具有集成薄膜阀的发电机的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]一些氢气发生器通过将水蒸汽与氢化物燃料反应产生氢气。水蒸汽由不同的来源提供，例如环境、水库、或者甚至化学反应副产物(如就燃料电池来说)。当不需要来自氢气发生器的氢气时，就关闭水蒸汽的供给。该关闭通过有些复杂的阀布置来实现。
【发明内容】
[0002]发电机包括具有带穿孔的表面和包含气体产生燃料的腔的壳体。薄膜被壳体支撑在所述腔内，所述薄膜具有定位成靠近所述穿孔的不可渗透阀板，其中所述薄膜是水蒸汽可渗透且气体不可渗透的，并响应于所述腔与所述腔外侧之间的压力差而挠曲，以根据所述压力差有选择地允许水蒸汽通过所述穿孔至所述燃料。燃料电池薄膜由所述壳体支撑，并定位成在所述燃料电池薄膜的阳极侧接收氢气，并在所述燃料电池薄膜的阴极侧从所述发电机外侧接收氧气。
[0003]发电机包括具有带穿孔阵列的表面和包含气体产生燃料的腔的壳体。薄膜在所述腔内支撑在所述壳体的第一侧，所述薄膜具有不可渗透阀板阵列，每个阀板都定位在所述穿孔的最近处，其中所述薄膜是水蒸汽可渗透的和气体不可渗透的，并且响应于所述腔与所述腔外侧之间的压力差挠曲，以根据所述压力差有选择地允许水蒸汽通过所述穿孔到所述燃料。燃料电池薄膜支撑成在所述燃料电池薄膜的阳极侧接收氢气，并在所述燃料电池薄膜的阴极侧从所述发电机的外侧接收氧气。
[0004]方法包括使水蒸汽通过气体不可渗透的、水蒸汽可渗透的薄膜至发电机中的气体产生燃料；响应于容器中气气压力高于发电机外压力，使由所述薄膜支撑的板朝着发电机中的穿孔移动，以抑制水蒸汽通过而至所述气体产生燃料；响应于所述发电机中的气体压力低于所述发电机外的压力，移动所述薄膜和板远离所述穿孔，将由所述气体产生燃料与所述水蒸汽反应产生的气体提供给燃料电池薄膜，并提供氧气给所述燃料电池薄膜，将由氢气与氧气之间反应产生的水蒸汽从所述发电机排出。
【附图说明】
[0005]图1为根据示例实施例的具有基于薄膜的阀组件的燃料盒的截面框图。
[0006]图2为根据示例实施例的图1的燃料盒的一部分的截面框图，示出了阀处于打开位置。
[0007]图3为根据示例实施例的图1的燃料盒的一部分的截面框图，示出了阀处于关闭位置。
[0008]图4为根据示例实施例的具有基于薄膜的阀组件的替代燃料盒的截面框图。
[0009]图5为根据示例实施例的具有阀板阵列的薄膜的顶视图。
[0010]图6为根据示例实施例的具有互联阀板阵列的薄膜的顶视图。
[0011]图7为根据示例实施例利用具有基于薄膜阀组件的气体产生盒的发电机的截面图。
[0012]图8为图7的发电机的一部分。
[0013]图9为根据示例实施例的用于图7和8的发电机的歧管的顶视框图。
[0014]图10为根据示例实施例的将薄膜与阀组件合并在一起的发电机的截面图。
[0015]图11为根据示例实施例的图10中发电机的一部分的截面图。
[0016]图12为根据示例实施例的替代发电机的一部分的截面图。
[0017]图13为根据示例实施例的插入有发电机的发电机容器的截面图。
[0018]图14为示出根据示例实施例的水蒸汽流量相对于基于薄膜的阀组件的内部压力的曲线图。
[0019]图15为根据示例实施例的用于实施控制器的计算机系统的框图。
【具体实施方式】
[0020]在下面的描述中，提及形成说明书一部分的附图，附图中通过图示示出可被实践的具体实施例。这些实施例被描述详细得足以使本领域的技术人员实施本发明，并且应当理解，也可利用其他实施方式，在不脱离本发明范围的情形下可进行结构上、逻辑上或电学上的改变。因此，示例实施例的下列描述不应被理解为限制性的，本发明的范围由所附权利要求限定。
[0021]在一个实施例中，本文所述的功能或算法可在软件中或者以软件与人工实施的程序的组合来执行。所述软件可由存储在计算机可读介质(如存储器或其他类型的存储装置)上的计算机可执行指令组成。另外，这类功能对应于模块，模块是软件、硬件、固件或它们的任何组合。按需要，可在一个或多个模块内执行多个功能，所述实施例仅仅是例子。软件可执行在数字信号处理器、ASIC、微处理器或运行在计算机系统(如个人计算机、服务器或其他计算机系统)上的其他类型的处理器上。
[0022]图1为可去除的燃料盒100的截面图。盒100包括壳体110(金属或聚合物)，其在腔113内含有水反应性的气体产生燃料112。盒100可插入耗气装置中，例如发电机。在一个实施例中，发电机包括燃料电池系统，产生的气体包括氢气。壳体110的一侧或面115是穿孔的116，并暴露于可选择性渗透薄膜120 (水蒸汽可渗透的，大气气体不可渗透的)，该薄膜120将燃料112与壳体110外侧的周围环境122隔开。
[0023]在一个实施例中，薄膜120位于穿孔面115与渗透板125之间，在一个实施例中，该渗透板125可以是穿孔的。薄膜120是柔性的，响应于腔113与周围环境122之间的压力差在板125与面115之间移动。在一个实施例中，板125和面115界定薄膜120的移动，使得薄膜不被可能变大的压力差过度加压。在一些实施例中，通常间隙会达到几百微米，在其他实施例中更大，依赖于薄膜的横向尺寸。薄膜可通过薄膜周边上的粘合剂或其他方法联接到壳体110的侧边上，以提供允许压力差引起薄膜120横向于面115移动的密封。
[0024]在一个实施例中，薄膜120包括一个或多个阀板130，当腔113内压力较高时，阀板130朝着穿孔116移动，当腔内压力比周围环境122低时，阀板130移动远离穿孔。在一个实施例中，绕着穿孔形成衬片135，所述衬片是可压缩的以便当压力差引起薄膜推动阀板130与衬片接触时与相应的阀板130形成密封。在包括阀板130和具有穿孔116的面115的材料当被压力差彼此压靠时而形成足够密封的情形下，衬片是可选的。一些实施例中的压力差调节到一个实施例中的一镑每平方英寸的十分之几。
[0025]在多个实施例中，面115中穿孔116的数量可在一个与多个之间变化，形成穿孔阵列。类似地，阀板的数量可与穿孔的数量相同，并布置成阵列与各相应穿孔匹配。在其他实施例中，可使用一个或多个更大的阀板，使得每个阀板可覆盖多个穿孔。
[0026]在一个实施例中，气体可渗透的微粒过滤器140位于燃料112与板125之间，以防止燃料阻塞板125中的穿孔。在多个实施例中燃料可为多孔的，以允许水蒸汽穿过穿孔面115，薄膜120上除了那些含有阀板130、板125的区域和过滤器140，从而迀移通过燃料以产生更多的气体。在一个实施例中，燃料孔隙率在大致15%与20%之间变化。所述孔隙率可选择成允许气体和水蒸汽的充分移动，同时提供期望的气体产生能力。
[0027]气体还通过多孔燃料112朝着气体出口 145移动。在不同实施例中，气体出口可位于可被插入耗气装置的壳体I1的一侧上。尽管气体出口 145被图示大约在壳体115侧面的中间，但是它可位于壳体上可使用气体的任何方便的位置。止回阀150可联接至气体出口，并通过将燃料容器100插进耗气装置而致动。在另一实施例中，微粒过滤器155可位于止回阀150和气体出口 145附近，以防止气体出口 145被燃料堵塞。在其他实施例中，在腔113内可形成通道，以便于水蒸汽和产生的气体的分布。
[0028]图2和3为示出阀板130与穿孔板115相互作用的局部截面图。在图2中的200处，当由于气体被吸出腔室以使用而在腔113中出现低压时，产生的压力差导致薄膜120朝着板125挠曲，允许水蒸汽进入通过穿孔116，在薄膜未被阀板130覆盖的部分穿过薄膜120。
[0029]图3示出了当腔113内的压力大于环境116压力时阀板130与穿孔板115的相互作用。所述薄膜图示为朝着穿孔板115被推动，引起阀板130与穿孔板115接触，可选地经由衬片135。如图所见，阀板130的大小比穿孔116稍大，使得它们在接触穿孔116时用来阻止水蒸汽的流动。当产生的气体通过气体出口 145被抽出时，压力降低，允许阀板移动离开穿孔116，再次允许水蒸汽穿过薄膜120达到燃料112。这样，具有阀板的柔性薄膜用来响应于压力差调节水蒸汽流，从而调节气体产生。
[0030]在一个实施例中，水蒸汽与燃料112反应产生氢气。当盒100被插入基于燃料电池的发电机时，通过氢气出口 145提供氢气。当所述盒被插入时，发电机还可使止回阀150被打开，允许氢气排出。
[0031]图4为