用于产生氢的装置
阅读：1015发布：2020-06-15
专利汇可以提供用于产生氢的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种产生氢的装置，装置包括：(a)反应堆槽；(b)第一和第二反应物容器，第一和第二反应物容器与反应堆槽相连接，第一和第二反应物容器分别含有当混合时反应形成氢气的第一和第二反应物；(c)一个或多个 泵 ，用于将第一和第二反应物从反应物容器泵送至反应堆槽，使得反应物混合并反应形成氢气，选择或设定泵以提供在范围为0.1-10bar内的最大泵送压 力 ；(d)缓冲罐，用于从反应堆槽接收氢气；(e)压力 传感器 ，用于测量装置内的氢气压力；和(f) 电子 控制机构，用于控制装置的操作，电子控制机构与一个或多个泵和 压力传感器 通信并被编程以控制反应物至反应堆槽的流动，以便保持装置内的氢气的压力数值不超过10bar(10×105Pa)。，下面是用于产生氢的装置专利的具体信息内容。
1.一种产生氢的装置，所述装置包括：
(a)反应堆槽；
(b)第一反应物容器和第二反应物容器，所述第一反应物容器和第二反应物容器与反应堆槽相连接，第一反应物容器和第二反应物容器分别含有当混合时反应形成氢气的第一反应物和第二反应物；
(c)一个或多个泵，用于将第一反应物和第二反应物从反应物容器泵送至反应堆槽，使得反应物混合并反应形成氢气，选择或设定泵以提供在范围为0.1-10bar内的最大泵送压力；
(d)缓冲罐，用于从反应堆槽接收氢气；
(e)压力传感器，用于测量装置内的氢气压力；和
(f)电子控制机构，用于控制装置的操作，所述电子控制机构与一个或多个泵和压力传感器通信并被编程以控制反应物至反应堆槽的流动，以便保持装置内的氢气的压力数值不超过10bar(10×105Pa)。
2.一种产生氢的装置，所述装置包括：
(a)反应堆槽，所述反应堆槽具有一个或多个反应物入口，第一反应物和第二反应物可通过一个或多个反应物入口进入至反应堆槽，第一反应物和第二反应物设置为使得在混合时其反应形成氢气；
(c)一个或多个泵，用于将第一反应物和第二反应物从包含所述第一反应物和第二反应物的反应物容器泵送至反应堆槽，选择或设定泵以提供在范围为0.1-10bar内的最大泵送压力；
(d)缓冲罐，用于从反应堆槽接收氢气；
(e)可选的压力传感器，用于监测装置内的氢气压力；和
(f)电子控制器，用于控制装置的操作，所述电子控制器与一个或多个泵以及当存在时的压力传感器通信并且被编程为控制反应物至反应堆槽的流动；
其中所述装置设置为使得当氢气的压力达到预定值时，防止将第一反应物和第二反应物中的一个或两个泵送至反应器；
所述预定值是在0.1-10bar(10×103Pa-10×105Pa)范围内的压力。
3.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置设置为使得当运行时装置内的氢的压力保持在以下范围内：
(i)0.5-5bar(0.3×105Pa-3×105Pa)；或者
(ii)2bar(2×105Pa)-4bar(4×105Pa)：或者
(iii)2.5bar(2.5×105Pa)-3.5bar(3.5×105Pa)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述缓冲罐的容积至少1.5倍于所述反应堆槽的容积或至少1.75倍于所述反应堆槽的容积或至少2倍于反应堆槽的容积。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述缓冲罐：反应堆槽的容积比在1:1-4:1，或1:1-
3:1，或1.5:1-2.5:1，或1.75：1-2.25：1的范围内。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中，所述电子控制机构或电子控制器被编程为控制反应物至反应堆槽的流动，使得所述装置内的氢气压力不超过5bar(5×105Pa)。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述电子控制机构或电子控制器被编程为使得所述装置内的氢气压力不超过3bar(1×105Pa)。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中，所述泵(c)构造成使得其具有不大于
3bar的最大泵送压力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其设置有至少一个温度传感器(g)，其中所述温度传感器与所述电子控制机构(g)通信(通过电线或无线)；并且其中电子控制机构(g)被编程以控制反应物至反应堆槽的流动，使得装置的限定的温度参数不超过预定值。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其包括壳体(h)，其中反应堆槽(a)、第一反应物容器和第二反应物容器(b)、一个或多个泵(c)、压力传感器(e)、电子控制机构或电子控制器(f)以及可选的缓冲罐(d)都包含在壳体(h)内。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置包括成形为允许所述装置滚动的外部壳体。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其包括一个或多个干燥器单元(脱水单元)(i)，用于在氢进入缓冲罐之前从氢中移除水蒸气。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的装置，其包括用于发电的耗氢装置。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述耗氢装置是燃料电池。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述燃料电池是PEM燃料电池。
16.根据权利要求15所述的装置，其中PEM电池设置有减压阀，以将进入至所述PEM电池的氢的压力降低至其操作压力。
17.根据权利要求16所述的装置，其中减压阀将进入至PEM电池的氢的压力降低至约
0.5bar。
18.一种产生氢的装置，大体上如本文参考附图1-12所述。
19.一种产生氢的方法，所述方法包括使用如权利要求1-18中任一项所限定的装置将第一反应物和第二反应物一起引入至反应堆槽中。
用于产生氢的装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于在低压下产生氢的便携式装置。
背景技术
[0002] 近年来，燃料电池作为在没有市电供电的情况下的发电手段变得越来越流行。燃料电池通常依靠氢运行，与传统上用于独立发电机的以汽油或柴油为燃料的内燃机相比，它具有许多优点。因此，依靠氢运行的燃料电池的操作的废物仅为水，并且不产生二氧化碳或一氧化碳。燃料电池也比以汽油或柴油为燃料的内燃机更有效率。与传统的石油燃烧的发电机相比，燃料电池的另一个优点是燃料电池可以小型化，从而使它们更方便携带。便携式燃料电池的一个例子是质子交换膜(PEM)燃料电池。
[0003] 使用氢作为燃料而不是汽油或柴油的内燃机也已经开发出来。然而，与以汽油或柴油为燃料的内燃机相比，这种发动机具有的优势在于，它们仅产生水作为废物，但是，它们的效率通常低于燃料电池的效率，并且更难以小型化。
[0004] 使用氢基燃料电池和以氢为燃料的内燃机的问题在于，在许多偏远地区和现场情况下，可能无法获得氢的供应。因此，目前氢基燃料电池和以氢为燃料的发电机的使用受限于获得或保持氢供应的困难。
[0005] 已知氢可以通过各种金属与酸或碱反应而产生。例如，美国专利No.4325355描述了一种加热系统，其中固体金属和溶液之间的放热反应在含有热交换器的反应器中发生。在所述的具体反应系统中，降低铝片至氢氧化钠溶液中。在铝和氢氧化钠的溶液之间的反应过程中，随着氢气的放出，铝转化为氢氧化铝。氢氧化铝与氢氧化钠反应形成铝酸钠。美国专利申请US2009/0252671(富勒顿)中也描述了通过铝与氢氧化钠的反应产生氢。
[0006] 国际专利申请WO2012/140170(柯林斯)公开了一种用于加热液体的装置，例如在家用水加热系统中的用于加热液体的装置。WO2012/140170的装置旨在产生热量并为利用电力或燃烧化石燃料的加热系统提供一种替代方案。通过氢氧化钠和铝的放热反应产生热量，然后通过在反应器上或反应器内的热交换器收集热量。通过燃烧由反应产生的氢来生成进一步的热量。
[0007] 上述类型的氢产生装置是相对较大型的固定装置，其不适合便携式使用。
[0008] CN101381073A(天津海兰能源)公开了一种通过使铝浆与碱反应而产生氢的制氢设备。进入反应区的反应物的流速似乎只能由压力调节设备控制。依赖于控制反应物流入反应区的单一装置可能导致在压力调节设备故障的情况下产生高危险的氢。
[0009] JP2004210591A(ITEC)公开了一种通过铝和氢氧化钠反应来产生氢的装置。然而，产生的氢气的压力超过50atm(标准大气压)(5×106Pa)。高压氢可能不适用于某些用途，因为它需要加压储氢能力并且在使用中可能更危险。
[0010] 目前，仍然需要一种能够在偏远或现场情况下按需提供氢的装置，在偏远或现场情况下，不可能或不可行地使用如气瓶的储氢容器。
[0011] 也需要一种上述类型的便携式设备，其足够轻以便能够被具有平均力量的一个或两个人提起，或从一个位置移动至另一个位置。
发明内容
[0012] 本发明提供了一种用于在低压下按需产生氢的装置(通常为便携式装置)：例如燃料电池通常需要的压力，在一些实施例中其可以是10bar(10×105Pa)或更低，例如，不超过3-5bar(3-5×105Pa)，并且在其它实施例中可以是0.3-3bar(0.3-3×105Pa)。通过在低压下按需提供氢，避免了对加压储氢能力的需要，由此提供潜在地更安全使用的装置。
[0013] 在第一方面，本发明提供用于产生氢的装置，该装置包括：
[0014] (a)反应堆槽；
[0015] (b)第一反应物容器和第二反应物容器，所述第一反应物容器和第二反应物容器与反应堆槽相连接，第一反应物容器和第二反应物容器分别含有当混合时反应形成氢气的第一反应物和第二反应物；
[0016] (c)一个或多个泵，用于将第一反应物和第二反应物从反应物容器泵送至反应堆槽，使得反应物混合并反应形成氢气；
[0017] (d)缓冲罐，用于从反应堆槽接收氢气；
[0019] (f)电子控制机构，用于控制装置的操作，所述电子控制机构与一个或多个泵和压力传感器通信并被编程以控制反应物至反应堆槽的流动，以便保持装置内的氢气的压力数值不超过10bar(10×105Pa)。
[0020] 在另一方面，本发明提供用于产生氢的装置，该装置包括：
[0021] (a)反应堆槽，所述反应堆槽具有一个或多个反应物入口，第一反应物和第二反应物可通过一个或多个反应物入口进入至反应堆槽，第一反应物和第二反应物设置为使得在混合时其反应形成氢气；
[0022] (c)一个或多个泵，用于将第一反应物和第二反应物从含有所述第一反应物和第二反应物的反应物容器泵送至反应堆槽；
[0023] (d)缓冲罐，用于从反应堆槽接收氢气；
[0024] (e)可选的压力传感器，用于测量装置内的氢气压力；和
[0025] (f)电子控制机构，用于控制装置的操作，所述电子控制机构与一个或多个泵和压力传感器通信并且被编程为控制反应物至反应堆槽的流动；
[0026] 其中所述装置设置为使得当氢气的压力达到预定值时，防止将第一反应物和第二反应物中的一个或两个泵送至反应器；
[0027] 所述预定值是在0.1-10bar(10×103Pa-10×105Pa)范围内的压力。
[0028] 反应物容器可以形成装置的一部分，或者可以根据需要单独提供并连接至装置。
[0029] 缓冲罐(d)用于消除装置内的氢的压力的波动。这提供了优于已知的氢产生装置的优点，其确保可以保持合理恒定的期望的氢的压力。在装置运行期间，缓冲罐通常与反应堆槽的内部敞开着连通；即在反应堆槽和缓冲罐之间不存在单向阀，并且存在的任何阀设置至打开位置。因此，在反应堆槽中产生的任何氢可以在反应堆槽和缓冲罐之间自由通过。以这种方式，在引入反应物之后反应堆槽内的氢气压力波动可以被缓冲罐吸收。
[0030] 缓冲罐通常具有至少与反应堆槽的容积一样大的容积，术语“容积”指适当的缓冲罐或反应堆槽的内部体积。更通常地，缓冲罐的容积至少1.5倍于所述反应堆槽的容积或至少1.75倍于所述反应堆槽的容积或至少2倍于反应堆槽的容积。例如，缓冲罐：反应堆槽的容积比可以在1:1-4:1，或1:1-3:1，或1.5:1-2.5:1，或1.75：1-2.25：1的范围内。
[0031] 通常地设置有压力传感器(e)，其监测(例如测量)装置内的氢气压力。例如，压力传感器可以位于缓冲罐或反应堆槽和缓冲罐之间的管道系统中。压力传感器(通过电线或无线)与电子控制机构(f)通信，电子控制机构又与一个或多个泵(c)通信。使用电子控制机构(f)，选择期望的氢的压力，并且泵(c)运行以提供至反应堆槽的足够的反应物的流动以产生期望的氢的压力。如果传感器指示压力已经降低至期望值以下，则将更多的反应物泵入至反应堆槽中。相反，如果氢的压力超过期望值，可以中断至反应堆槽的反应物的流动，直到压力回落到期望值。
[0032] 可替代地或另外地，泵可以被选择或设定为提供最大泵送压力，该最大泵送压力对应于装置内的氢气压力的预定值。使用这样的布置，一旦装置中的氢气压力达到预定值，泵就不能将更多的反应物泵入至反应器中。根据本发明，最大泵送压力是在0.1-10bar(10×103Pa-10×105Pa)范围内。在此布置中，如果需要，压力传感器(e)可以省略。
[0033] 该装置设计用于根据需要产生氢；即当产生氢时，将其输送至连接到或形成为装置的一部分的耗氢装置。本发明的装置不是旨在用来储存大量的氢，尽管在使用中一些氢通常保留在缓冲罐中。该剩余的氢可以用于产生启动该装置所需的能量。例如，缓冲罐可以连接至车载燃料电池(例如PEM电池)或发电机以产生电力来为泵(c)、电子控制机构(f)和如电动搅拌器的任何其他车载功率消耗部件提供电力。
[0034] 电子控制机构被编程为控制反应物至反应堆槽的流动，使得装置内的氢气压力不超过10bar(10×105Pa)。更典型地，电子控制机构被编程为，使得装置内的氢气压力不超过5bar(5×105Pa)。
[0035] 在各种实施例中(取决于形成装置的一部分或连接到装置的耗氢装置的操作压力)，电子控制机构被编程为使得装置内的氢气压力在以下范围内：
[0036] (i)0.5-5bar(0.3×105Pa-3×105Pa)；或者
[0037] (ii)2bar(2×105Pa)-4bar(4×105Pa)：或者
[0038] (v)2.5bar(2.5×105Pa)-3.5bar(3.5×105Pa)。
[0039] 当耗氢装置是PEM燃料电池时，可以设置减压阀以将进入PEM电池的氢的压力从装置内的压力降低至约0.5bar的值。
[0040] 该装置通常设置有至少一个温度传感器(g)以及压力传感器(e)(当存在时)。温度传感器也与电子控制机构(g)通信(通过电线或无线)。
[0041] 在设置有温度传感器的情况下，电子控制机构(g)可以被编程以控制反应物至反应堆槽的流动，使得装置的限定的温度参数不超过预定值。
[0042] 例如，限定的温度参数可以是反应堆槽内的温度。可替换地，限定的温度参数可以是反应堆槽的外表面温度。
[0043] 反应堆槽由耐化学反应物和反应产物的材料形成，其不会显著地腐蚀，并且基本上不使氢气透过。反应堆槽构造成能够承受在其中产生的氢气的压力。
[0046] 当反应堆槽由金属材料形成时，由化学反应产生的热量将被传导至反应堆槽的外表面。因此，安装在反应堆槽外表面上的温度传感器将提供反应堆槽的内部温度的良好指示。
[0047] 反应堆槽通常设置用于确保反应物混合的搅拌器或其他装置。例如，可以提供电动搅拌器。搅拌器可以安装在反应堆槽的上部。在一个实施例中，搅拌器安装在反应堆槽的上部，搅拌器具有可拆卸地连接至其上的电机，由此电机可以被移除和被用于手动地操作搅拌器的装置(例如曲柄把手)替换。
[0048] 反应堆槽通常设置有用于收集反应产物或未反应或部分反应的反应物的贮槽部分。
[0049] 贮槽部分可构造成可从反应堆槽的上主体部分分离以允许进入反应堆槽的内部来用于清洁和维护目的。可替换地或另外地，贮槽部分可以设置贮槽出口(例如在其下端或朝向其下端)以用于移除反应产物和/或未反应或部分反应的反应物。
[0050] 可替换地，反应堆槽可设置用于移除反应产物和/或未反应或部分反应的反应物的废物出口。
[0051] 贮槽或废物出口可以连接到再循环导管，用于将来自贮槽的反应混合物和反应产物再循环回反应堆槽(例如通过高于废物出口的开口)。可替换地，废物出口可以连接至废物容器，废物材料可以被储存直到容器被用户清空。
[0053] 循环导管允许反应混合物从贮槽或废物容器中循环回到反应堆槽中，从而使得能够与废物流中的任何未反应或部分反应的反应物发生反应。再循环导管可以设置一个或多个反应参数传感器(例如pH计)，用于测量指示反应堆槽内部的反应进程的参数。当存在时的反应参数传感器通常与电子控制机构(f)通信(例如通过电线或无线)。可以提供阀(例如电动阀)以允许反应混合物被引导通过废物出口。如果反应参数(例如pH)达到或超过特定值，则电子控制机构(f)可以被编程为启动一个或多个泵(c)以将进一步的反应物引入至反应堆槽。
[0054] 电子控制机构(f)可以被编程为使得当由反应参数传感器测量的反应参数(例如pH)指示反应已经完成，或者在被判断为可接受的趋向完成时，打开贮槽或废物出口，并且允许反应产物通过以废弃。电子控制机构在本文也可以被简称为“电子控制器(f)”。
[0055] 反应堆槽可以包括上反应器主体部分和贮槽部分，上反应器主体部分和贮槽部分密封地(例如通过其间的密封垫圈)连接在一起。上反应器主体部分和贮槽部分可以设置配合法兰，配合法兰可以用法兰螺栓或法兰夹具(例如Klein法兰夹具)连接在一起。
[0056] 装置包括壳体(h)，其中反应堆槽(a)、第一反应物容器和第二反应物容器(b)、一个或多个泵(c)、压力传感器(e)、电子控制机构(f)以及可选的缓冲罐(d)都包含在壳体(h)内。
[0057] 壳体(h)可以是完全不透明的，使得装置的工作部件被隐藏。可替换地，壳体可以具有一个或多个窗口或透明部分，以使至少一些工作部件能够被看到。
[0058] 例如在现场情况下，壳体防止或限制装置在使用中可能暴露于其中的灰尘、污物、湿气和其他元件的进入。
[0059] 该装置优选地是便携式的。
[0060] 本文使用的术语“便携式”是指具有能够由拥有平均力量的一个或两个人舒适地移动(例如滚动或举起和运输)的重量和尺寸的装置。因此，例如，当清空反应物时，本发明的便携式装置可以重达约150kg。更典型地，便携式装置将具有高达140kg的空载重量，例如高达135kg或高达130kg。在一个实施例中，该装置具有25kg至30kg的空载重量。在另一实施例中，装置具有高达25kg或高达20kg或高达15kg的空载重量。
[0061] 本发明的便携式装置的尺寸可以使得具有高达1.5米的最大宽度、高达1.5米的最大长度和高达1.5米的最大高度。更通常地，本发明的便携式装置的尺寸可以使得具有高达1米的最大宽度、高达1米的最大长度和高达1米的最大高度。
[0062] 该装置可以具有成形为允许该装置滚动的外部壳体。例如，壳体可以具有基本上球形或圆柱形的形状。
[0063] 反应堆槽(a)、第一反应物容器和第二反应物容器(b)可以安装在缓冲罐(d)上。例如，它们可以分别安装在缓冲罐顶部，术语“顶部”指的是装置在使用时的方位。因此，缓冲罐可以用作该装置的基座。
[0064] 该装置可以包括分别含有第一反应物和第二反应物的第一反应物容器和第二反应物容器(b)，第一反应物和第二反应物在混合时反应形成氢气。可以可选地有一个或多个含有反应物的另外的容器。
[0065] 通常地以液体形式提供第一反应物和第二反应物以促进泵送至反应堆槽。例如，第一反应物和第二反应物可以以溶液和/或悬浮液的形式提供。
[0066] 第一反应物和第二反应物可以是彼此反应产生氢的任何物质。
[0067] 例如，第一反应物可以采取与酸或碱反应形成氢的金属(例如细碎的金属，如金属颗粒或金属粉末)的形式。
[0068] 例如，金属可以是碱金属或碱土金属、如铝的III族金属、如锌的非过渡金属或过渡金属。
[0069] 通常地金属被充分地且很好地分离以使其可以悬浮在载液(例如水)中，典型地用悬浮剂或悬浮稳定剂来悬浮。
[0070] 悬浮剂或悬浮稳定剂防止(或降低可能性)金属沉降分离。通过保持稳定的悬浮液，可以将更精确计量的反应物提供给反应堆槽。
[0071] 例如，悬浮剂可以是纤维素或淀粉基悬浮剂或多糖胶。这种悬浮剂和稳定剂在制药和涂料技术领域是众所周知的。悬浮液可含有一种或多种杀生物组分，如聚合双胍和N-丁基-1，2-苯并异噻唑啉-3-酮。
[0072] 例如，第二反应物可以是酸或碱。
[0074] 碱的实例包括如氢氧化钠和氢氧化钾的碱金属氢氧化物的水溶液。
[0075] 在一个具体的实施方案中，第一反应物包含如锌或铝的金属粉末的悬浮液，第二反应物包含碱金属氢氧化物的水溶液。
[0076] 可以用来产生氢的特定的一对反应物包括作为第一反应物的铝粉和作为第二反应物的氢氧化钠水溶液的悬浮液。
[0077] 该装置包括一个或多个泵(c)，用于将计量的第一反应物和第二反应物导入至反应堆槽。通常地，每个反应物容器(b)具有其自己的泵。
[0078] 泵可以被配置为使得如果反应器内的压力应该超过预定值，则泵不能再将反应物泵入至反应器。因此，如果用于装置的电子控制器发生故障，则泵将停止将附加的反应物泵入至反应器(消除停止值的需要)。例如，这些泵可以是蠕动泵。
[0079] 因此，在一个实施例中，泵(c)被配置为使得它们的最大泵送压力不大于如本文所定义的氢的所需压力。在特定实施例中，泵被配置为使得它们具有不超过3bar的最大泵送压力。
[0082] 在一个实施例中，可以有多于一个干燥器单元(i)。例如，该装置可以包括串联安装在反应堆槽和缓冲罐(d)之间的管道中的两个干燥器单元(i)。可以布置第一干燥器单元(即，最接近反应堆槽的)以移除氢气流中的任何水的大部分，并且可以布置第二干燥器单元(即，最接近缓冲罐的)以移除氢气流中的任何水的剩余部分(或剩余部分的大部分)。第一干燥器单元和第二干燥器单元可以是不同类型。例如，第一干燥器单元可以是捕集来自冷却氢气的湿气的第一级集水盘，并且第二干燥器单元可以包含吸收来自氢气的更细微的潮湿的颗粒的干燥剂。
[0083] 在另一个实施例中，仅有一个干燥器单元(i)。
[0084] 例如，在某些情况下，当该装置与燃料电池或耐受或受益于使用潮湿的氢气的其它发电机配合使用时，可以省略干燥器单元。
[0085] 该装置也可以包括与反应堆槽(例如在一个或多个干燥器单元的上游)联机安装的热交换器/分离器单元，热交换器/分离器用于冷却从反应堆槽排出的氢气并且允许夹带在气体中的任何固体燃料颗粒在进入干燥器之前沉淀出来。
[0086] 该装置可以包括一个或多个卸压阀。例如，卸压阀可以位于反应堆槽和任何干燥器单元之间。如果管道系统中产生的氢的压力超过预定值，则卸压阀通常设置为将氢排放至大气中。在平常使用情况下，卸压阀将不是必需的，尤其当泵的泵送压力设定为不超过3bar的最大值时不需要。但是，如果压力传感器(e)和/或电子控制机构(f)在控制压力的情况下发生故障，则卸压阀(如果存在)提供额外的安全度。然而，一般而言，因为该装置被配置为仅产生相对低的氢的压力(优选高达3bar)，所以可以省略卸压阀。
[0087] 在本发明的一个一般实施例中，当泵的泵送压力设定为不超过3bar的最大值时，该装置不具有卸压阀。
[0088] 提供电子控制机构(电子控制器)用于控制和/或监测装置的操作。电子控制机构控制至反应堆槽的反应物的流动。电子控制机构与当存在时的压力传感器(e)、当存在时的温度传感器(g)和一个或多个泵(c)相连。
[0089] 电子控制机构可以链接到或包括输出设备，使得能够访问由控制装置收集的数据。例如，输出设备可以是可方便地安装在壳体(h)上的可视显示器(例如可视显示单元)。
[0090] 电子控制机构优选使装置的用户能够选择和/或改变装置的一个或多个操作参数。例如，电子控制机构可以用于选择由装置输送的氢的压力和/或产生氢的时间段。因此，电子控制机构通常包括用于输入数据和/或指令的装置。输入装置可以包括键盘或按键或呈现在触摸屏可视显示单元上的虚拟键盘或按键。
[0091] 本发明的装置通常设置有车载电源或电源入口(j)，以为一个或多个泵、当存在时的电动搅拌器、电子控制机构(f)和形成该装置的部分的任何其他电力消耗设备提供电功率。例如，电源可以采取燃料电池或耗氢发电机和/或一个或多个电池的形式。燃料电池或发电机可以使用缓冲罐中的残余的氢来发电以启动装置。可替换地或另外地，启动装置所需的任何电功率可以由电池提供。在操作期间，通过将装置产生的一部分氢转移通过燃料电池或机载发电机，可以对车载电池进行再充电。
[0092] 本发明的装置可以连接到消耗氢的外部设备(例如便携式或手持式设备)。可替换地，该装置可以连接到位于该装置的壳体内部的消耗氢的装置。例如，该装置可以连接到燃料电池，或连接到包括氢动力的内燃机的发电机。燃料电池通常是便携式燃料电池，例如质子交换膜(PEM)燃料电池。
[0093] 因此，在另一方面，本发明提供一种与消耗氢的装置结合的如本文所定义的装置，其中，例如，消耗氢的装置为消耗氢的耗氢装置，比如，如PEM燃料电池的燃料电池，或发电机。
[0095] 电子控制器被编程为控制反应物至反应堆槽的流动，使得装置内的氢气压力不超过10bar(10×105Pa)，并且典型地在上述限定的范围内。在一个实施方案中，本发明的装置可以被配置和/或编程为提供氢气压力(例如高达5bar(3×105Pa)，例如从0.5-3bar(0.2×105Pa-3×105Pa)；或1.5-2.5bar(1.5×105Pa-2.5×105Pa)或1.75-2.25bar(1.75×105Pa-
2.25×105Pa))，其特别适用于燃料电池。当使用PEM燃料电池时，可以提供减压器以将氢的压力降低至不超过约0.5bar的值。
2.25×105Pa))，其特别适用于燃料电池。当使用PEM燃料电池时，可以提供减压器以将氢的压力降低至不超过约0.5bar的值。
[0096] 该装置可以被配置和/或编程为以预定的或选择的基本上恒定的压力提供氢，例如以便匹配诸如燃料电池，例如PEM燃料电池的连接装置的期望压力输入要求。
[0097] 本发明也提供一种产生氢的装置，该装置包括：
[0098] (a)反应堆槽；
[0099] (b)第一反应物容器和第二反应物容器，所述第一反应物容器和第二反应物容器与反应堆槽相连接，第一反应物容器和第二反应物容器分别含有当混合时反应形成氢气的第一反应物和第二反应物；
[0100] (c)一个或多个泵，用于将第一反应物和第二反应物从反应物容器泵送至反应堆槽，使得反应物混合并反应形成氢气，选择或设定泵以提供在范围为0.1-10bar内的最大泵送压力；
[0101] (d)缓冲罐，用于从反应堆槽接收氢气；
[0102] (e)压力传感器，用于测量装置内的氢气压力；和
[0103] (f)电子控制机构，用于控制装置的操作，所述电子控制机构与一个或多个泵和压力传感器通信并被编程以控制反应物至反应堆槽的流动，以便保持装置内的氢气的压力数值不超过10bar(10×105Pa)。
[0104] 本发明也提供一种产生氢的装置；该装置包括：
[0105] (a)反应堆槽，所述反应堆槽具有一个或多个反应物入口，第一反应物和第二反应物可通过一个或多个反应物入口进入至反应堆槽，第一反应物和第二反应物设置为使得在混合时其反应形成氢气；
[0106] (c)一个或多个泵，用于将第一反应物和第二反应物从包含所述第一反应物和第二反应物的反应物容器泵送至反应堆槽，选择或设定泵以提供在范围为0.1-10bar内的最大泵送压力；
[0107] (d)缓冲罐，用于从反应堆槽接收氢气；
[0108] (e)可选的压力传感器，用于监测装置内的氢气压力；和
[0109] (f)电子控制器，用于控制装置的操作，所述电子控制器与一个或多个泵以及当存在时的压力传感器通信并且被编程为控制反应物至反应堆槽的流动；
[0110] 其中所述装置设置为使得当氢气的压力达到预定值时，防止将第一反应物和第二反应物中的一个或两个泵送至反应器；
[0111] 所述预定值是在0.1-10bar(10×103Pa-10×105Pa)范围内的压力。
附图说明
[0114] 图1是根据本发明第一实施例的装置的示意图；
[0115] 图2是根据本发明第二实施例的装置的透视图；
[0116] 图3是图2的装置的一侧的视图；
[0117] 图4是图2和3的装置的俯视图；
[0118] 图5是图2-4的装置的透视图，但是其中外部壳体被移除；
[0119] 图6是图2-4的装置的正视图，但是其中外部壳体被移除；
[0120] 图7是图2-4的装置的右视图，但是其中外部壳体被移除；
[0121] 图8是图2-4的装置的左视图，但是其中外部壳体被移除；
[0122] 图9是图2-4的装置的俯视图，但是其中外部壳体被移除；
[0123] 图10是根据本发明的第三实施例的装置的俯视图，其中部分壳体被移除；
[0124] 图11是从图10的装置的一侧的透视图，其中部分壳体被移除；
[0125] 图12是图10的装置的横剖侧视图。
具体实施方式
[0126] 图1是根据本发明第一实施例的装置的示意图。该装置包括反应堆槽2，反应堆槽2包括均由304L不锈钢形成的上部反应器部分4和下部贮槽部分6。反应堆槽的上部和下部设置有邻接法兰，该邻接法兰通过可释放法兰夹具8固定在一起。法兰和法兰夹具的布置可以采用ISO快速释放法兰(例如Klein法兰)的形式。垫圈(例如由弹性体材料形成的铜垫圈或垫圈)位于法兰之间并提供大体上气密的密封。贮槽废物出口46设置在贮槽部分6的下端的壁中，以用于移除耗尽的反应产物。
[0127] 设置至反应堆槽的顶部的是气密的搅拌器密封套，其中可旋转地安装有搅拌器轴10。搅拌器轴10在其下端设有搅拌器桨叶12。搅拌器桨叶成形为使得桨叶与反应堆槽的内部形状互补并且使得搅拌器桨叶与反应堆槽内壁之间的任何空间最小化而不妨碍桨叶的旋转。这防止了在反应堆槽的侧壁或底部积聚材料，因为材料不断地从容器的内壁被刮除。
连接至搅拌器轴10的顶部的是可拆卸的电机14，其连接至电源(未示出)。电机14可以被移除并且手柄连接至轴上以便在必要时手动操作搅拌器。
连接至搅拌器轴10的顶部的是可拆卸的电机14，其连接至电源(未示出)。电机14可以被移除并且手柄连接至轴上以便在必要时手动操作搅拌器。
[0128] 第一和第二反应物入口16和18以及氢气出口20也设置在反应堆槽的顶部。第一反应物和第二反应物入口经由气密管连接至蠕动泵22和24并且通过另一长度的气密管连接至第一和第二反应物容器26和28。
[0130] 温度传感器34连接至反应堆槽的外表面。温度传感器34电子地连接至CPU30。
[0131] 氢气出口20经由气密管连接至水分离器或干燥器36，然后经由另一长度的气密管连接至缓冲罐40的壁中的入口38。水分离器或干燥器可以是单级或两级干燥器。压力传感器42通过短支路连接至气体出口20和水分离器36之间的管道。压力传感器电子地连接至CPU30。
[0132] 缓冲罐40也由304L不锈钢形成，并且构造为承受高达10bar(10×105Pa)的内部气压。缓冲罐可以具有加强肋以增加罐壁的刚性。缓冲罐的内部容积通常是反应堆槽的内部容积的至少1.5倍，更通常地至少2倍。缓冲罐40具有出口44，出口44可以连接至诸如发电机或燃料电池的氢消耗装置。
[0133] 如图1中所示的部件通常被封闭在壳体(未示出)内。缓冲罐40可以封闭在壳体内，或者可以形成壳体安装在其上的基座。触摸屏电子接口单元32安装在壳体上，使得装置的使用者可以接近。
[0134] 机载电源(未示出)也安装在壳体内。电源为蠕动泵、搅拌器电机和电子控制器以及装置中的任何其他耗电部件提供必要的电力。电源可以采用燃料电池和/或电池的形式。燃料电池消耗在装置使用过程中产生的一定比例的氢，并可用于向电池充电。在启动时，操作泵和电子控制器所需的电力可以由电池提供，也可以通过燃料电池，其中，燃料电池依靠在前一次使用后剩余在缓冲罐中的残余氢进行运行。
[0135] 在使用中，该装置在电子接口单元32处被开启，并且选择氢的期望的输出压力。如果由该装置产生的氢旨在用于外部燃料电池的消耗，则压力通常被设定为大约3bar(3×5
10Pa)。可替代地，该设备可以设置有自动地选择氢的所需输出压力的工厂设置，在这种情况下，可以省略选择氢的期望输出压力的启动步骤。
10Pa)。可替代地，该设备可以设置有自动地选择氢的所需输出压力的工厂设置，在这种情况下，可以省略选择氢的期望输出压力的启动步骤。
[0136] 一旦设定压力，蠕动泵22和24将来自第一反应物容器和第二反应物容器26和28的反应物通过反应物入口16和18泵入反应堆槽2中，在反应堆槽2中，它们一起反应产生氢。
[0137] 反应物可以是如上所述的一起反应形成氢的许多不同对反应物中的任何一种，但是在一具体实施方案中，一个反应物容器含有氢氧化钠溶液，另一反应物容器含有细铝颗粒和悬浮剂的水性悬液，例如其可以是如淀粉的多糖。
[0138] 在反应堆槽中产生的氢从氢气出口20流出并通过干燥器36，然后到达缓冲罐40，其中水从气体流中被移除。由于在反应堆槽和缓冲罐之间没有单向阀，所以氢气可以在两个方向上自由地流动。系统中的气体压力由压力传感器42测量并且指示压力的信号被发送至CPU30。一旦气体压力达到所需值或小于所需压力的预定值，就停止蠕动泵，从而停止反应物流入进反应堆槽。如果没有氢通过出口44排出，则反应堆槽、管道、干燥器和缓冲罐内的氢压力将相等。当出口44连接至氢消耗装置时，从缓冲罐中提取氢将导致系统内的气压降，该气压降将被压力传感器42检测并且信号被发送至CPU30。然后，蠕动泵将被启动以将进一步的反应物泵入进反应堆槽中以产生更多的氢。由压力传感器、CPU和蠕动泵形成的反馈回路能够在装置内保持相当恒定的氢压力。
[0139] 通常将蠕动泵构造成使得一旦系统中的压力达到给定水平(即，如上限定的范围内的压力)，蠕动泵就不能泵送反应物。因此，如果电子控制系统发生故障并且系统内部的氢压力无法控制地上升，则防止蠕动泵将进一步的反应物泵入至高压系统中。结果，防止系统内氢的压力进一步升高。
[0140] 因为缓冲罐的容积明显大于反应堆槽的容积，所以在加入反应物之后可能出现的氢的压力波动(例如脉冲)可以被缓冲罐吸收，从而使得提供给外部的耗氢装置的氢的压力保持不变。
[0141] 在装置操作期间，温度传感器34监测反应堆槽的外部温度。由于反应堆槽的导热性能是已知的或可以确定的，反应堆槽外部表面温度的测量提供反应堆槽内温度的可靠指标。在使用该装置之前，使用电子接口单元32来设定最大允许的反应器温度。如果温度超过使用中的最大允许温度，蠕动泵被关闭或关小，直到温度恢复至可接受的水平。典型地，温度设定为小于100℃的值，以避免反应物沸腾或回流。
[0142] 在该装置的操作过程中，固体废弃生成物通常积聚在反应堆槽的贮槽部分中。废弃生成物可以通过废物出口46移除。然而，因为贮槽部分中的废物可与部分反应的或未反应的反应物混合，所以可以有益的是，通过管道循环(未示出)将来自废物出口46并通过在高于废物出口的位置处的再循环入口(未示出)回至反应堆槽的混合物再循环，以便使从反应物获得的氢的量最大化。再循环回路可以包括一个或多个传感器，其测量指示反应堆槽内化学反应完整性的反应参数。例如，再循环回路可以包括pH计。传感器(例如pH计)连接至CPU，CPU可以被编程以响应于从传感器接收的信号而改变泵送至反应堆槽的反应物的相对量，从而将反应参数保持在期望的范围内。再循环回路可以包括与CPU电子连接的另一泵(例如蠕动泵)。CPU可以被编程为当再循环回路运行时不允许进一步的新反应物(或仅有低水平的新反应物)被引入进反应堆槽中。
[0143] 不时地，反应堆槽的两个部分可以通过移除法兰夹具来分离，并且废物可以从反应堆槽，特别是从下部贮槽部分机械地移除。可替换地或另外地，废物可以通过再循环回路中的泵从贮槽部分抽出并且通过再循环回路中的废物出口传送以废弃而不是回收。
[0144] 如图1所示的装置允许按需生成氢，并在该装置所需的压力下直接地供应给诸如燃料电池的耗氢装置。缓冲罐的存在和气体可以在反应堆槽和缓冲罐之间自由流动的事实意味着气体压力的波动可以被平滑并且氢可以在相当恒定的压力下被输送至耗氢装置。当装置与燃料电池组合使用时，或者装置含有车载燃料电池时，减压阀可以连接至燃料电池的入口以将氢压力降低至燃料电池的工作压力(通常约0.5bar)。
[0145] 本发明的装置在低压下产生氢，并且在使用之后存储在装置中的任何氢在低压下储存。因此与装置的任何氢泄漏相关的风险显著地降低，因此本发明的装置在现场条件下使用更安全。
[0146] 图2-9示出了本发明的一实施例，其中反应器和其他工作部件被隐藏在壳体内。在该实施例中，该装置包括缓冲罐102，在缓冲罐102上安装有壳体104。
[0147] 缓冲罐40由304L级不锈钢形成，并且能够承受高达10bar(10×105Pa)的内部氢压。氢出口106设置在缓冲罐上，以使氢从罐中被取出。氢出口106被配置成允许连接一段管道以将装置连接至消耗氢的设备(例如PEM燃料电池)。通常可以在燃料电池的氢入口处或之前设置减压器，以将压力降低至燃料电池的操作压力(例如约0.5bar)。
[0148] 壳体104由聚丙烯或聚碳酸酯形成，并且被固定在框架周围，缓冲罐被放置在该框架中以形成装置的基座。壳体104隐藏如图5-9所示的装置的内部的活动机件(workings)。从壳体104的顶部向外延伸的是轴108的端部，该轴108形成电动机驱动的混合器的一部分。
在没有足够的电力可用于为混合器供电的情况下，可以借助手动曲柄手动地旋转混合器的轴108。
在没有足够的电力可用于为混合器供电的情况下，可以借助手动曲柄手动地旋转混合器的轴108。
[0149] 触摸屏电子接口单元110设置在壳体上表面中的凹部中，触摸屏电子接口单元110用于显示装置的各种操作参数，例如由装置产生的氢的压力。开关电源按钮112位于显示屏旁。在所示的实施例中，显示屏幕是触摸屏，通过该触摸屏可以控制装置的操作。
[0150] 图5-9示出了移除外部壳体104以揭示装置的内部部件的装置。安装在缓冲罐102上的是由上部116不锈钢部分和下部118不锈钢部分形成的反应堆槽114，该上部116不锈钢部分和下部118不锈钢部分具有邻接的 法兰，该法兰通过法兰夹具固定在一起。可替换地，可以增加法兰的尺寸并且使用法兰螺栓来固定反应堆槽的两个部分。氢气密封垫圈(未示出)牢固地夹紧在上部部分和下部部分的邻接法兰之间，以提供气密密封。通过松开将两部分固定在一起的夹具(或法兰螺栓，如果存在的话)，可以拆卸反应堆槽以进行清洁和维护。
[0151] 反应堆槽设有搅拌器，搅拌器具有由电机120驱动的可旋转轴108(见图5-9)。电机由可充电车载电池(未示出)和/或以由该装置产生的氢为燃料的PEM燃料电池或气体发电机供电。轴108的下端连接至搅拌桨叶(未示出)上。在电池电量低的情况下，轴108的上端向上延伸出电机120并且可以通过手被旋转，由此实现如上所述的搅拌器的手动操作。为了协助搅拌器的手动操作，轴108的上端可以设置有手柄或曲柄(未示出)。
[0152] 反应堆槽具有一对反应物入口122、124，该一对反应物入口122、124通过短管道连接至一对蠕动泵126、128的相应出口。蠕动泵由可充电车载电池(未示出)和/或以由该装置产生的氢为燃料的PEM燃料电池或发电机供电。两个蠕动泵的入口通过短管道连接至反应物容器130、132。如上所述，反应物容器包含当混合时反应产生氢气的反应物。反应物以液体形式提供，使得它们可以通过蠕动泵输送至反应堆槽。
[0153] 反应堆槽具有氢气出口134、氢泄放阀136和另外的出口138，出口138通过一段管140和压力计(未示出)连接至缓冲罐102。氢气出口134经由一段管道连接至卸压阀142，然后经由另外的一段管道连接至第一干燥器或脱水装置144和第二干燥器146。第二干燥器
146的出口经由一段管道连接到缓冲罐102。
146的出口经由一段管道连接到缓冲罐102。
[0154] 在使用中，通过按压开关112来启动装置以激活可编程计算机处理单元(CPU)及激活触摸显示屏110。然后，用户可以从菜单中选择所需的氢生成和传送配置文件并启动装置。然后，两种反应物通过泵126、128从输入容器130、132并通过入口122、124泵入联机的混合器125，接着进入至反应堆槽114。反应物开始在联机的混合器125中一起反应并继续在反应堆槽114内反应以产生氢气。使用由轴108的旋转驱动的搅拌器来协助反应物的混合。由反应产生的氢气通过氢出口134并依次通过卸压阀142和第一和第二干燥器144、146进入至储罐。在系统内的氢气压力超过预定值的情况下，卸压阀142被设定成将氢释放至大气中。第一干燥器是一个集水器，当富含水分的氢气冷却时，它将气体从湿气/水中分离出来并移除氢中的大部分水蒸气。典型地为除湿式干燥器(或吸收式干燥器)的第二干燥器包括含有填充有吸水介质的两个“塔”或“柱”的容器，例如活性氧化铝、硅胶、分子筛或其它干燥剂材料的吸水介质。干燥剂材料通过吸附吸收压缩空气中的水分，以移除氢气流中的大部分剩余水蒸气(如果不是全部剩余水蒸气的话)。
[0155] 该装置被编程为以旨在产生特定氢压力的速率将反应物输送至反应堆槽。对于PEM燃料电池，装置内产生的氢压力通常约是为2-3bar，但减压器(例如设定为约0.5bar)可连接至PEM电池的入口以将氢压力减少至PEM电池的操作压力。装置产生的氢的压力分别通过位于缓冲罐102和反应堆槽114中的压力计来监测。压力计电子连接至电子控制器，使得压力可以显示在显示屏110上。
[0156] 缓冲罐102的功能为如图1所示的实施例所描述的。因此，它提供了一种用于吸收压力波动的装置并均衡装置的不同部分内的气体压力，其中该压力波动是由向反应堆槽添加反应物所引起的。如果由压力计测量的系统中的总压力大于所需要的压力，则减少引入至反应堆槽中的反应物的量。相反，如果氢压力太低，可以增加引入至反应堆槽的反应物的量。如果氢压力增加得太快，则过大的压力可以通过卸压阀142或氢泄放阀136来释放。以这种方式，经由出口106供应至诸如PEM燃料电池的耗氢装置的氢输出压力可以与装置的氢压力要求相匹配，其中通过使用连接至PEM电池入口的减压器(例如将压力降低至约0.5bar)实现对进入PEM电池的氢的压力进行精确地控制。温度传感器(未示出)通常安装在反应堆槽内部或反应堆槽的外表面上。温度计也连接至电子控制器。如果反应堆槽内的温度升高得太快，反应物流入反应堆槽的流动可能停止或减少。
[0157] 优选地，由压力计和温度传感器测量的压力和温度显示在接口单元110上。然而，压力和温度也可以显示在安装在壳体104上的刻度盘上。两个这样的刻度盘(一个用于温度，另一个用于显示压力)如图5所示。
[0158] 如果PEM或发电机没有提供足够的电力，该装置具有用于可替换的为搅拌器电机、联机的混合器和蠕动泵供电的机载可充电电池。搅拌器电机、联机的混合器和蠕动泵设定为在非常低的功率设置下运行，并且搅拌器电机、联机的混合器和蠕动泵不处于连续操作中。因此，车载电池需要相对不经常地充电。在必要的情况下，装置所连接的燃料电池或发电机所产生的一些电能可用于对电池充电。为了进一步降低电能消耗，可以设置该装置，使得在不使用电机120的情况下完全通过手来执行反应堆槽中的反应物的搅拌。
[0159] 本发明的装置是便携式的，即其尺寸和重量使其能够被具有平均力量的一个或两个的人容易地移动。因此，纯粹作为说明，装置(包括储罐和壳体)的总高度可以是450mm，一个水平方向上的宽度(或长度)可以是460mm，并且在正交水平方向的宽度(或长度)可以是280毫米。然而，可以理解的是，这些尺寸可以根据需要而改变。同样作为例子，排除反应物的重量，具有上述尺寸的装置的重量可以为从约15kg-约150kg的范围，例如约27kg。
[0160] 装置的工作部分由外部壳体104保护，外部壳体104可由金属材料制成，但更典型地由坚韧的塑料材料制成，例如由适当等级的聚丙烯或聚碳酸酯制成。外部壳体可以有利地设置有手柄或手柄状结构(未示出)以帮助提升装置。
[0161] 反应物之间的化学反应通常会产生废物，例如氢氧化铝和铝酸钠，这些废物将逐渐堆积在反应堆槽的底部并且需要随时被移除。为此，可以分离反应堆槽的上部部分和下部部分，并将废物从下部刮掉。
[0162] 图10-12示出了本发明的另一实施例，其中反应器和其他工作部件被隐藏在允许装置通过滚动而移动的基本上球形的壳体内。
[0163] 在该实施例中，该装置包括缓冲罐202，在缓冲罐202安装在大体上球形的壳体204内。缓冲罐40由304L级不锈钢形成，并且能够承受高达10bar(10×105Pa)的内部氢压。氢出口(未示出)设置在缓冲罐上，以使氢从罐中被取出。氢出口通过一段管道和减压器(未示出)连接至PEM燃料电池252。
[0164] 该装置也包括包含在壳体内的显示屏210。在所示的实施例中，显示屏幕是触摸屏，通过该触摸屏可以控制装置的操作。除显示屏之外，设置在壳体表面中的凹部中的是开/关按钮212，其允许用户在不必打开壳体的情况下启动或停止氢的产生。
[0165] 而且，安装在壳体内的是具有盖子216的反应堆槽214。盖子和反应堆槽具有通过法兰夹具固定在一起的邻接 法兰。氢气密封垫圈(未示出)牢固地夹紧在上部部分和下部部分的邻接法兰之间，以提供气密密封。通过松开将盖子固定在反应堆槽的夹具，可以拆卸反应堆槽以进行清洁和维护。
[0166] 反应堆槽设有搅拌器，搅拌器具有由电机220驱动的可旋转轴。电机由可充电车载电池250和/或以由该装置产生的氢为燃料的PEM燃料电池252来供电。轴的下端连接至搅拌桨叶(未示出)上。
[0167] 反应堆槽具有一对反应物入口222、224，该一对反应物入口122、124通过短管道连接至一对蠕动泵226、228的相应出口。蠕动泵由可充电车载电池250和/或以由该装置产生的氢为燃料的PEM燃料电池252或发电机来供电。两个蠕动泵的入口通过短管道连接至反应物容器230、232。如上所述，反应物容器230、232包含当混合时反应产生氢气的反应物。反应物以液体形式提供，使得它们可以通过蠕动泵输送至反应堆槽。
[0168] 反应堆槽具有氢气出口和另外的出口，另外的出口通过一段管和压力计(未示出)连接至缓冲罐202。氢气出口通过一段管道连接至第一干燥器或脱水装置244和第二干燥器246。第二干燥器246的出口经由一段管道连接至缓冲罐202。
[0169] 反应堆槽在其基座也设置有用于移除废弃的反应产物和/或未反应的反应物的废物出口。这些可以通过一段管再循环回至反应器中，或者可替换地可以通过单独的一段管输送至废物容器234。
[0170] 在使用中，通过按压开关212来启动装置以激活可编程计算机处理单元(CPU)248及激活触摸显示屏210。然后，用户可以从菜单中选择所需的氢生成和传送配置文件并启动装置。然后，两种反应物通过泵226、228从输入容器230、232并通过反应堆槽114上的入口222、224泵送。反应物开始在反应堆槽214内反应以产生氢气。使用由轴的旋转驱动的搅拌器来协助反应物的混合。由反应产生的氢气通过氢出口并依次通过第一和第二干燥器244、
246进而进入至缓冲罐202。第一干燥器是一个集水器，当富含水分的氢气冷却时，它将气体从湿气/水中分离出来并移除氢中的大部分水蒸气。典型地为除湿式干燥器(或吸收式干燥器)的第二干燥器包括含有填充有吸水介质的两个“塔”或“柱”的容器，例如活性氧化铝、硅胶、分子筛或其它干燥剂材料的吸水介质。干燥剂材料通过吸附吸收压缩空气中的水分，以移除氢气流中的大部分剩余水蒸气(如果不是全部剩余水蒸气话)。
246进而进入至缓冲罐202。第一干燥器是一个集水器，当富含水分的氢气冷却时，它将气体从湿气/水中分离出来并移除氢中的大部分水蒸气。典型地为除湿式干燥器(或吸收式干燥器)的第二干燥器包括含有填充有吸水介质的两个“塔”或“柱”的容器，例如活性氧化铝、硅胶、分子筛或其它干燥剂材料的吸水介质。干燥剂材料通过吸附吸收压缩空气中的水分，以移除氢气流中的大部分剩余水蒸气(如果不是全部剩余水蒸气话)。
[0171] 该装置被编程为以旨在产生特定氢压力的速率将反应物输送至反应堆槽。对于PEM燃料电池，氢压力通常将小于约3bar(例如在0.5bar-3bar的范围内)。该装置产生的氢的压力通过位于缓冲罐202和反应堆槽214之间的管道的压力计的方式来分别监测。压力计电子连接至电子控制器248，使得压力可以显示在显示屏210上。减压器连接至PEM电池的气体入口以将进入电池的氢的压力限制至电池的操作压力，通常约0.5bar。
[0172] 缓冲罐202的功能为如图1所示的实施例所描述的。因此，它提供了一种用于吸收压力波动的装置并均衡装置的不同部分内的气体压力，其中该压力波动是由向反应堆槽添加反应物所引起的。如果由压力计测量的系统中的总压力大于所需要的压力，则减少引入至反应堆槽中的反应物的量。相反，如果氢压力太低，可以增加引入至反应堆槽的反应物的量。以这种方式，供应至诸如PEM燃料电池的耗氢装置的氢输出压力可以与设备的氢的压力需求相匹配。温度传感器(未示出)通常安装在反应堆槽214内部或反应堆槽的外表面上。温度计也连接至CPU248。如果反应堆槽内的温度升高得太快，流入反应堆槽的反应物可能停止或减少。
[0173] 优选地，由压力计和温度传感器测量的压力和温度显示在接口单元210上。
[0174] 该装置具有车载的可充电电池250，用于在PEM或发电机不能提供足够的功率的情况下为搅拌器电机、联机的混合器和蠕动泵提供替代功率。搅拌器电机、联机的混合器和蠕动泵设定为在非常低的功率设置下运行，并且搅拌器电机、联机的混合器和蠕动泵不处于连续操作中。因此，车载电池需要相对不经常地充电。在必要的情况下，装置所连接的燃料电池或发电机所产生的一些电能可用于对电池充电。为了进一步降低电能消耗，可以设置该装置，使得在不使用电机220的情况下完全通过手来执行反应堆槽中的反应物的搅拌。
[0175] 在图10-12所示的实施例中，壳体容纳质子交换膜(PEM)燃料电池252及其相关联的控制器254，其中质子交换膜(PEM)燃料电池252用于将产生的氢转化成电功率。燃料电池设有用于氢的入口和废液出口。用于PEM电池的氢入口设有减压阀以将氢的输入压力调节至电池的操作压力，例如，大约0.5bar。然后，可以将来自氢出口的流体流再循环并返回至PEM电池，以从仍然存在流体流中的任何氢中获得进一步的功率，或者可以将其排放至大气中。
[0176] 壳体也可以包含作为冷却装置的风扇256以防止装置过热。风扇位于PEM电池上方以允许空气循环以防止PEM电池过热。壳体也可以包含空气逸出孔以帮助空气循环并提高冷却效率。
[0177] 该设备也配备有DC/AC功率逆变器258。当PEM电池产生直流电(DC)时，逆变器将该电流转换成交流电(AC)，交流电(AC)可能更适合于使用由该装置产生的电力的设备。
[0178] 装置的工作部件由外部壳体204保护，外部壳体204可以由诸如铝的金属材料制成。外部壳体可以有利地设置有把手或导轨以协助装置的移动(例如滚动和/或提升)。外部壳体也可设置有可缩回的稳定腿(未示出)以在使用期间将装置保持在竖直方位。
[0179] 上面描述的、附图和表中所示的实施例仅仅是对本发明的说明，并不旨在具有任何限制作用。显而易见的是，可以对所示出的具体实施方式进行许多修改和变更而不偏离本发明的基本原理。所有这些修改和改变都旨在被本申请所包含。
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