專利名稱：由壓力差驅(qū)動(dòng)的、基于硼氫化物的發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用催化劑由燃料例如硼氫化物產(chǎn)生氫氣的方法和裝置。尤其是，本發(fā)明涉及一種燃料和方法，其中，燃料通過內(nèi)部產(chǎn)生的壓力差而傳送給催化室，同時(shí)不需要專用電動(dòng)泵送系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氫氣是“清潔燃料”，因?yàn)樗梢栽谙臍錃獾难b置(例如燃料電池或燃燒發(fā)動(dòng)機(jī))中與氧氣反應(yīng)，以便產(chǎn)生能量和水。實(shí)際上，在排氣中不產(chǎn)生其它反應(yīng)負(fù)產(chǎn)品。因此，使用氫氣作為燃料能夠有效解決與使用基于石油的燃料相關(guān)的各種環(huán)境問題。因此，對(duì)于可以使用氫氣的各種用途，氫氣的安全性和高效儲(chǔ)存是必須的。特別是，在汽車用途中，減小氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)的容積、尺寸和復(fù)雜性是很重要的因素。
目前已經(jīng)有各種儲(chǔ)存氫氣的方法，但是對(duì)于多種用戶用途，這些方法并不充分或者并不實(shí)際。例如，氫氣可以在非常低的溫度下以液體形式儲(chǔ)存。低溫儲(chǔ)存提供了70克氫氣每升的容積密度，但是它還受到儲(chǔ)存所需的儲(chǔ)罐的重量的限制，這限制了它在用戶用途中的使用。此外，在液化氫氣時(shí)消耗的能量大約為可由生成的氫氣獲得的能量的60％。最后對(duì)于大部分用戶用途，液態(tài)氫氣并不安全或?qū)嵱谩?br> 也可選擇在高壓下將氫氣儲(chǔ)存在氣瓶中。不過，100磅的鋼氣瓶在大約2200psi下只能儲(chǔ)存大約一磅的氫氣，這只有氫氣儲(chǔ)存裝置的重量的1％。具有專用壓縮機(jī)的更昂貴和復(fù)雜的氣瓶可以在大約4500psi的高壓下儲(chǔ)存氫氣，以便獲得大約4％重量的更佳儲(chǔ)存比。盡管可以使壓力更高，但是安全因素和獲得這樣的高壓所消耗的大量能量都迫使人們尋找安全和高效的氫氣儲(chǔ)存技術(shù)。
已經(jīng)開發(fā)了一種氫氣產(chǎn)生技術(shù)，用于根據(jù)需要使用穩(wěn)定的金屬氫化物溶液和氫氣產(chǎn)生催化系統(tǒng)來產(chǎn)生氫氣。通常，這樣的系統(tǒng)需要專門的泵送系統(tǒng)和電動(dòng)力供給，以便使金屬氫化物溶液進(jìn)入氫氣產(chǎn)生催化系統(tǒng)和除去廢棄的反應(yīng)物。
發(fā)明簡(jiǎn)介因此，本發(fā)明的目的是提供一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，它不需要通過外部電源操作的泵送系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，它不需要電力來操作。
本發(fā)明還有一目的是提供一種氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)，它可以用于通過減小作用在泵上的壓力差負(fù)載而增大包含電動(dòng)泵的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種氫氣發(fā)電系統(tǒng)，它可以用于增大用作微電源的軍用和小型靜止氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)。
本發(fā)明的這些和其它目的通過提供一種用于產(chǎn)生氫氣的裝置來實(shí)現(xiàn)，該裝置包括催化劑室，該催化劑室有催化劑；燃料室，該燃料室包括反應(yīng)物材料，該反應(yīng)物材料在與催化劑接觸時(shí)能夠產(chǎn)生氫氣；廢棄燃料室，該廢棄燃料室與催化劑室相連，用于接收廢棄的反應(yīng)物材料和氫氣；導(dǎo)管，該導(dǎo)管在燃料室和廢棄燃料室之間，它包括單向閥；以及出口導(dǎo)管，該出口導(dǎo)管與該單向閥相連。
本發(fā)明還提供了使用這樣的裝置來產(chǎn)生氫氣的方法，其中，壓力供給燃料室，以便使反應(yīng)物材料傳送給催化劑，并與該催化劑接觸，從而產(chǎn)生氫氣和廢棄反應(yīng)物材料。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是表示本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖；圖2是表示圖1中的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是表示本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)的示意圖，其中，燃料容器包括活塞；圖4是表示本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)的示意圖，其中，燃料容器包括柔性囊；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明包括燃料泵的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)的示意圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明包括燃料水平傳感器的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)的示意圖；圖7是用于本發(fā)明的容積交換儲(chǔ)罐的示意圖；圖8A、8B和8C分別是表示根據(jù)本發(fā)明用于裝燃料、廢棄燃料或者燃料和廢棄燃料的柔性囊裝置的示意圖；以及圖9A是表示用于本發(fā)明的、平行布置的多個(gè)儲(chǔ)罐的視圖，圖9B是表示根據(jù)本發(fā)明可以分別選擇使用的多個(gè)儲(chǔ)罐的視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明本發(fā)明提供了用于產(chǎn)生氫氣的裝置，它不需要電動(dòng)泵來使催化劑或反應(yīng)物組分運(yùn)動(dòng)。相反，該新型裝置利用內(nèi)部產(chǎn)生的壓力差來控制反應(yīng)物向氫氣產(chǎn)生催化劑的輸送。
在圖1所示的本發(fā)明實(shí)施例中，氫氣產(chǎn)生裝置包括硼氫化物燃料容器10，該硼氫化物燃料容器10通過燃料進(jìn)口管路15與催化劑室20連接。通過硼氫化物燃料與催化劑反應(yīng)，硼酸鹽和氫氣從催化劑室25的出口流入廢棄燃料室30。通過使催化劑的位置遠(yuǎn)離燃料室，燃料和廢棄燃料彼此分離，從而避免持續(xù)稀釋燃料濃度。
廢棄燃料室30通過有單向閥40的導(dǎo)管與燃料容器10連接，該單向閥40只允許氫氣沿一個(gè)方向流動(dòng)。氫氣出口管路50將氫氣輸出該系統(tǒng)。傳送壓力/流量調(diào)節(jié)器55可以用于控制流向出口管路50的氫氣。壓力計(jì)60可以用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的壓力。設(shè)定壓力調(diào)節(jié)器/釋壓閥100可以用于通過由旁通管路110將壓力直接釋放到出口管路50內(nèi)，從而設(shè)置和保持系統(tǒng)的最大操作壓力。作為安全措施，在設(shè)定壓力調(diào)節(jié)器/釋壓閥100不能有效設(shè)置和保持系統(tǒng)內(nèi)的壓力時(shí)，手動(dòng)壓力釋放出口管路70和手動(dòng)壓力釋放安全閥80和90可以釋放壓力。燃料切斷閥120可以停止燃料向催化劑室的輸送。
通過下面的實(shí)例，可以更好地理解本發(fā)明，這些實(shí)例只是示例性的，并不意味著對(duì)本發(fā)明范圍的限定。
實(shí)例1圖2表示了圖1中的本發(fā)明裝置的示意圖。包括20％重量的NaBH4、3％重量的NaOH和77％重量的水的燃料溶液倒入燃料容器10中，使得該容器的大約一半充滿該溶液。通過由具有調(diào)節(jié)器閥55(處于關(guān)閉位置)的管路135引入N2氣體，向系統(tǒng)供給初始?jí)毫?。?yīng)當(dāng)知道，初始?jí)毫υ床⒉痪窒抻跉怏wN2，例如，它可以選擇為通過迫使少量燃料到催化劑上而生成的H2氣體。壓力計(jì)150的讀數(shù)為15psi。燃料切斷閥120打開，且如預(yù)期，沒有觀察到壓力降。為了開始產(chǎn)生氫氣，調(diào)節(jié)器閥55打開大約一半。如在水杯180中的氣泡明顯所示，氣體開始流出該出口管路50。在開始產(chǎn)生氣泡之后，很快發(fā)現(xiàn)燃料通過燃料進(jìn)口管路190并經(jīng)單向閥210而流入催化劑室20中。催化劑室的表面溫度增加至大約60℃，硼酸鹽和氫氣流入廢棄燃料容器220中。
在壓力計(jì)150中觀察的壓力為大約16psi，并通過設(shè)定壓力調(diào)節(jié)器/釋壓閥100釋放到出口管路50。當(dāng)在壓力計(jì)150中的壓力下降至大約15psi時(shí)，由于燃料容器10中的壓力PF大于廢棄燃料容器30中的壓力PB，更多燃料從燃料容器10流入催化劑室20。在壓力計(jì)150中的壓力再次升高至大約16至17psi，由于燃料的輸送和氫氣的產(chǎn)生而形成的壓力降低和壓力升高的相同循環(huán)重復(fù)進(jìn)行。當(dāng)在大約15psi的供給下工作時(shí)，產(chǎn)生的H2的速度經(jīng)測(cè)量為大約1.5SLM(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)，或者等效為大約100瓦的等效燃料電池功率。
調(diào)節(jié)器55進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便改變流量，且沒有觀察到不利影響。用手指堵塞出口管路50，從而停止氣體流動(dòng)。當(dāng)移開手指時(shí)，流動(dòng)立即繼續(xù)產(chǎn)生，且沒有觀察到不利影響。
系統(tǒng)能夠一直運(yùn)轉(zhuǎn)，直到燃料容器10的燃料基本用完。在燃料消耗完之后，系統(tǒng)通過出口管路50降壓。對(duì)收集在腔室30中的廢棄燃料進(jìn)行檢查。該廢棄燃料有相當(dāng)高的轉(zhuǎn)換率，估計(jì)將大于80％。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)，假定為100％轉(zhuǎn)換，那么預(yù)計(jì)本發(fā)明的該裝置可以利用750ml的、20％重量的NaBH4在大約1.5SLM下工作大約4.3小時(shí)。
在圖3中所示的本發(fā)明另一實(shí)施例中，燃料容器10可以包括活塞230，以便使氫氣壓保持與燃料液體分開。這使得燃料容器10可以定向?yàn)槿我夥较?，而不依賴于重力方向，該重力使燃料向下引出燃料容?0。也就是，活塞230防止具有壓力PF的氫氣通過燃料切斷閥120運(yùn)送。在圖4所示的本發(fā)明另一實(shí)施例中，燃料容器10包括柔性囊，以便使燃料容器10獲得類似的方向獨(dú)立性。
在圖5中所示的本發(fā)明另一實(shí)施例中，燃料泵270可以布置在燃料切斷閥120和催化劑室進(jìn)口單向閥210之間。燃料泵270可能需要外部動(dòng)力來操作，不過，該系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，因?yàn)樵摫弥恍枰嬷鴫毫Σ?PB-PF)進(jìn)行泵送，而在普通系統(tǒng)中，泵需要逆著壓力PB進(jìn)行泵送。減小的壓力差將降低泵的力，這可以獲得比不采用增強(qiáng)壓差所能獲得的輸送壓力更高的輸送壓力，并且可以使泵的規(guī)格降低，更容易購買。
在圖6中所示的本發(fā)明另一實(shí)施例中，較大燃料儲(chǔ)存器在環(huán)境壓力下儲(chǔ)存在主燃料儲(chǔ)罐300中。燃料水平傳感器340檢測(cè)在燃料容器10中的燃料高度。當(dāng)燃料水平傳感器340檢測(cè)到預(yù)定的“低”水平時(shí)，燃料泵320打開，并通過燃料管路330泵送燃料，以便重新充滿燃料容器10。當(dāng)燃料水平傳感器340檢測(cè)到燃料水平達(dá)到預(yù)定的“滿”水平時(shí)，燃料泵320關(guān)閉，從而停止通過燃料管路330供給燃料。另外，在該循環(huán)過程中，廢棄燃料排出閥350可以打開，從而使廢棄燃料容器30中的氫氣壓力(PB)能夠?qū)U棄燃料通過廢棄燃料排出管路370而推入環(huán)境壓力主廢棄燃料儲(chǔ)罐310中。當(dāng)廢棄燃料水平傳感器360檢測(cè)到廢棄燃料的預(yù)定“低”水平時(shí)，廢棄燃料排出閥350可以關(guān)閉。在本實(shí)施例中，盡管可能需要外部動(dòng)力來使某些部件運(yùn)轉(zhuǎn)，但是潛在的優(yōu)點(diǎn)是可以使更大的燃料儲(chǔ)罐和廢棄燃料儲(chǔ)罐都處于大氣壓力下。因此，這使得系統(tǒng)可以在重新充裝燃料和/或排出廢棄燃料之間可以運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間(如果不定期)。當(dāng)然，在本實(shí)施例中詳述的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)和順序只是示例性的，并不是對(duì)本發(fā)明范圍的限定。
圖7表示了圖6中使用的環(huán)境壓力儲(chǔ)罐300和310的可選實(shí)施例。這牢固環(huán)境壓力儲(chǔ)罐300和310可以由單個(gè)“容量交換儲(chǔ)罐”代替，它包括燃料區(qū)域400、廢棄燃料區(qū)域和活動(dòng)隔板420(例如活塞)。當(dāng)燃料區(qū)域400中的燃料消耗和廢棄燃料返回廢棄燃料區(qū)域410時(shí)，活動(dòng)隔板420滑動(dòng)，這樣，起初由燃料占據(jù)的空間變成由廢棄燃料占據(jù)。這樣的明顯優(yōu)點(diǎn)是減小了儲(chǔ)存燃料和廢棄燃料所需的總?cè)莘e?；顒?dòng)隔板420可以設(shè)計(jì)為絕熱體。還有，當(dāng)燃料、廢棄燃料、或者這兩種材料裝在柔性囊430中時(shí)，活動(dòng)隔板420可以取消，如圖8A、8B和8C所示。
圖9A和9B表示了容積交換儲(chǔ)罐的另一實(shí)施例。該系統(tǒng)包含任意數(shù)目的離散儲(chǔ)罐，它們最初裝有燃料500或?yàn)榭盏?20。當(dāng)裝于給定燃料儲(chǔ)罐500中的燃料消耗后，該儲(chǔ)罐再象儲(chǔ)罐510一樣用于儲(chǔ)存廢棄燃料，并從另外的燃料儲(chǔ)罐500中消耗燃料。圖9A中所示的系統(tǒng)表示了儲(chǔ)罐怎樣通過燃料控制閥540和廢棄燃料控制閥550而并聯(lián)復(fù)用(multipliexed)，以便分別將燃料引入燃料管路330中和將廢棄燃料從廢棄燃料管路360中引入。圖9B表示了儲(chǔ)罐通過控制閥55而可選擇地串聯(lián)充滿的實(shí)施例。閥530、540和550可以人工或通過其它自動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然，在本實(shí)施例中詳述的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)只是示例性的，并不用于限制本發(fā)明的范圍。例如，該系統(tǒng)可以布置成柱形、球形或其它幾何形狀。
本發(fā)明中使用的燃料包括(i)金屬氫化物、(ii)至少一種穩(wěn)定劑、以及(iii)溶劑的溶液。這里所用的術(shù)語“溶液”包括液體，所有組分都溶解于該液體中；和/或漿，其中，某些組分溶解而某些組分為不溶固體。這里所述的術(shù)語“大約”的意思是所述值加或減10％。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，絡(luò)合物金屬氫化物可以用于本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)中。這些絡(luò)合物金屬氫化物的通用化學(xué)式為MBH4。M是從周期表的族1(前面的族IA)或族2(前面的族IIA)中選定的堿金屬，例如它們包括鋰、鈉、鉀、鎂或鈣。在某些情況下，M也可以是銨或有機(jī)組。B是從周期表的族13(前面的族IIIA)中選定的元素，例如它們包括硼、鋁和鎵。H是氫?？捎糜诒景l(fā)明的金屬氫化物例如包括但不局限于NaBH4、LiBH4、KBH4、Mg(BH4)2、Ca(BH4)2、NH4BH4、(CH3)4NH4BH4、NaAlH4、LiAlH4、KAlH4、NaGaH4、LiGaH4、KGaH4、以及它們的混合物。不需考慮受任何理論的限制，可以認(rèn)為，金屬氫化物，尤其是硼氫化物在堿性pH值水中最穩(wěn)定，即當(dāng)與高pH值的水接觸時(shí)，金屬硼氫化物不容易分解。下面的硼氫化物為優(yōu)選硼氫化鈉(NaBH4)、硼氫化鋰(LiBH4)、硼氫化鉀(KBH4)、硼氫化銨(NH4BH4)、硼氫化三甲基銨((CH3)4NH4BH4)、四硼氫化物、以及它們的混合物。
本發(fā)明的金屬氫化物溶液包括至少一種穩(wěn)定劑，因?yàn)楹饸浠锶芤喝绻槐环€(wěn)定將緩慢分解。這里所用的穩(wěn)定劑是能夠延遲、阻礙或防止金屬氫化物與水反應(yīng)的任意成份。通常，有效的穩(wěn)定劑在室溫下(25℃)大于大約7的pH值中保持金屬氫化物溶液，該pH值優(yōu)選是大于大約11，更優(yōu)選是大于大約13。
有用的穩(wěn)定劑包括金屬氫化物鹽的陽離子的相應(yīng)氫氧化物。例如，當(dāng)硼氫化鈉用作金屬氫化物鹽時(shí)，相應(yīng)的穩(wěn)定劑為氫氧化鈉。在本發(fā)明的穩(wěn)定金屬氫化物溶液中，氫氧化物的濃度大于大約0.1摩爾，優(yōu)選是大于大約0.5摩爾，最優(yōu)選是大于大約1摩爾或4％重量。通常，通過在添加硼氫化物鹽之前將氫氧化物溶解在水中，可以使金屬氫化物溶液穩(wěn)定。例如，有用的氫氧化物鹽包括但不局限于氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀、以及它們的混合物。氫氧化鈉為優(yōu)選，因?yàn)樗谒杏写蠹s44％重量的很高可溶性。盡管其它氫氧化物也合適，但是必須考慮在不同金屬氫化物和各種氫氧化物鹽之間的可溶性差異，因?yàn)檫@樣的可溶性差異可能很顯著。例如，向濃的硼氫化鈉溶液中添加太多氫氧化鋰將導(dǎo)致生成硼氫化鋰沉淀。
其它的非氫氧化物穩(wěn)定劑包括能夠升高金屬氫化物溶液的超電位(overpotential)以便生成氫氣的物質(zhì)。這些非氫氧化物穩(wěn)定劑優(yōu)選是與氫氧化物鹽組合。非氫氧化物穩(wěn)定劑的非限定實(shí)例包括包含在周期表的右側(cè)的較軟金屬的化合物。這些非氫氧化物穩(wěn)定劑的非限定實(shí)例包括包含鉛、錫、鎘、鋅、鎵、汞和它們的組合的化合物。包含鎵和鋅的化合物為優(yōu)選，因?yàn)檫@些化合物穩(wěn)定和可溶于堿性介質(zhì)中。例如，鋅和鎵分別形成可溶的鋅酸鹽和鎵酸鹽，它們不容易由硼氫化物還原。
包含某些在周期表右側(cè)的非金屬的化合物也可用于使金屬氫化物溶液穩(wěn)定。這些非氫氧化物穩(wěn)定劑的非限定實(shí)例包括包含硫的化合物，例如硫化鈉、硫脲、二硫化碳和它們的混合物。
優(yōu)選是，催化劑在兩個(gè)方面有利于金屬氫化物鹽和水的反應(yīng)(i)可以獲得氫位(site)以及(ii)能夠有助于水解機(jī)理，即與水分子的氫原子反應(yīng)。金屬氫化物溶液為絡(luò)合物系統(tǒng)，有多步還原機(jī)理。例如，硼氫化物有4個(gè)氫和8電子還原機(jī)理。因此，一旦單個(gè)氫原子從硼氫化物分子中取出，剩下的部分將不穩(wěn)定，并將與水反應(yīng)，以便釋放其余的氫原子。用于本發(fā)明的催化劑包括但不局限于過渡金屬、過渡金屬硼化物、這些材料的合金以及它們的混合物。
可用于本發(fā)明的催化劑系統(tǒng)的過渡金屬催化劑在授予Amendola的美國專利No.5804329中有描述，該專利文獻(xiàn)被本文參引。這里所用的過渡金屬催化劑是包含周期表中的族IB至族VIIIB的金屬的催化劑，或者由這些金屬制成的化合物。這些金屬的典型實(shí)例包括但不局限于由銅族、鋅族、鈧族、鈦?zhàn)?、釩族、鉻族、錳族、鐵族、鈷族和鎳族。過渡金屬元素或化合物催化化學(xué)反應(yīng)()，并通過在表面上吸收成氫原子形式(即氫化物H-或質(zhì)子氫H+)的氫而有助于水的水解。有用的過渡金屬元素和化合物的實(shí)例包括但不局限于釕、鐵、鈷、鎳、銅、錳、銠、錸、鉑、鈀、鉻、銀、鋨、銥、它們的硼化物、它們的合金、以及它們的混合物。釕、鈷、銠以及它們的混合物為優(yōu)選。
在本發(fā)明的催化劑系統(tǒng)中使用的催化劑優(yōu)選是有較大表面面積。這里所使用的較大表面面積的意思是該催化劑顆粒具有非常小的平均顆粒尺寸，即平均直徑小于大約100微米，優(yōu)選是小于大約50微米，更優(yōu)選是小于大約25微米。在有催化劑的情況下，硼氫化物和水的化學(xué)反應(yīng)在所有的測(cè)量硼氫化物濃度中都遵循零階動(dòng)態(tài)，即生成的氫氣容積與時(shí)間成線性關(guān)系。因此，認(rèn)為反應(yīng)速度主要取決于催化劑的表面面積。
獲得具有較高表面面積的催化劑顆粒的一個(gè)方法是使用具有很小平均顆粒尺寸的催化劑。盡管具有較小平均顆粒尺寸的催化劑為優(yōu)選，但是當(dāng)較小顆粒足夠小，從而能通過保持系統(tǒng)時(shí)，它們可能被液體金屬氫化物溶液沖走。該缺點(diǎn)可以通過形成較小催化劑顆粒的較大集合體而消除。這里所使用的較大催化劑顆粒集合體是由任何較小催化劑顆粒通過已知的粉末冶金方法例如燒結(jié)而形成的塊或?qū)嶓w。這些冶金方法也可以用于制成各種有利的形狀?？梢哉J(rèn)為，因?yàn)檫@些較大催化劑顆粒集合體有很大的多孔性，因此它們保持較大表面面積。這些催化劑顆粒裝入催化劑室中。
也可選擇，氫氣產(chǎn)生催化劑可以形成細(xì)線或細(xì)線網(wǎng)。這些細(xì)線的直徑小于大約0.5mm，優(yōu)選是小于大約0.2mm，更優(yōu)選是小于大約20微米。
在最簡(jiǎn)單的形式中，催化劑室為液體和氣體可透過的網(wǎng)，該網(wǎng)捕獲或保持顆粒狀催化劑，同時(shí)使液體和氣體能夠自由通過該保持系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，催化劑顆粒比由保持系統(tǒng)提供的間隙更大。例如，金屬氫化物溶液可以例如該保持系統(tǒng)，以便與催化劑反應(yīng)，同時(shí)氧化金屬氫化物、氫氣和未反應(yīng)的金屬氫化物可以很容易離開該保持系統(tǒng)。
優(yōu)選是，催化劑顆粒可以裝入可取出的管或筒中，其中，該筒的端部由多孔或網(wǎng)狀材料覆蓋。這里使用的多孔或網(wǎng)狀材料包括陶瓷、塑料、聚合物、無紡物、編織物、紡織物、織物、碳、碳纖維、離子交換樹脂、金屬、合金、金屬絲、網(wǎng)、以及它們的組合。通常，多孔或網(wǎng)狀材料為片狀形式。多孔或網(wǎng)狀材料的非限定實(shí)例包括尼龍篩網(wǎng)和不銹鋼篩網(wǎng)。
包含較高表面面積的催化劑可以通過由化學(xué)裝置將過渡金屬催化劑粘接或截留到多孔或無孔基質(zhì)上和/或基質(zhì)中。多孔的意思是該材料可由液體和氣體可透過。通常，該處理包括(i)通過使溶液與基質(zhì)接觸而使有過渡金屬離子的溶液分散在基質(zhì)上和/或基質(zhì)中；以及(ii)使分散的過渡金屬離子還原成過渡金屬的零價(jià)狀態(tài)，即金屬形式。無需受任何理論限制可以認(rèn)為，該獨(dú)特方法使過渡金屬催化劑以分子水平粘接和/或截留在基質(zhì)上和/或基質(zhì)中。這些步驟也可以重復(fù)進(jìn)行，以便獲得粘接和/或截留在基質(zhì)內(nèi)的多層過渡金屬分子。這里所用的、基質(zhì)粘接催化劑的較高表面面積的意思是多孔基質(zhì)的有效表面面積大于大約10m2/g，或者無孔基質(zhì)的平均直徑小于大約50微米。多孔基質(zhì)的非限定實(shí)例包括陶瓷和離子交換樹脂。無孔基質(zhì)的非限定實(shí)例包括金屬、金屬絲、金屬網(wǎng)、纖維和纖維材料，例如繩索。
這里所用的過渡金屬離子的意思是上述過渡金屬的陰離子、陽離子、陰離子絡(luò)合物或陽離子絡(luò)合物。過渡金屬離子可以通過溶解過渡金屬的鹽而獲得，這些過渡金屬鹽可以很容易從制造商購得，該制造商例如Alfa Aesar Company和Aldrich Chemical Company。這些過渡金屬鹽可以溶解在任何溶液中，通常為水。還原劑也可以是能夠?qū)⒃撨^渡金屬離子還原至它的零價(jià)狀態(tài)的任何材料或化合物。還原劑的非限定實(shí)例包括聯(lián)氨、氫氣、葡萄糖羥胺、一氧化碳、連二亞硫酸、二氧化硫、硼氫化物、乙醇、以及它們的混合物。通常，催化金屬氫化物例如硼氫化物的大部分過渡金屬也可以通過相同金屬氫化物還原。例如，硼氫化物是合適的還原劑。
合適基質(zhì)的非限定實(shí)例包括陶瓷、塑料、聚合物、玻璃、纖維、繩索、無紡物、編織物、紡織物、織物、多種形式的碳和碳纖維、離子交換樹脂、金屬、合金、金屬絲、網(wǎng)、以及它們的組合。多孔陶瓷基質(zhì)的非限定實(shí)例包括金屬氧化物、沸石、鈣鈦礦、磷酸鹽、金屬絲、金屬網(wǎng)、以及它們的混合物。合適基質(zhì)的特定實(shí)例包括但不局限于氧化鋯、氧化鈦、氧化鎂、氧化鈣、沸石、陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂、纖維材料、無紡物、編織物、芳族聚酰胺纖維例如NOMEX和KEVLAR、聚四氟乙烯(PTFE)、以及它們的組合。因?yàn)榻饘贇浠锶芤嚎梢杂泻芨遬H值，因此，優(yōu)選是不會(huì)溶解或與腐蝕劑反應(yīng)的基質(zhì)。還優(yōu)選是，多孔基質(zhì)的有效表面面積大于大約50m2/g，或者無孔基質(zhì)的平均直徑小于大約50微米。
當(dāng)基質(zhì)為小珠形式時(shí)，優(yōu)選是，該小珠處于保持系統(tǒng)中，如上所述，其中，小珠的平均直徑大于保持系統(tǒng)的間隙。而且，當(dāng)基質(zhì)有表面處理部分時(shí)，可以通過合適方法除去該處理部分，例如通過煮沸或施加溶劑。例如，用蠟處理的基質(zhì)可以煮沸。也可選擇，蠟可以通過使用丙酮來除去。同樣，在織物上的淀粉可以通過在水中煮沸而除去。
除了后面所述的離子交換樹脂外，基質(zhì)可以通過以下方法處理成催化劑?；|(zhì)首先浸泡在含有過渡金屬鹽例如三氯化釕的溶液中。優(yōu)選是溶液的濃度接近飽和。該步驟使過渡金屬鹽分散到基質(zhì)中和/或基質(zhì)上。然后使處理后的基質(zhì)干燥，通常通過加熱。也可選擇，處理后的基質(zhì)在干燥之前進(jìn)行過濾。應(yīng)當(dāng)知道，處理后的基質(zhì)并不漂洗?？梢哉J(rèn)為，干燥步驟通過除去溶劑而促使過渡金屬離子吸收到基質(zhì)上和/或基質(zhì)中。該干燥的處理后基質(zhì)再放入含有還原劑例如硼氫化鈉的溶液中，該溶液的濃度足以進(jìn)行完全還原，例如5％重量的硼氫化鈉。盡管該步驟可以在室溫下進(jìn)行，但是優(yōu)選是在升高的溫度(例如大于大約30℃)下還原該吸收的過渡金屬離子，以便增加還原速度?？梢哉J(rèn)為，還原步驟將過渡金屬離子轉(zhuǎn)變成它的零價(jià)狀態(tài)，即金屬狀態(tài)。在用水漂洗之后，該基質(zhì)準(zhǔn)備用作在金屬氫化物和水的反應(yīng)中的催化劑，以便產(chǎn)生氫氣。該方法可以重復(fù)進(jìn)行，以便使合適量的過渡金屬裝在基質(zhì)上和/或基質(zhì)中。
獲得有較高表面面積的催化劑的該方法也可以通過形成過渡金屬絡(luò)合物而利用化學(xué)蒸氣沉積方法(CVD)，該過渡金屬絡(luò)合物可以在真空中蒸發(fā)，即沸騰或升華。過渡金屬絡(luò)合物包括上述過渡金屬離子和化學(xué)蒸氣沉積絡(luò)合化合物。因?yàn)樵摶|(zhì)為冷的，因此過渡金屬絡(luò)合物將再凝結(jié)到該基質(zhì)上?？梢允褂蒙鲜鋈我夂线m基質(zhì)。也可以使用本領(lǐng)域已知的任意合適的化學(xué)蒸氣沉積絡(luò)合化合物。用于化學(xué)蒸氣沉積的金屬絡(luò)合物的非限定實(shí)例為金屬二酮鹽(metal diketonate)例如Ru(acac)或Co(acac)3以及金屬醇鹽例如Ti(OiPr)4(acac＝醋酸丙酮鹽；OiPr＝異丙醇鹽(isopropoxide))。然后，沉積在基質(zhì)上的過渡金屬絡(luò)合物可以通過上述還原劑進(jìn)行還原。
也可選擇，該方法可以利用電鍍技術(shù)，即在具有過渡金屬離子的溶液中對(duì)導(dǎo)電基質(zhì)進(jìn)行電鍍。可用的過渡金屬離子如上所述。該過渡金屬可以電鍍?cè)趯?dǎo)電基質(zhì)例如鎳或不銹鋼細(xì)絲、包括該細(xì)絲的篩網(wǎng)或金屬板上。通常，這樣的細(xì)絲的平均直徑小于大約20微米，優(yōu)選是小于大約10微米，最優(yōu)選是小于大約2微米。
在電化學(xué)電鍍的一個(gè)優(yōu)選模式中，獲得粗糙涂層，而不是普通的光滑或“光亮涂層”?？梢哉J(rèn)為，這些粗糙涂層有較大表面面積。這些粗糙涂層的顏色通常為黑色，在電化學(xué)電鍍領(lǐng)域中，它們通常稱為元素名稱后面加詞“黑”，例如鉑黑或釕黑。大部分上述過渡金屬都可以涂覆成“過渡金屬黑”。準(zhǔn)確狀態(tài)可以在元素之間變化，但是在電鍍處理過程中，通常采用的參數(shù)是變化電壓?！白兓妷骸钡囊馑际窃撾妷阂灾芷谛曰蚍侵芷谛缘姆绞阶兓?、交替、上升或下降。例如，DC電壓可以在一定時(shí)間后接通或斷開。也可選擇，電流可以周期性反轉(zhuǎn)，或者電壓可以從低壓轉(zhuǎn)變成高壓，然后回到低壓。還通常將AC信號(hào)疊加在DC源上。
在另一實(shí)例中，獲得具有較高表面面積的催化劑的方法也可以利用濺射沉積技術(shù)，例如物理蒸氣沉積，它為表面涂層技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員公知。在濺射沉積過程中，通過由高能轟擊粒子例如離子或高能中性原子(優(yōu)選是來自一種惰性氣體)傳遞的動(dòng)量引起的、顆粒從表面的物理發(fā)射，金屬表面的原子可以蒸發(fā)。目標(biāo)離子蒸發(fā)到真空室中，然后凝結(jié)在基質(zhì)上，以便形成薄膜。通常，氫氣產(chǎn)生催化劑基質(zhì)安裝在濺射室中，且朝上或朝下的一面對(duì)著金屬電極目標(biāo)(它的實(shí)例包括但不局限于Ni、Pt、Ru、Os、Ag或這些金屬的合金)。在抽空腔室后，惰性氣體例如氬氣用于重新裝入該腔室內(nèi)，使得壓力為大約10至大約50毫托(從大約1.3至大約6.7Pa)。濺射處理通過在目標(biāo)和腔室壁之間施加高電壓而起動(dòng)。濺射處理將根據(jù)希望在基質(zhì)上承載的催化劑的厚度而持續(xù)一定時(shí)間(通常幾分鐘，但是可以從低于一分鐘到幾個(gè)小時(shí))。當(dāng)完成濺射時(shí)，空氣能夠重新進(jìn)入腔室，以便取出涂覆后的基質(zhì)。
盡管這些基質(zhì)的大部分只是吸收過渡金屬鹽溶液，但是離子交換樹脂有令人驚奇和感興趣的特征。離子交換樹脂為多孔聚合物材料，具有在聚合物鏈的末端的活性基。通常，用于離子交換樹脂的聚合物包括但不局限于聚苯乙烯、環(huán)氧胺、環(huán)氧聚胺、酚醛塑料和丙烯酸樹脂。離子交換樹脂分成陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂。這些樹脂在市場(chǎng)上以小珠的形式獲得，通常顆粒尺寸為大約20網(wǎng)目(mesh)至大約100網(wǎng)目。該樹脂也可以以片狀形式獲得，并可以制成為任意合適形狀。
陰離子交換樹脂吸引陰離子，因?yàn)樵诰酆衔锬┒说幕钚曰哂姓姾?。正電荷活性基的非限定?shí)例包括季銨、叔胺、三甲基苯銨和/或二甲基乙醇苯銨。市場(chǎng)上的陰離子交換樹脂通常以Cl-或OH-形式供給，即，可很容易置換的氯離子或氫氧離子結(jié)合在具有正電荷的自由基上。市場(chǎng)上可購得的陰離子交換樹脂包括但不局限于A-26、A-36、IRA-400和IRA-900，它們由位于Philadelphia的Rohm & Haas，Inc.制造；Dowex 1、Dowex 2、Dowex 21K、Dowex 550A、Dowex MSA-1和Dowex MSA-2，它們由Dow Corporation制造；Duolite A-101D、Duolite A-102D和Duolite A-30B；以及Ionac A-540、Ionac A-550和Ionac A-300。
陽離子交換樹脂吸引陽離子，因?yàn)樵诰酆衔锬┒说幕钚曰胸?fù)電荷。負(fù)電荷自由基的非限定實(shí)例包括磺酸、羧酸、膦酸和/或脂肪酸。市場(chǎng)上的陽離子交換樹脂通常以Na+或H+形式供給，即，可很容易置換的鈉離子或氫離子結(jié)合在具有負(fù)電荷的自由基上。市場(chǎng)上可購得的陽離子交換樹脂包括但不局限于Nafion樹脂，由位于Wilmington，Delaware的Dupont Corp.制造；IRA-120和Amberlyst 15，它們由位于Philadelphia，Pennsylvania的Rohm & Haas，Inc.制造；Dowex 22、Dowex 50、Dowex 88、Dowex MPC-1、Dowex HCR-W2和DowexCCR-1，它們由Dow Corporation制造；Duolite C-3、Duolite ES-63和Duolite ES-80；以及Ionac 240。
陰離子交換樹脂小珠以如下方式處理成催化劑。過渡金屬鹽溶解于酸中，該酸有能夠形成過渡金屬的陰離子絡(luò)合物的相應(yīng)陰離子。例如，三氯化釕可以溶解于鹽酸中，以便形成氯釕酸，其中，釕包含于陰離子絡(luò)合物即[RuCl6]-3中。通常，過渡金屬的陰離子絡(luò)合物的特征是化學(xué)通式[My+X6](y-6)，其中M是過渡金屬，y是過渡金屬的化合價(jià)，而X是具有單個(gè)負(fù)電荷的陰離子。因此，過渡金屬溶液的濃度可以變化，但是優(yōu)選是濃度接近飽和。然后，通過使陰離子交換樹脂小珠與陰離子過渡金屬溶液接觸，包含陰離子過渡金屬絡(luò)合物的酸溶液可以交換到陰離子交換樹脂小珠上。通常，這可以通過將該小珠浸入溶液中或?qū)⑷芤阂坏蔚翁砑拥皆撔≈樯蟻韺?shí)現(xiàn)。無需受任何理論的限制，可以認(rèn)為，與樹脂的活性基相連的陰離子與陰離子過渡金屬絡(luò)合物進(jìn)行交換。這里所用的交換的意思是，與離子交換樹脂的自由基相連的離子(例如氯化物)由該過渡金屬的離子代替。因此，在各活性基位置處，在陰離子過渡金屬絡(luò)合物和離子交換樹脂的活性基之間形成非常強(qiáng)的化學(xué)(離子)鍵。
當(dāng)暴露在還原劑例如硼氫化鈉中時(shí)，陰離子過渡金屬絡(luò)合物在交換位置還原成零價(jià)狀態(tài)，即金屬狀態(tài)。這使得過渡金屬催化劑分子分布在樹脂中和/或樹脂上。需要時(shí)，該處理可以重復(fù)進(jìn)行，以便獲得很高的金屬含量，因?yàn)檫€原步驟將使交換樹脂的正電荷活性基處的陰離子還原?？梢哉J(rèn)為，與活性基相連的還原陰離子既可以是先前與過渡金屬相關(guān)的陰離子，例如[RuCl6]-3的氯化物，也可以是還原劑。在用水漂洗后，處理后的陰離子交換樹脂小珠很容易用作在金屬氫化物和水反應(yīng)生成氫氣時(shí)的催化劑。
陽離子交換樹脂小珠的催化劑處理的步驟稍微不同，因?yàn)橛糜陉栯x子交換樹脂的陽離子過渡金屬絡(luò)合物的親和力比用于陰離子交換樹脂的陽離子過渡金屬絡(luò)合物的親和力弱得多。盡管這增加了復(fù)雜性，但是陽離子交換樹脂特別有用，因?yàn)樗鼈兺ǔＤ軌虺惺芨量痰沫h(huán)境，特別是更高溫度。
盡管在形式上將過渡金屬寫成它們的陽離子化合價(jià)狀態(tài)，例如Ru+3，但是過渡金屬在有普通絡(luò)合離子例如氯化物的情況下形成陰離子絡(luò)合物。該陰離子過渡金屬絡(luò)合物將很少或者不能被具有負(fù)電荷活性基的陽離子交換樹脂小珠吸引。這可以通過使用具有非絡(luò)合陰離子的過渡金屬鹽來避免。這里所用的非絡(luò)合陰離子是指通常非常大且包含中心原子的離子，該中心原子完全配位，因此，幾乎沒有活性來進(jìn)一步與過渡金屬絡(luò)合。這種非絡(luò)合陰離子的非限定實(shí)例包括高氯酸鹽(ClO4-)、六氟磷酸鹽(PF6-)和四氟硼酸鹽(BF4-)、以及它們的混合物。具有非絡(luò)合陰離子的過渡金屬鹽可以通過使過渡金屬鹽與等摩爾量的、具有非絡(luò)合陰離子的化合物進(jìn)行沉淀反應(yīng)而獲得。具有非絡(luò)合陰離子的化合物選擇為使得過渡金屬鹽中的陰離子與和非絡(luò)合陰離子相連的陽離子沉淀出來。例如，三氯化釕溶液可以與等摩爾量的高氯酸銀反應(yīng)。氯化物將作為氯化銀而從溶液中沉淀出來，并在溶液中留下高氯酸釕。因?yàn)楦呗人犭x子并不象氯化物離子那樣進(jìn)行絡(luò)合，因此，釕將水合成陽離子形式，即[Ru.xH2O]3+，其中，x是指水分子的數(shù)目?？梢哉J(rèn)為，水合釕通常有以下化學(xué)式[Ru.6H2O]+3。
在與陽離子交換樹脂小珠接觸之前，在不會(huì)使釕作為氫氧化物而沉淀的情況下，含有過渡金屬離子和非絡(luò)合離子的溶液的pH值將盡可能調(diào)節(jié)成接近7。優(yōu)選是，含有過渡金屬離子和非絡(luò)合離子的溶液的pH值大于或等于大約2，更優(yōu)選是大于或等于大約4，最優(yōu)選是大于或等于大約7。該pH調(diào)節(jié)將防止氫陽離子H+搶占陽離子交換樹脂的陽離子位置，即與負(fù)電荷活性基相連的陽離子位置。例如，當(dāng)使用1摩爾濃度的釕溶液，且pH值為2時(shí)，釕離子的數(shù)目將超過氫離子100倍。盡管釕離子與氫離子的比例在pH值為2時(shí)就很充分，但在pH值接近7時(shí)該比例將更好。無需受限于任何理論，可以認(rèn)為，當(dāng)陽離子交換樹脂小珠與過渡金屬鹽溶液接觸時(shí)，正電荷過渡金屬離子與最初與陽離子交換樹脂的負(fù)電荷活性基相連的正離子交換。
為了在不使用過大量的過渡金屬鹽溶液的情況下保證過渡金屬離子的較高置換，交換可以通過使陽離子交換樹脂小珠與過渡金屬鹽溶液在管或筒中接觸來進(jìn)行。該方法也可以用于處理前述陰離子交換樹脂。該管或筒通常垂直安裝，并裝滿陽離子交換樹脂小珠。含有過渡金屬離子和非絡(luò)合離子的溶液能夠通過小珠列。通常，首先使用更稀的溶液，然后可以使用逐漸更濃的溶液，從而可以在前述處理結(jié)束和后面處理開始時(shí)使用較濃的溶液。通過利用連續(xù)逆流系統(tǒng)，可以生成大量的催化劑處理陽離子樹脂小珠，該逆流系統(tǒng)能夠基本完全利用釕，并完全浸泡該小珠。連續(xù)逆流裝置意味著更稀的釕溶液與進(jìn)行了更少處理的小珠接觸，更濃的釕溶液與進(jìn)行了更多處理的小珠接觸。在過渡金屬交換到小珠上和/或小珠內(nèi)之后，用去離子的水漂洗該陽離子交換樹脂，然后與含有還原劑的溶液例如硼氫酸鈉反應(yīng)，以便將釕還原到它的零價(jià)狀態(tài)。通過重復(fù)該交換和/或還原步驟，可以獲得更高的過渡金屬含量，因?yàn)檫€原步驟還原在交換樹脂的負(fù)電荷活性基處的陽離子?？梢哉J(rèn)為，與活性基相連的還原陽離子由還原劑提供，即硼氫酸鈉中的鈉。在用水漂洗后，處理后的陽離子交換樹脂小珠準(zhǔn)備用作在金屬氫化物和水反應(yīng)中的催化劑，以便生成氫氣。
在優(yōu)選實(shí)施例中，催化劑室是包括催化劑的螺旋纏繞管，這樣，燃料在螺旋的中心處進(jìn)入該管，并流過該螺旋纏繞管。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生氫氣的裝置，包括(a)催化劑室，該催化劑室包括催化劑；(b)燃料室，該燃料室包括反應(yīng)物材料，該反應(yīng)物材料在與所述催化劑接觸時(shí)能夠產(chǎn)生氫氣；(c)廢棄燃料室，該廢棄燃料室與催化劑室相連，用于接收所述的與所述催化劑接觸之后的反應(yīng)物材料，并用于接收通過使反應(yīng)物材料和催化劑接觸而產(chǎn)生的氫氣；(d)導(dǎo)管，該導(dǎo)管在廢棄燃料室和燃料室之間，該導(dǎo)管包括單向閥；以及(e)出口導(dǎo)管，該出口導(dǎo)管與該單向閥相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中出口導(dǎo)管包括壓力釋放閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該燃料室包括囊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該燃料室包括活塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括泵，該泵位于燃料室和催化劑室之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該燃料室包括燃料傳感器，還包括主燃料儲(chǔ)罐，該主燃料儲(chǔ)罐與燃料泵相連，該燃料泵有與燃料室相連的出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，還包括主廢棄燃料儲(chǔ)罐，該主廢棄燃料儲(chǔ)罐與該主燃料儲(chǔ)罐相鄰，其中，該主廢棄燃料儲(chǔ)罐與該廢棄燃料室相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括容積交換儲(chǔ)罐，該容積交換儲(chǔ)罐有燃料區(qū)域部分、廢棄燃料區(qū)域部分以及在它們之間的活動(dòng)隔板，其中，該燃料區(qū)域部分包括與燃料室相連的出口管路以及與廢棄燃料室相連的進(jìn)口管路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括容積交換儲(chǔ)罐，該容積交換儲(chǔ)罐有燃料區(qū)域部分和廢棄燃料區(qū)域部分，其中，從包括燃料區(qū)域部分和廢棄燃料區(qū)域部分的組中選定的至少一個(gè)為柔性囊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括多個(gè)儲(chǔ)罐，這些儲(chǔ)罐與燃料室和廢棄燃料室相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中該多個(gè)儲(chǔ)罐布置成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
12.一種用于產(chǎn)生氫氣的方法，包括提供用于產(chǎn)生氫氣的裝置，該裝置包括催化劑室，該催化劑室包括催化劑；燃料室，該燃料室包括反應(yīng)物材料，該反應(yīng)物材料在與所述催化劑接觸時(shí)能夠產(chǎn)生氫氣；廢棄燃料室，該廢棄燃料室與催化劑室相連，用于接收所述的與所述催化劑接觸之后的該反應(yīng)物材料，并用于接收通過使反應(yīng)物材料和催化劑接觸而產(chǎn)生的氫氣；導(dǎo)管，該導(dǎo)管在廢棄燃料室和燃料室之間，該導(dǎo)管包括單向閥；以及出口導(dǎo)管，該出口導(dǎo)管與該單向閥相連；將壓力供給燃料室，其中，反應(yīng)物材料傳送給催化劑室；以及使催化劑與該反應(yīng)物材料接觸，從而產(chǎn)生氫氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在不使用與電源相連的泵的情況下產(chǎn)生氫氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在不使用外部電源的情況下產(chǎn)生氫氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中燃料室包括活塞，將壓力施加給燃料室使得活塞通過該燃料室運(yùn)動(dòng)，由此反應(yīng)物材料離開燃料室傳送給催化劑室。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該燃料室包括囊，將壓力施加給燃料室使得該囊撓曲，由此反應(yīng)物材料離開燃料室傳送給催化劑室。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括在燃料室和催化劑室之間提供燃料泵，并使燃料在環(huán)境壓力PF-PB下從燃料室傳遞給催化劑室，其中，該P(yáng)F是在燃料室中的氣體壓力，而該P(yáng)B是在廢棄燃料室中的氣體壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括提供主燃料儲(chǔ)罐，該主燃料儲(chǔ)罐靠近廢棄燃料儲(chǔ)罐，并與燃料泵相連，該燃料泵有與燃料室相連的出口，并提供燃料傳感器，該燃料傳感器位于燃料室內(nèi)；通過傳感器檢測(cè)在燃料室中的燃料的量，并確定該燃料水平是較低還是充分；當(dāng)檢測(cè)到燃料水平較低時(shí)，驅(qū)動(dòng)燃料泵，并使燃料從主燃料儲(chǔ)罐泵送至燃料室內(nèi)；以及當(dāng)檢測(cè)到燃料水平為充分時(shí)，停止該燃料泵。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在廢棄燃料室中提供廢棄燃料傳感器，并提供廢棄燃料閥，該廢棄燃料閥允許廢棄燃料從廢棄燃料室排出到廢棄燃料儲(chǔ)罐中；利用廢棄燃料傳感器檢測(cè)在廢棄燃料室中的廢棄燃料量，并檢測(cè)該廢棄燃料水平是否較低；以及當(dāng)檢測(cè)到廢棄燃料水平較低時(shí)，關(guān)閉廢棄燃料閥。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括提供容積交換儲(chǔ)罐，該容積交換儲(chǔ)罐有燃料區(qū)域部分和廢棄燃料區(qū)域部分，其中，燃料區(qū)域部分包括與燃料室相連的出口管路，廢棄燃料區(qū)域部分包括與廢棄燃料室相連的進(jìn)口管路；以及活動(dòng)隔板，該活動(dòng)隔板在燃料區(qū)域部分和廢棄燃料區(qū)域部分之間；通過出口管路使燃料從燃料區(qū)域部分傳送給燃料室；使活動(dòng)隔板朝著燃料區(qū)域部分運(yùn)動(dòng)；以及通過進(jìn)口管路使廢棄燃料從廢棄燃料室裝入廢棄燃料區(qū)域部分中。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括提供容積交換儲(chǔ)罐，該容積交換儲(chǔ)罐有燃料區(qū)域部分和廢棄燃料區(qū)域部分，該燃料區(qū)域部分包含在柔性囊中，該柔性囊有與燃料室相連的出口管路，該廢棄燃料區(qū)域部分位于該柔性囊的外部，并包括與廢棄燃料室相連的進(jìn)口管路；通過出口管路使燃料從燃料區(qū)域部分傳送給燃料室，其中，柔性囊的容積收縮；以及通過進(jìn)口管路使廢棄燃料從廢棄燃料室裝入廢棄燃料區(qū)域中。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括提供容積交換儲(chǔ)罐，該容積交換儲(chǔ)罐有燃料區(qū)域部分和廢棄燃料區(qū)域部分，該燃料區(qū)域部分有與燃料室相連的出口管路，該廢棄燃料區(qū)域部分包含在柔性囊中，并有與廢棄燃料室相連的進(jìn)口管路；通過進(jìn)口管路使廢棄燃料從廢棄燃料室裝入廢棄燃料區(qū)域部分中，從而使柔性囊膨脹；以及通過出口管路使燃料從燃料區(qū)域部分傳送給燃料室。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括提供容積交換儲(chǔ)罐，該容積交換儲(chǔ)罐有燃料區(qū)域部分和廢棄燃料區(qū)域部分，該燃料區(qū)域部分包含在第一柔性囊中，該第一柔性囊有與燃料室相連的出口管路，該廢棄燃料區(qū)域部分包含在第二柔性囊中，該第二柔性囊有與廢棄燃料室相連的進(jìn)口管路；通過進(jìn)口管路使廢棄燃料從廢棄燃料室裝入第二柔性囊中，從而使柔性囊膨脹；以及通過出口管路使燃料從第一柔性囊傳送給燃料室，從而減小第一柔性囊的容積。
24.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括提供多個(gè)儲(chǔ)罐，這些儲(chǔ)罐與燃料室和廢棄燃料室相連；將燃料從多個(gè)儲(chǔ)罐中的至少一個(gè)傳送給燃料室；以及將廢棄燃料從廢棄燃料室傳送給至少一個(gè)空儲(chǔ)罐。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生氫氣的裝置利用壓力差來輸送燃料和廢棄燃料組分，而不需要電動(dòng)燃料輸送泵。
文檔編號(hào)B01J7/00GK1571695SQ02813854
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月11日
發(fā)明者理查德·M·莫林, 菲利普·J·佩蒂洛, 史蒂文·C·阿門多拉, 基思·A·芬尼莫爾 申請(qǐng)人:千禧年元件公司