收集固體。大約產生510克蒸汽和收集到490克固體材料。(假如100％的水被去除，那么將收集到460克固體的偏硼酸鈉和氫氧化鈉)。經分離的材料的pH值是14。
殘留物作為液體回收，其在冷卻時典型地固化成水合鹽類。
實施例2在本實施例中，抽取一升水性的硼氫化鈉燃料(25重量％的硼氫化鈉和3重量％的氫氧化鈉)通過催化劑室107。在系統中的壓力保持在25-45p.s.i.。
出于試驗的目的，在14分鐘內抽取燃料通過聯合的系統。由孔口流出蒸汽和收集固體。
大約產生540克蒸汽和收集到460克固體材料。殘留物在冷卻下固化?；厥盏牟牧系膒H值是10.5。
上面的描述已經使得本專業(yè)領域的專業(yè)人員可以更清楚地理解和實際應用本發(fā)明。這不應認為是對本發(fā)明的范圍的限制，而應認為只是本發(fā)明的幾個實施方案的圖示說明和代表。本發(fā)明的許多修改和另外的實施方案對于本專業(yè)領域中的專業(yè)人員依據上面的描述將是顯而易見的。
權利要求
1.一種用于發(fā)生氫氣的系統，其包括用于保持燃料溶液的室，所述燃料溶液通過化學反應發(fā)生氫氣和生成排出的燃料溶液，第一出口和第二出口，用于分別接收所述發(fā)生的氫氣和所述排出的燃料溶液；和用于接收所述排出的燃料溶液和去除其中大量的液體的構件。
2.根據權利要求1的系統，還包括用于接收來自所述室的所述燃料溶液的催化劑室，所述催化劑增加從所述燃料溶液中發(fā)生氫氣和形成排出的燃料的速率。
3.根據權利要求1的系統，還包括用于將所述燃料溶液從所述室泵送到所述催化劑室的泵。
4.根據權利要求1的系統，其中所述燃料溶液由固體燃料分和液體燃料組分形成，并且所述系統還包括用來分別提供預定量的固體燃料組分和液體燃料組分到所述室的推薦的燃料組分分配器，每個分配器是響應于預定的條件工作的。
5.根據權利要求4的系統，還包括用于響應于所述預定條件將一定量的穩(wěn)定劑提供到所述室的穩(wěn)定劑分配器。
6.根據權利要求1的系統，包括用于響應于預定條件將預定量的所述燃料溶液提供到所述室的分配器。
7.根據權利要求1的系統，其中所發(fā)生的氫氣含有水分并且所述系統還包括連接所述第一出口的裝置，其用于減少在所發(fā)生的氫氣中的水分。
8.根據權利要求1的系統，其中所述構件促進所述排出的燃料溶液的蒸發(fā)。
9.根據權利要求1的系統，其中所述構件包括噴嘴，該噴嘴用于輸出作為噴霧的所述排出的燃料溶液。
10.根據權利要求9的系統，其中所述噴嘴在壓力下接收所述排出的燃料溶液。
11.根據權利要求10的系統，其中通過在壓力下供給所述排出的燃料溶液到筒中然后通過設置在所述筒內的活塞移動迫使這種溶液通過所述噴嘴。
12.根據權利要求9的系統還包括用于接收由所述噴嘴噴出的霧的容器。
13.一種用于排出的燃料溶液的裝置，所述排出的燃料溶液是通過燃料溶液的化學反應而生成的，該燃料溶液的化學反應也發(fā)生氫氣，所述裝置包括用于接收所述排出的燃料溶液的入口；和用于去除所述排出的燃料溶液中大量的液體含量的構件。
14.根據權利要求13的裝置，其中所述構件包括噴嘴，該噴嘴用于輸出作為精細的霧的所述排出的燃料溶液。
15.根據權利要求14的裝置，其中所述裝置還包括用于在壓力下將所述排出的燃料溶液供給到所述噴嘴的裝置。
16.一種處理由燃料溶液的化學反應生成的排出的燃料溶液的方法，該燃料溶液的化學反應也發(fā)生氫氣，所述方法包括如下步驟接收所述排出的燃料溶液；和通過加快蒸發(fā)過程的方式去除所述排出的燃料中基本的液體含量。
17.一種發(fā)生氫氣的方法，其包括如下步驟提供燃料溶液，該溶液能發(fā)生氫氣和生成排出的燃料并且連接所述發(fā)生的氫氣到出口；和接收所述排出的燃料溶液和處理排出的燃料溶液以除去所述燃料溶液中基本的液體含量，所述處理是一個加快蒸發(fā)的過程。
全文摘要
處理在由燃料的化學反應發(fā)生氫氣后留下的排出的燃料溶液。這種處理大量地減少了排出的燃料的液體含量，從而大量地減少了它的重量和體積。這樣的重量和體積的減少也就相應地減少了儲存和輸送排出的燃料的成本。這種技術實際上可用在任意的通過水解過程發(fā)生氫氣的系統中。在公開的實施方案中，用于發(fā)生氫氣的燃料是硼氫化鈉并且以偏硼酸鈉的溶液或漿狀物的形式的排出的燃料噴霧干燥成偏硼酸鈉粉末。有利的是，本發(fā)明可以使用任意一些加快蒸發(fā)過程的技術。
文檔編號C01B3/06GK1681735SQ03821576
公開日2005年10月12日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權日2002年7月11日
發(fā)明者S·C·阿蒙多拉, P·J·佩蒂洛, S·C·佩蒂洛 申請人:千年電池公司