亚洲成年人黄色一级片,日本香港三级亚洲三级,黄色成人小视频,国产青草视频,国产一区二区久久精品,91在线免费公开视频,成年轻人网站色直接看

具有浮力催化劑載體的氣體發(fā)生器的制作方法

文檔序號:11330687閱讀:171來源:國知局
具有浮力催化劑載體的氣體發(fā)生器的制造方法與工藝

本發(fā)明大體上涉及氣體發(fā)生器,特別涉及具有懸浮于發(fā)生器內(nèi)的催化劑載體的氫氣發(fā)生器。氣體發(fā)生器被被動地控制,即當(dāng)內(nèi)部壓力達(dá)到某一水平時,其自動停止產(chǎn)生氣體,反之亦然。



背景技術(shù):

燃料電池是直接將反應(yīng)物即燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為直流(dc)電的設(shè)備。對于日益增多的應(yīng)用而言,燃料電池比常規(guī)發(fā)電例如化石燃料燃燒以及便攜式能量存儲如鋰離子電池更有效。特別是,燃料電池的用途之一就是作為便攜式或移動式消費(fèi)電子設(shè)備如手機(jī)、智能手機(jī)、個人數(shù)碼助理、個人游戲設(shè)備、全球定位設(shè)備、充電電池、平板電腦、便攜電腦等的移動電源。

已知的燃料電池包括堿性燃料電池、聚合物電解質(zhì)燃料電池、磷酸燃料電池、融熔碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池以及酶燃料電池。燃料電池通常運(yùn)行于氫氣(h2)燃料,它們也可以消耗非純氫氣燃料。非純氫燃料電池包括直接氧化燃料電池,如利用甲醇的直接甲醇燃料電池(dmfc),或在高溫下利用碳?xì)浠衔锏墓腆w氧化物燃料電池(sofc)。氫氣燃料可以以壓縮形式存儲或者存儲于可被改造或轉(zhuǎn)化成氫氣燃料和副產(chǎn)物的化合物如醇或碳?xì)浠衔锘蚱渌瑲洳牧现小湟部梢詢Υ嬗诨瘜W(xué)氫化物如硼氫化鈉(nabh4)中,硼氫化鈉與水或醇反應(yīng)產(chǎn)生氫和副產(chǎn)物。氫還可以在第一壓力和溫度下吸附或吸收于金屬氫化物如鑭鎳五(lani5)中,并在第二壓力和溫度下釋放于燃料電池。還可以通過金屬氫化物如氫化鎂(mgh2)的熱分解反應(yīng)釋放氫。

大多數(shù)低溫氫燃料電池具有質(zhì)子交換膜或聚合物電解質(zhì)膜(pem),其允許氫的質(zhì)子穿過,但是促使電子穿過外電路,外電路可以有利地是智能手機(jī)、個人數(shù)碼助理(pda)、計算機(jī)、電動工具或利用電子流或電流的任何設(shè)備。燃料電池反應(yīng)可以按如下表示:

在燃料電池陽極處的半反應(yīng):

h2→2h++2e-

在燃料電池陰極處的半反應(yīng):

2(2h++2e-)+o2→2h2o。

pem通常由充當(dāng)電解質(zhì)的質(zhì)子交換聚合物如可從dupont獲得的或其他合適的膜制成,是全氟磺酸類聚合物。陽極通常由上面沉積了一薄層催化劑如鉑釘?shù)奶胤執(zhí)技堉С煮w(carbonpapersupport)制成。陰極通常是氣體擴(kuò)散電極,其中鉑粒子結(jié)合于膜的一側(cè)。

專利文獻(xiàn)和科技文獻(xiàn)幾乎沒有公開當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定壓力時自動將催化劑與反應(yīng)物分開的氣體發(fā)生系統(tǒng)或氫氣發(fā)生系統(tǒng)。然而,需要進(jìn)行另外設(shè)計。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明涉及氣體發(fā)生系統(tǒng),當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定壓力時,所述氣體發(fā)生系統(tǒng)自動將催化劑體系與反應(yīng)物分開,并且當(dāng)壓力降低至低于預(yù)定壓力時,自動使催化劑體系與反應(yīng)物化學(xué)接觸。

本發(fā)明涉及氣體發(fā)生裝置,其包括:

殼體,含有在催化劑存在的情況下反應(yīng)產(chǎn)生氣體的液體反應(yīng)物,其中催化劑包含于置于殼體內(nèi)的載體中,并且其中載體的整體密度低于液體反應(yīng)物的整體密度,

至少一個載體運(yùn)動限制構(gòu)件,適合選擇性控制載體的位置,以及

至少一個可壓縮的本體,含有一定體積的氣體,

其中,在第一種構(gòu)型中,氣體發(fā)生器的內(nèi)部壓力低于可壓縮本體的內(nèi)部壓力,并且可壓縮本體的體積增加,在第二種構(gòu)型中,氣體發(fā)生器的內(nèi)部壓力高于可壓縮本體的內(nèi)部壓力,且可壓縮本體的體積降低,以及

其中至少一個載體限制構(gòu)件限制載體在第一種構(gòu)型中的運(yùn)動。

載體運(yùn)動限制構(gòu)件可以包括至少一個允許液體反應(yīng)物流過并至少部分封閉載體的多孔封閉構(gòu)件(porouscontainmentmember)。在第一種構(gòu)型中,至少一個多孔封閉構(gòu)件防止載體漂浮于液體反應(yīng)物的上部。在一些實(shí)施方案中,至少一個載體限制構(gòu)件相對于氣體發(fā)生器的殼體可以是附著的。

或者,載體運(yùn)動限制構(gòu)件可包括至少一個在一端連接于載體且在另一端連接于氣體發(fā)生器的殼體的柔性繩或帶。

或者,載體運(yùn)動限制構(gòu)件可包括至少一個在一端連接于載體且在另一端樞轉(zhuǎn)連接于發(fā)生器的殼體的實(shí)質(zhì)上非柔性的桿。

在一些實(shí)施方案中,至少一個多孔封閉構(gòu)件相對于氣體發(fā)生器的殼體是可移動的。在一個實(shí)例中,至少一個多孔封閉構(gòu)件可連接于可壓縮本體。在第一種構(gòu)型中,至少一個多孔封閉構(gòu)件移動而將載體浸入液體反應(yīng)物中。

催化劑載體可包括至少一個浮力構(gòu)件(buoyantmember)和/或至少一個壓載(ballast)。

本發(fā)明還涉及運(yùn)行氣體發(fā)生器的方法,包括以下步驟:

提供含有液體反應(yīng)物和催化劑載體的殼體,其中催化劑載體比液體反應(yīng)物更有浮力;

在殼體中提供含有一定體積氣體的可壓縮本體,其中在第一種構(gòu)型中,氣體發(fā)生器的內(nèi)部壓力低于可壓縮本體的內(nèi)部壓力,因而可壓縮本體的體積增加,在第二中構(gòu)型中,氣體發(fā)生器的內(nèi)部壓力高于可壓縮本體的內(nèi)部壓力,因而可壓縮本體的體積降低;以及

在第一種構(gòu)型中限制催化劑載體的運(yùn)動。

附圖說明

附圖形成了本說明書的一部分,并且應(yīng)當(dāng)結(jié)合說明書來理解,在各種視圖中附圖中相似的附圖標(biāo)記用于表示相似的部件:

圖1是本發(fā)明氣體發(fā)生器的示意圖;

圖2a是本發(fā)明催化劑漂浮物(catalystfloat)的一個實(shí)施方案的透視圖;圖2b是圖2a的催化劑漂浮物的橫截面視圖;

圖3a-3c是各種構(gòu)型中本發(fā)明氣體發(fā)生器的另一實(shí)施方案的橫截面視圖;

圖4a-4b是本發(fā)明氣體發(fā)生器的另一實(shí)施方案的橫截面視圖;

圖5a-5b是本發(fā)明氣體發(fā)生器的另一實(shí)施方案的橫截面視圖;以及

圖6a-6b是本發(fā)明氣體發(fā)生器的另一實(shí)施方案的橫截面視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及具有催化劑載體的氣體發(fā)生器,催化劑載體在氣體發(fā)生器中的運(yùn)動受到限制。優(yōu)選,催化劑載體包括催化劑漂浮物,催化劑漂浮物的整體密度小于氣體發(fā)生器中液體反應(yīng)物的整體密度,從而為催化劑漂浮于液體反應(yīng)物的上部提供足夠的浮力,由此舉起催化劑或使催化劑與液體反應(yīng)物分開,以終止反應(yīng)物反應(yīng)產(chǎn)生氣體。在一些實(shí)施方案中,催化劑載體或漂浮物未與氣體發(fā)生器連接,并包含于允許液體反應(yīng)物流過并允許發(fā)生的氣體離開的籠或開放/多孔封閉系統(tǒng)中。在其他實(shí)施方案中,催化劑載體通過柔性連接部件如繩或帶與氣體發(fā)生器的殼體連接。在運(yùn)行過程中,在一個實(shí)施方案中封閉系統(tǒng)相對于氣體發(fā)生器的殼體實(shí)質(zhì)上保持靜止。氣體發(fā)生器還包括至少一個膨脹構(gòu)件或可壓縮構(gòu)件。這種膨脹構(gòu)件的體積取決于氣體發(fā)生器的內(nèi)部壓力。在這種實(shí)施方案中,當(dāng)內(nèi)部壓力低時,膨脹構(gòu)件的體積增加以提高液體反應(yīng)物的水平,從而實(shí)質(zhì)上覆蓋催化劑漂浮物,為了允許液體反應(yīng)物到達(dá)催化劑漂浮物中的催化劑,催化劑漂浮物的運(yùn)動受到開放性封閉系統(tǒng)的限制。當(dāng)內(nèi)部壓力高時,膨脹構(gòu)件的體積降低以降低液體反應(yīng)物的水平,從而催化劑漂浮物漂浮于液體反應(yīng)物的上部,而不受開放性封閉系統(tǒng)的限制,從而將催化劑舉過液體反應(yīng)物的水平。在另一實(shí)施方案中,多孔封閉系統(tǒng)包括至少一個響應(yīng)氣體發(fā)生器的內(nèi)部壓力而移動的可移動多孔構(gòu)件,從而移動催化劑載體浸入液體反應(yīng)物中。

催化劑漂浮物可具有浮力構(gòu)件(buoyancymember)和/或壓載以控制其浮力或整體密度,并且漂浮物可具有允許液體反應(yīng)物進(jìn)入漂浮物的進(jìn)入通道和供所產(chǎn)生的氣體離開的外出通道。優(yōu)選,催化劑漂浮物中的催化劑位于遠(yuǎn)離進(jìn)入通道的入口端且面對漂浮物的中心,從而當(dāng)催化劑漂浮物漂浮于液體反應(yīng)物的上部時,催化劑與液體反應(yīng)物的表面分開。本發(fā)明的氣體發(fā)生器可以具有一個或多個優(yōu)選的特定定位或系列定位以運(yùn)行,或其可以不依賴于氣體發(fā)生器的定位而運(yùn)行。

參考圖1,氣體發(fā)生器10含有可包含硼氫化鈉或硼氫化鉀、水以及防腐劑如氫氧化鈉或氫氧化鉀的混合物12的液體反應(yīng)物。這種混合物在催化劑存在的情況下反應(yīng)產(chǎn)生氫。本發(fā)明并不限于反應(yīng)產(chǎn)生氫的任何具體燃料混合物。其他合適的燃料描述于us8,636,961和us8,636,826中。此外,氣體發(fā)生器10可使用其他燃料混合物來產(chǎn)生其他氣體如氧碳酸氣體(oxygencarbonicacidgas)等。非氫氣體發(fā)生器的非限制性實(shí)例描述于美國專利第8,142,726號和第150,995中,通過引用將這兩件專利整體并入本文。液體反應(yīng)物12的最高水平受氣體發(fā)生器10的內(nèi)部壓力和可壓縮本體14的內(nèi)部壓力控制,可壓縮本體14優(yōu)選含有固定體積的氣體。當(dāng)氣體發(fā)生器10中的內(nèi)部壓力(p10)高于可壓縮本體14的內(nèi)部壓力(p14)時,這種第一相對壓力(p10>p14)壓縮可壓縮本體14以降低液體水平。另一方面,當(dāng)氣體發(fā)生器10的內(nèi)部壓力(p10)低于可壓縮本體14的內(nèi)部壓力(p14)時,這種第二相對壓力(p14>p10)允許可壓縮本體14膨脹來提高液體水平。因此,p14可視為可具有包括大氣壓值在內(nèi)的任何值的參照壓力??蓧嚎s本體14的體積決定液體反應(yīng)物12所經(jīng)歷的水平升高量。

氣體發(fā)生器10還包括含有催化劑18、可選的浮力構(gòu)件20和可選的壓載22的催化劑載體/體系或催化劑漂浮物16。液體反應(yīng)物12在催化劑18存在的情況下反應(yīng)產(chǎn)生氣體,優(yōu)選氫24。浮力構(gòu)件20和/或壓載22用于調(diào)整催化劑漂浮物16的密度,從而使得如果催化劑漂浮物16的運(yùn)動未受到限制,漂浮物16優(yōu)選會漂浮于液體反應(yīng)物12表面的上部。如圖1所示,催化劑漂浮物的運(yùn)動16限于邊界內(nèi),這可由載體運(yùn)動限制構(gòu)件諸如例如多孔封閉物26例如籠或篩封閉物(screenenclosure)等提供。優(yōu)選,多孔封閉物26相對固定于氣體發(fā)生器10的殼體27。例如,多孔封閉物26可以直接或間接連接于殼體27。

運(yùn)行時,液體反應(yīng)物12在催化劑18存在的情況下反應(yīng)產(chǎn)生氣體24。如果氣體24留在氣體發(fā)生器10中,或如果以小于氣體發(fā)生速率的速率排出氣體24,則氣體發(fā)生器10的內(nèi)部壓力p10會增加。當(dāng)p10大于可壓縮本體14的內(nèi)部壓力p14時,第一壓力差(p10-p14)壓縮本體14,由此降低液體反應(yīng)物12的水平。當(dāng)液體水平降低而低于多孔封閉物26時,例如降低至圖1所示的水平30時,液體反應(yīng)物12不再接觸催化劑18,產(chǎn)生氣體24的反應(yīng)停止。另一方面,如果氣體24離開氣體發(fā)生器10,并且被諸如燃料電池的設(shè)備消耗,則p10降低,并且當(dāng)p10低于p14時,這種第二壓力差(p14-p10)允許可壓縮本體14膨脹以提高液體反應(yīng)物12的液體水平,直到液體水平上升高于多孔封閉物26,由此允許液體反應(yīng)物12進(jìn)入催化劑漂浮物16并接觸催化劑18。應(yīng)當(dāng)注意,因?yàn)榇呋瘎┢∥?6漂浮于液體反應(yīng)物12的上部,直到催化劑漂浮物16的運(yùn)動被多孔封閉物26的頂部抑制之后,反應(yīng)才發(fā)生。

氣體發(fā)生器10還可以具有用于以新鮮供應(yīng)物替換消耗的液體反應(yīng)物12的液體反應(yīng)物入口32和液體反應(yīng)物出口34,和用于從氣體發(fā)生器除去所產(chǎn)生的氣體的氣體出口36。另外,氣體發(fā)生器10可以具有氣體分離器或氣體分離器組合(gasseparatorcomposite),如us8,636,826和us2011/0212374中所描述和請求保護(hù)的那些,以將所產(chǎn)生的氣體與液體反應(yīng)物12和副產(chǎn)物分開并將所產(chǎn)的氣體從液體反應(yīng)物12和副產(chǎn)物中取出。

圖2a和2b闡明了催化劑漂浮物16的一個實(shí)施方案,其具有形成漂浮物16的殼體28的兩個半殼。兩個半殼在中心線38處連接。優(yōu)選接近催化劑漂浮物16的中心儲存催化劑18。提供浮力構(gòu)件20來確保催化劑漂浮物16漂浮于液體反應(yīng)物12的上部。還可添加壓載22(圖1所示)。催化劑漂浮物16具有至少一個入口40和一個出口42。通常,在圖2a和2b所示的方向上,液體反應(yīng)物12在入口40處進(jìn)入催化劑漂浮物16,并且所產(chǎn)生的氣體在出口42處離開催化劑漂浮物16。因?yàn)榇呋瘎┢∥?6的這個實(shí)施方案是對稱的,當(dāng)上下顛倒并且入口變成出口時,其保持運(yùn)行,反之亦然。還優(yōu)選的是,將催化劑18與入口/出口40、42的外緣空間分開,從而當(dāng)催化劑漂浮物16位于液體反應(yīng)物12的上部時,催化劑18不與液體反應(yīng)物12接觸。因?yàn)楫?dāng)可壓縮本體14膨脹(p14>p10)時液體反應(yīng)物12的水平升高,因此,可以提供多孔封閉物26來封閉催化劑漂浮物16并促使催化劑漂浮物16浸入液體反應(yīng)物12中。

圖3a顯示了運(yùn)行并產(chǎn)生氣體的氣體發(fā)生器10的另一實(shí)施方案。催化劑漂浮物16浸入液體反應(yīng)物12中,并且可壓縮本體14膨脹。多孔封閉物26使催化劑漂浮物16浸入液體反應(yīng)物12中。在這個實(shí)施方案中,多孔封閉物26至少部分封閉催化劑漂浮物16,盡管其也可以完全封閉催化劑漂浮物16。圖3b顯示了可壓縮本體14已泄氣的氣體的運(yùn)行中的發(fā)生器10,并且液體反應(yīng)物12的表面水平已經(jīng)跌至多孔封閉物26的頂部之下,足以供催化劑漂浮物16漂浮于液體反應(yīng)物12的上部,由此使催化劑18升高離開液體反應(yīng)物12。應(yīng)當(dāng)注意,如圖3a和3b所示,盡管氣體發(fā)生器處于運(yùn)行中,但多孔封閉物26相對于氣體發(fā)生器10的殼體28是固定的。

圖3c闡明了,在儲存過程中和在第一次使用前,通過相對于殼體28向上移動多孔封閉物26從而使催化劑漂浮物16一直保持高于液體反應(yīng)物12而使催化劑漂浮物16遠(yuǎn)離液體反應(yīng)物12的一種可能方式。在第一次使用或第一次銷售之前儲存氣體發(fā)生器的另一種方式是,使液體反應(yīng)物12的兩種或更多種組分分離和未混合,例如使水與硼氫化鈉未混合,直到第一次使用之前。

如圖1以及3a和3b所示,氣體發(fā)生器10在所示的方向上運(yùn)行。然而,如果殼體27和多孔封閉物26的形狀基本上相似,并且將多孔封閉物26置于殼體28中,從而它們的幾何中心彼此重合,則可使氣體發(fā)生器10在任何方向上運(yùn)行。例如,殼體27和多孔封閉物26的形狀可以是中心基本上位于同一點(diǎn)的球形。在這種情況下,多孔封閉物26和殼體27之間的距離基本上相同。在另一實(shí)例中,殼體27和多孔封閉物26的形狀是幾何中心彼此重合的立方體形狀。除了在角落之外,立方體多孔封閉物26和立方體殼體28之間的距離基本上相同。

在另一實(shí)施方案中,多孔封閉物26簡化為連接于可壓縮本體14的多孔活塞44,如圖4a和4b所示。當(dāng)(p14>p10)時,可壓縮本體14膨脹,并將多孔活塞44和催化劑漂浮物16推入液體反應(yīng)物12。當(dāng)(p14<p10)時,可壓縮本體收縮,舉起多孔活塞遠(yuǎn)離液體反應(yīng)物12,從而允許催化劑漂浮物16漂浮于上部并阻止反應(yīng)。應(yīng)當(dāng)注意,在這種情況下,可壓縮本體的膨脹和收縮14并不明顯提高液體反應(yīng)物水平或并不足以將液體反應(yīng)物12移動到催化劑漂浮物16中。當(dāng)在膨脹狀態(tài)時通過將催化劑漂浮物16推入液體反應(yīng)物12(圖4a),并且在收縮狀態(tài)時通過允許催化劑漂浮物16從液體反應(yīng)物12浮現(xiàn)(圖4b),可壓縮本體14的膨脹/收縮直接將催化劑漂浮物16移動到液體反應(yīng)物12中和將其移出液體反應(yīng)物12。

圖5a-5b顯示了圖4a和4b的實(shí)施方案的變體。這種變體顯示了多套例如4套固定在殼體27的壁上的可壓縮本體14/多孔篩44。這種變體允許氣體發(fā)生器10在多個方向上運(yùn)行,例如每套14/44提供至少一個可運(yùn)行方向。

根據(jù)本發(fā)明,如圖6a和6b所示,催化劑漂浮物16的運(yùn)動可以受到至少一個載體運(yùn)動限制構(gòu)件的限制,所述載體運(yùn)動限制構(gòu)件包括柔性部件如繩或帶50,柔性部件在一端連接于催化劑漂浮物16,在另一端連接于位于殼體27的地板上和/或位于殼體27的上部和/或位于殼體27的側(cè)壁的錨定點(diǎn)55。在這種實(shí)施方案中,多孔封閉物26是任選的,并且可以完全被繩/帶50替代或與繩/帶50一起使用。如圖6a所顯示,當(dāng)p14>p10時,液體反應(yīng)物12中的一個或多個可壓縮本體14膨脹至膨脹狀態(tài),結(jié)果殼體27中液體反應(yīng)物的水平上升至l1水平。如圖6b所顯示,當(dāng)p14<p10時,液體反應(yīng)物12中的一個或多個可壓縮本體14收縮至收縮狀態(tài),結(jié)果殼體27中液體反應(yīng)物的水平降至低于l1水平的l2水平。圖6b中的繩/帶50可以是松弛的并且不是繃緊的(taught/tight)。如圖6a和6b所顯示,l1水平高于l2水平。

或者,構(gòu)件50可以是在一端連接于催化劑漂浮物16并且在末端55樞轉(zhuǎn)連接于殼體27的實(shí)質(zhì)上非柔性的桿或鏈環(huán)50,從而當(dāng)反應(yīng)物水平降至圖6b所示的l2水平時,桿50可樞轉(zhuǎn)從而將催化劑漂浮物16保持在反應(yīng)物表面之上。

盡管顯而易見的是,本文公開的本發(fā)明的示例性實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了上文所述的目的,但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計許多變型和其他實(shí)施方案。一個實(shí)施方案的特征可以用于其他實(shí)施方案。因此,應(yīng)當(dāng)理解的是,所附權(quán)利要求意欲涵蓋落入本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有這類變型和實(shí)施方案。

當(dāng)前第1頁1 2 
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點(diǎn)贊!
1