[发明专利]便携式气体发生装置和包括该装置的燃料电池电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种便携式气体发生装置，且更具体而言，本发明涉及 一种便携式氢发生器，本发明特别用于包括气体发生器，特别是氢发生 器，的燃料电池。本发明还涉及包括所述燃料电池的便携式电动元件。

背景技术

特别是由于石油资源日益减少以及化石燃料对环境造成的不利影 响作用，因此寻找清洁能源变得越来越重要。燃料电池，特别是氢燃 料电池，有可能在对环境造成最小程度的不利影响的情况下发电。这 些燃料电池利用氢作为原材料从而通过电化学反应发电。

可通过氢罐供应以压缩气体或液体形式存在的氢，但这种贮存需 要高容量罐。此外，由于氢是极其易燃的物质，因此这种罐必须非常 安全可靠。因此，这种贮存不能用于便携式装置且尤其是不能用于小 型装置中。

同样有可能使用含氢的金属化合物，所述氢是通过暴露在能量中 (energyexposure)而被释放出来的。使得氢能够被贮存的那类可逆 反应如下：

为了释放出氢，因此有必要设置以热量形式存在的外部能量供应 装置。然而，总的能量产生效率相对较低。

另一种可选方式是正如混合反应剂所需要地那样产生氢，且其中 一种反应剂为氢化物。

这种类型的氢电源因此显得尤其适用于为便携设备中的微燃料电 池供电。

用来根据需要产生氢的一种特别有利的解决方案是在存在催化剂 的情况下使水，通常是水溶液，与氢化物进行反应，所述氢化物例如 为NaBH₄或Mg(BH₄)₂，所根据的反应如下：

NaBH₄+2H₂O→NaBO₂+4H₂

或者

Mg(BH₄)₂+4H₂O→Mg(Bo)₂+8H₂

然而，这种制备氢的方法使得液体与固体之间进行非均质的反应， 且因此该反应的动力学劣于在相同状态的两种化合物之间进行的反应 的动力学。此外，对于小型反应器的情况而言，设置用来搅拌液体从 而改进反应动力学的器件是难以想象的。

文献WO2004/018352描述了一种用来通过使金属氢化物盐的水溶 液与氢发生催化剂之间进行接触来产生氢的系统，所述系统涉及将金 属氢化物盐和催化剂引入反应室内，其中通过泵来供应催化剂。该系 统因此较为笨重且需要外部电能供应装置。

文献US2006/0191199描述了一种氢发生器，所述氢发生器包括 水罐和包含固体反应剂的室，所述固体反应剂例如为硼氢化钠(NaBH₄)。 阀被设置在该水罐与该包括固体反应剂的室之间以便对供应至该包含 固体反应剂的室的水进行调节。这种调节是通过利用在该包含固体反 应剂的室中产生的氢气压力来实现的。

尽管该氢发生装置是相对紧凑的，但该装置不能使在水与硼氢化 钠之间的反应动力学达到最优化的程度，其原因在于在反应室中产生 的氢的存在减慢了反应动力学。

因此，本发明的目的是提供一种紧凑且高效的氢发生装置，从而 使得能够根据需要来产生氢，且更具体而言使得能够在反应器所处的 所有位置处根据需要来产生氢，且因此能够以简化的方式控制启动和 停止。

本申请的目的还在于提供一种用于将电能供应给便携设备的装 置，从而允许电源具有一定的紧凑性和高效率。

发明内容

上面提到的多个目的是通过包括水溶液罐和反应室的气体发生器 来实现的，其中所述反应室包含固体化合物，所述固体化合物在与所 述水溶液接触时能够导致释放气体，且所述反应室包含用于将所述水 溶液注射到预定区域中的所述固体元件上的器件，所述注射器件使得 所述预定注射区域可产生变化，以便避免反应产物，特别是所产生的 气体，限制反应的连续性。

换句话说，本发明涉及以不连续或连续的方式改变在每次注射时 所述水溶液被注射到所述固体上所处的位置，以便避免“反应区域产 生积垢或阻塞”。

在第一实施例中，以手动方式，例如通过拇指轮，来控制所述氢 发生装置，所述拇指轮被布置在包含所述罐和所述反应室的所述氢发 生装置的壳体外部。在另一可选实施例中，所述注射受到电动机的控 制。