MX2008008741A - Cartuchos que generan hidrogeno para celdas de combustible - Google Patents

Abstract

La presente solicitud estádirigida a un aparato que genera gas y diversos reguladores de presión o válvulas que regulan la presión. El hidrógeno es generado dentro del aparato generador de gas y es transportado a una celda de combustible. El transporte de un primer componente de combustible a un segundo componente de combustible para generar hidrógeno ocurre automáticamente dependiendo de la presión de una cámara de reacción dentro del aparato que genera gas. Se proveen reguladores de presión y orificios de flujo para regular la presión de hidrógeno y para minimizar la fluctuación en la presión del hidrógeno recibido por la celda de combustible. También se proveen válvulas conectoras para conectar el aparato que genera gas a la celda de combustible.

Description

CARTUCHOS QUE GENERAN HIDROGENO PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Está solicitud es una continuación-en-parte de la Solicitud de los Estados Unidos N° 10/629.006, presentada el 29 de Julio de 2003, Solicitud de los Estados Unidos N° 11/067.167, presentada el 25 de Febrero de 2005, Solicitud provisional de los Estados Unidos N° 60/689.538, presentada el 13 de Junio de 2005, y Solicitud provisional de los Estados Unidos N° 60/689.539, presentada el 13 de Junio de 2005, todas las cuales están incorporadas aquí como referencia en sus totalidades .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las celdas de combustible son dispositivos que convierten directamente energía química de reactivos, es decir, combustible y oxidante, en electricidad de corriente continua (CC) . Para un creciente número de aplicaciones, las celdas de combustible son más eficientes que la generación de energía convencional, tal como la combustión de un combustible fósil así como para almacenamiento de energía portátil, tal como las baterías de iones de litio.

En general, las tecnologías de celda de combustible incluyen una variedad de celdas de combustible diferentes, tales como celdas de combustible alcalino, celdas de combustible de electrolito de polímero, celdas de combustible de ácido fosfórico, celdas de combustible de carbonato fundido, celdas de combustible de óxido sólido y celdas de combustible de enzimas. Las celdas de combustible más importantes de la actualidad pueden ser divididas en varias categorías generales, a saber: (i) celdas de combustible que utilizan hidrógeno (H2) comprimido como combustible; (ii) celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) que utilizan alcoholes, por ejemplo, metanol (CH3OH) , hidruros de metales, por ejemplo, borohidruro de sodio (NaBH4) , hidrocarburos, u otros combustibles reformados en combustible de hidrógeno; (iii) celdas de combustible PEM que pueden consumir combustible de no-hidrógeno directamente o celdas de combustible de oxidación directa; y (iv) celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) que directamente convierten combustibles de hidrocarburo en electricidad a elevada temperatura.

El hidrógeno comprimido está generalmente mantenido bajo alta presión y es por lo tanto difícil de manejar. Más aún, se requieren típicamente grandes tanques de almacenamiento, y no pueden ser fabricados suficientemente pequeños para dispositivos electrónicos para el consumidor. Las celdas de combustible reformado convencionales requieren reformadores y otros sistemas de vaporización y auxiliares para convertir combustibles a 'hidrógeno para reaccionar con el oxidante en la celda de combustible. Avances recientes hacen prometedoras a las celdas de combustibles reformadoras o de reformado para dispositivos electrónicos para el consumidor. Las celdas de combustible de oxidación directa más comunes son las celdas de combustible de metanol directo o DMFC . Otras celdas de combustible de oxidación directa incluyen celdas de combustible de etanol directo y celdas de combustible de tetrametil ortocarbonato directo. La DMFC, donde el metanol reacciona directamente con el oxidante en la celda de combustible, es la celda .de combustible más simple y potencialmente más pequeña y además posee una prometedora aplicación de energía para dispositivos electrónicos para el consumidor. Las SOFC convierten combustibles de hidrocarburos, tales como butano, a elevado calor para producir electricidad. La SOFC requiere temperatura relativamente elevada en el rango de 1000 °C para que la reacción de celda de combustible ocurra.

Las reacciones químicas que producen electricidad son diferentes para cada tipo de celda de combustible. Para la DMFC, la reacción electroquímica en cada electrodo y la reacción global para una celda de combustible de metanol directo se describen como sigue: Hemirreacción en el ánodo: CH3OH + H20 ? C02 + 6H+ + 6e~ Hemirreacción en el cátodo: 1, 502 + 6H+ + 6e" ? 3H20 La reacción global de la celda de combustible: CH3OH + 1 , 502 ? C02 + 2H20 Debido a la migración de los iones hidrógeno (H+) a través de la PEM desde el ánodo hacia el cátodo y debido a la incapacidad de los electrones libres (e~) para atravesar la PEM, los electrones fluyen a través de un circuito externo, produciendo así una corriente eléctrica a través del circuito externo. El circuito externo puede ser utilizado para energizar muchos dispositivos electrónicos para el consumidor útiles, tales como teléfonos móviles o celulares, calculadoras, asistentes digitales personales, computadoras laptop, y herramientas de energía, entre otros.

La DMFC se discute en las patentes de EE.UU. Nros . 5.992.008 y 5.945.231, las cuales están incorporadas en la presente como referencia en su totalidad. Generalmente, la PEM está hecha de un polímero, tal como Nafion disponible de DuPont, que es un polímero de ácido sulfónico perfluorado que tiene un espesor en el rango de aproximadamente 0,05 mm a aproximadamente 0,50 mm, u otras membranas adecuadas. El ánodo está hecho típicamente de un soporte de papel de carbón Teflonizado con una fina capa de catalizador, tal como platino-rutenio, depositada sobre él. El cátodo es típicamente un electrodo de difusión de gas en el cual están unidas partículas de platino a un lado de la membrana.

En otra celda de combustible de oxidación directa, la celda de combustible de borohidruro (DBFC) reacciona como sigue: Hemirreacción en el ánodo: BH4~ + 80H" ? B02~ + 6H20 + 8e~ Hemirreacción en el cátodo: 202 + 4H20 + 8e" ? 80H" En una celda de combustible química de hidruro de metal, el borohidruro de sodio está reformado y reacciona como sigue: NaBH4 + 2H20 ? (calor o catalizador) ? 4 (H2) + (NaB02) Hemirreacción en el ánodo: H2 ? 2H+ + 2e~ Hemirreacción en el cátodo: 2 (2H+ + 2e") + 02 ? 2H20 Los catalizadores adecuados para esta reacción incluyen platino y rutenio, y otros metales. El combustible de hidrógeno producido a partir de reformar borohidruro de sodio reacciona en la celda de combustible con un oxidante, tal como 02, para crear electricidad (o un flujo de electrones) y agua como producto secundario. El producto secundario borato de sodio (NaB02) también es producido por el proceso de reformado. Una celda de combustible de borohidruro de sodio se discute en la patente de EE.UU. N° 4.261.956, la cual se incorpora en la presente como referencia en su totalidad.

Una de las características más importantes para la aplicación de celdas de combustible es el almacenamiento de combustible. Otra característica importante es regular el transporte de combustible fuera del cartucho de combustible a la celda de combustible. Para ser útil comercialmente, las celdas de combustible tales como DMFC o sistemas PEM deberían tener la capacidad de almacenar suficiente combustible para satisfacer el uso normal de los consumidores. Por ejemplo, para teléfonos móviles o celulares, para computadoras portátiles, y para asistentes digitales personales (PDAs) , las celdas de combustible necesitan energizar estos dispositivos durante al menos tanto tiempo como las baterías actuales y, preferiblemente, mucho más. Adicionalmente, las celdas de combustible deberían tener tanques de combustible fácilmente reemplazables o recargables para minimizar u obviar la necesidad de recargas largas requeridas por las baterías recargables de hoy en día.

Una desventaja de los generadores de gas hidrógeno conocidos es que una vez que la reacción comienza el cartucho generador de gas no puede controlar la reacción. Así, la reacción continuará hasta que el suministro de reactivos se agote o la fuente de los reactivos sea apagada manualmente.

En concordancia, hay un deseo de obtener un aparato generador de gas hidrógeno que sea capaz de auto-regular el flujo de al menos un reactivo dentro de la cámara de reacción y otro dispositivo para regular el flujo de combustible.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente solicitud está dirigida a un aparato que genera gas y diversos reguladores de presión o válvulas que regulan la presión. El hidrógeno es generado dentro del aparato que genera gas y es transportado a una celda de combustible. El transporte de un primer componente de combustible a un segundo componente de combustible para generar hidrógeno ocurre automáticamente dependiendo de la presión de una cámara de reacción dentro del aparato que genera gas. Se proveen los reguladores de presión, que incluyen orificios de flujo, para regular la presión de hidrógeno y para minimizar la fluctuación en la presión del hidrógeno recibido por la celda de combustible. También se proveen válvulas de conexión para conectar el aparato que genera gas a la celda de combustible .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos acompañantes, que forman una parte de la memoria descriptiva y deben leerse en conjunto con la misma y en donde números de referencia similares son utilizados para indicar partes similares en las diversas vistas: La FIG. 1 es una vista esquemática en sección transversal de un aparato que genera gas de acuerdo con la presente invención; la FIG. ÍA es una vista parcial en sección transversal ampliada de un contenedor de combustible sólido para utilizar en el aparato que genera gas de la FIG. 1; la FIG. IB es una vista parcial en sección transversal ampliada de un contenedor alternativo de combustible sólido para utilizar en el aparato que genera gas de la FIG. 1; la FIG. 1C es una realización alternativa de la FIG. IB; la FIG. ID es una vista en sección transversal de una realización alternativa de un conducto de fluido; La FIG. 2A es una vista en sección transversal de una válvula de cierre o conexión para utilizar en el aparato que genera gas de la FIG. 1 mostrada en la posición desconectada y cerrada; la FIG. 2B es una vista en sección transversal de la válvula de cierre mostrada en la FIG. 2A mostrada en la posición conectada y abierta; La FIG. 3 es una vista en sección transversal de una boquilla o válvula de fluido regulado a presión para utilizar en el aparato que genera gas de la FIG. 1; La FIG. 4A es una vista en sección transversal de una válvula que regula la presión para utilizar en el aparato que genera gas de la FIG. 1; la FIG. 4B es una vista en perspectiva despiezada de la válvula que regula la presión de la FIG. 4A; la FIG. 4C es una vista en sección transversal de una válvula alternativa que regula la presión; la FIG. 4D es una vista en perspectiva despiezada de la válvula que regula la presión de la FIG. 4C; La FIG. 5A es una vista en sección transversal de otra válvula que regula la presión conectada a un primer componente de válvula de la válvula de cierre de la FIG. 2; las FIGS. 5B-D son vistas en sección transversal que muestran la válvula que regula la presión y el primer componente de válvula con un segundo componente de válvula de la válvula de cierre en las posiciones desconectada, conectada/cerrada y conectada/abierta ; La FIG. 6A es una vista en sección transversal de una válvula que regula la presión para utilizar en el aparato que genera gas de la FIG. 1; la FIG. 6B es una vista despiezada de la válvula que regula la presión de la FIG. 6A; y Las FIGS. 7A y 7B son vistas en sección transversal de un orificio de diámetro variable para utilizar con las válvulas que regulan la presión de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se ilustra en los dibujos acompañantes y se discute en detalle a continuación, la presente invención está dirigida a un suministrador de combustible, que almacena combustibles para celda de combustible, tales como metanol y agua, mezcla metanol/agua, mezclas metanol/agua de concentraciones variables, metanol puro, y/o clatratos de metilo descritos en las Patentes de los Estados Unidos Nos 5.364.977 y 6.512.005 B2 , que son incorporadas aquí como referencia en su totalidad. Metanol y otros alcoholes son utilizables en muchos tipos de celdas de combustible, por ejemplo, DMFC, celdas de combustible de enzimas y celdas de combustible de reformado, entre otras. El suministrador de combustible puede contener otros tipos de combustibles para celda de combustible, tales como etanol o alcoholes; hidruros de metal, tal como borohidruro de sodio; otros agentes químicos que pueden ser reformados a hidrógeno; y otros agentes químicos que pueden mejorar la performance o eficiencia de las celdas de combustible. Combustibles también incluyen electrolito hidróxido de potasio (KOH) , que es utilizable con celdas de combustible de metal o celdas de combustible de álcali, y puede ser almacenado en suministradores de combustibles. Para celdas de combustible de metal, el combustible está en la forma de partículas de zinc naciente en fluido inmersas en una solución de reacción electrolítica de KOH, y los ánodos dentro de las cavidades de la celda son ánodos particulados formados por las partículas de zinc. La solución electrolítica de KOH es develada en la Solicitud de Patente Publicada de los Estados Unidos N° US 2003/0077493, titulada "Method of Using Fuel Cell System Configured to Provide Power to One or More Loads" , publicada el 24 de Abril de 2003, que es incorporada aquí como referencia en su totalidad. Los combustibles también pueden incluir una mezcla de metanol, peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico, que fluye a través de un catalizador formado sobre chips de silicio para crear una reacción de celda de combustible. Más aún, los combustibles incluyen una combinación o mezcla de metanol, borohidruro de sodio, un electrolito, y otros compuestos, tales como aquellos descritos en las Patentes de los Estados Unidos Nos 6.554.877, 6.562.497 y 6.758.871, que son incorporadas aquí como referencia en sus totalidades. Adicionalmente, los combustibles incluyen aquellas composiciones que están parcialmente disueltas en un solvente y parcialmente suspendidas en un solvente, descritas en la Patente de los Estados Unidos N° 6.773.470 y aquellas composiciones que incluyen tanto combustibles líquidos como combustibles sólidos, descritas en la Solicitud de Patente Publicada de los Estados Unidos N° US 2002/0076602. Los combustibles adecuados son también develados en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos de este mismo solicitante, co-pendiente N° 60/689.572, titulada "Fuels for Hydrogen-Generating Cartridges" , presentada el 13 de Junio de 2005. Estas referencias también son incorporadas aquí como referencia en sus totalidades.

Los combustibles también pueden incluir un hidruro de metal tal como borohidruro de sodio (NaBH4) y agua, discutidos anteriormente. Los combustibles pueden incluir además combustibles de hidrocarburos, que incluyen, pero no se limitan a, butano, kerosene, alcohol, y gas natural, como se expone en la Solicitud de Patente Publicada de los Estados Unidos N° US 2003/0096150, titulada "Liquid Hereto-Interface Fuel Cell Device", publicada el 22 de Mayo de 2003, que es incorporada aquí como referencia en su totalidad. Los combustibles también pueden incluir oxidantes líquidos que reaccionan con los combustibles. La presente invención por lo tanto no está limitada a ningún tipo de combustibles, soluciones electrolíticas, soluciones oxidantes o líquidos o sólidos contenidos en el suministrador o utilizados de otra forma por el sistema de celda de combustible. Como se lo utiliza aquí, el término "combustible" incluye todos los combustibles que pueden hacerse reaccionar en celdas de combustible o en el suministrador de combustible, e incluyen, pero no se limitan a, todos los combustibles adecuados antes mencionados, soluciones electrolíticas, soluciones oxidantes, gases, líquidos, sólidos, y/o agentes químicos que incluyen aditivos y catalizadores y mezclas de los mismos.

Como se lo utiliza aquí, el término "suministrador de combustible" incluye, pero no se limita a, cartuchos descartables, cartuchos recargables/reutilizables , contenedores, cartuchos que residen dentro del dispositivo electrónico, cartuchos removibles, cartuchos que están fuera del dispositivo electrónico, tanques de combustible, tanques recargables de combustible, otros contenedores que almacenan combustible y las tuberías conectadas a los tanques de combustible y contenedores. Mientras se describe un cartucho a continuación en conjunto con las realizaciones de ejemplo de la presente invención, se hace notar que estas realizaciones son también aplicables a otros suministradores de combustible y la presente invención no está limitada a ningún tipo particular de suministrador de combustible.

El suministrador de combustible de la presente invención también puede ser utilizado para almacenar combustibles que no son utilizados en celdas de combustible. Estas aplicaciones puede incluir, pero no se limitan a, almacenar combustibles de hidrocarburos e hidrógeno para micro motores de turbina a gas construidos sobre chips de silicio, discutidos en "Here Come the Microengines" , publicado en The Industrial Physicist (Dic . 2001/Ene. 2002) en las páginas 20-25. Como se lo utiliza en la presente solicitud, el término "celda de combustible" también puede incluir micromotores . Otras aplicaciones pueden incluir almacenar combustibles tradicionales para motores de combustión interna e hidrocarburos, tal como butano para encendedores de bolsillo o de utilidad y propano líquido.

Aparatos adecuados conocidos que generan hidrógeno son develados en la Solicitud de Patente Publicada de los Estados Unidos de este mismo solicitante, co-pendiente N° US 2005-0074643 Al y la Solicitud de Patente Publicada de los Estados Unidos N° US 2005-0266281, y la Solicitud de Patente de los Estados Unidos co-pendiente N° de Serie 11/066.573 presentada el 25 de Febrero de 2005. Las memorias descriptivas de estas referencias son incorporadas aquí como referencia es sus totalidades .

El aparato que genera gas de la presente invención puede incluir una cámara de reacción, que puede incluir un primer reactivo opcional, y un reservorio que tiene un segundo reactivo. Los reactivos primero y segundo pueden ser un hidruro de metal, por ejemplo, borohidruro de sodio, y agua. Los reactivos pueden estar en forma gaseosa, líquida, acuosa o sólida. Preferiblemente, el primer reactivo almacenado en la cámara de reacción es un hidruro de metal o borohidruro de metal sólido con aditivos y catalizadores seleccionados tales como rutenio, y el segundo reactivo es agua opcionalmente mezclada con aditivos y catalizadores seleccionados. El agua y el hidruro de metal de la presente invención reaccionan para producir gas hidrógeno, que puede ser consumido por una celda de combustible para producir electricidad. Otros reactivos adecuados son develados en la solicitud madre, previamente incorporada anteriormente .

Adicionalmente, el aparato que genera gas puede incluir un dispositivo o sistema que sea capaz de controlar el transporte de un segundo reactivo desde el reservorio a la cámara de reacción. Las condiciones operativas dentro de la cámara de reacción y/o del reservorio, preferiblemente una presión dentro de la cámara de reacción, son capaces de controlar el transporte del segundo reactivo en el reservorio a la cámara de reacción. Por ejemplo, el segundo reactivo en el reservorio puede ser introducido dentro de la cámara de reacción cuando la presión dentro de la cámara de reacción es menor que un valor predeterminado, preferiblemente menor que la presión en el reservorio, y, más preferiblemente menor que la presión del reservorio por una cantidad predeterminada. Es preferible que el flujo del segundo reactivo desde el reservorio a la cámara de reacción este auto-regulado. Así, cuando la cámara de reacción alcanza una presión predeterminada, preferiblemente una presión predeterminada por encima de la presión en el reservorio, el flujo del segundo reactivo desde el reservorio a la cámara de reacción puede ser detenido para detener la producción de gas hidrógeno. Similarmente, cuando la presión de la cámara de reacción es reducida por debajo de la presión del reservorio, preferiblemente por debajo de la presión en el reservorio en una cantidad predeterminada, el segundo reactivo puede fluir desde el reservorio a la cámara de reacción. El segundo reactivo en el reservorio puede ser introducido dentro de la cámara de reacción mediante cualquier método conocido que incluye, pero no se limita a, bombeo, osmosis, acción capilar, válvulas de presión diferencial, otra(s) válvula (s), o combinaciones de los mismos. El segundo reactivo también puede ser presurizado con resortes o líquidos y gases presurizados . Preferiblemente, el segundo reactivo está presurizado con hidrocarburos licuados, tales como butano licuado.

En referencia a la FIG. 1, se muestra un sistema inventivo de suministro de combustible. El sistema incluye un aparato que genera gas 12 contenido dentro de un alojamiento 13 y está configurado para ser conectado a una celda de combustible (no mostrada) mediante un conducto de combustible 16 y una válvula 34. Preferiblemente, el conducto de combustible 16 se inicia dentro del aparato que genera gas 12, y una válvula 34 está en comunicación de fluido con el conducto 16. El conducto de combustible 16 puede ser un tubo flexible, tal como un tubo de plástico o goma, o puede ser una parte sustancialmente rígida conectada al alojamiento 13.

Dentro del alojamiento 13, el aparato que genera gas 12 preferiblemente incluye dos compartimentos principales: un reservorio 44 de componente de combustible fluido que contiene un componente de combustible fluido 22 y una cámara de reacción 18 que contiene un componente de combustible sólido 24. El reservorio 44 y la cámara de reacción 18 están aislados uno del otro hasta que se desee la producción de un gas combustible, tal como hidrógeno, mediante la reacción del componente de combustible fluido 22 con el componente de combustible sólido 24. El alojamiento 13 está preferiblemente dividido mediante una pared interior 19 para formar el reservorio de fluido 44 y la cámara de reacción 18.

Sin embargo, el reservorio 44 puede contener preferiblemente un revestimiento, saco o contenedor de fluido similar 21 para contener el componente de combustible fluido o líquido 22 como se muestra. El componente de combustible fluido 22 preferiblemente incluye agua y/o un aditivo/catalizador u otros reactivos líquidos. Se discuten aquí además componentes de combustible fluidos y aditivos adecuados adicionales. Aditivos/catalizadores adecuados incluyen, pero no se limitan a, agentes anti-congelantes (por ejemplo, metanol, etanol, propanol y otros alcoholes) , catalizadores (por ejemplo, cloruro de cobalto y otros catalizadores conocidos) , agentes reguladores de pH (por ejemplo, ácidos tales como ácido sulfúrico y otros ácidos comunes) . Preferiblemente, el componente de combustible fluido 22 está presurizado, tal como mediante resortes o mediante un gas presurizado/licuado (butano o propano) , aunque también puede estar despresurizado. Cuando se utiliza un hidrocarburo licuado, se lo inyecta dentro del reservorio 44 y está contenido en el espacio entre el revestimiento 21 y el alojamiento 13.

El reservorio 44 y la cámara de reacción 18 están conectados fluidamente mediante un conducto de transferencia de fluido 88. El conducto de transferencia de fluido 88 está conectado a un conducto 15, que está en comunicación de fluido con el componente de combustible líquido 22 dentro del revestimiento 21, y uno o más conductos 17, que ponen en contacto al componente de combustible líquido 22 con el componente de combustible sólido 24. El orificio 15 puede estar conectado directamente con el conducto 88, o como se muestra en la FIG. 1, puede estar conectado con un canal 84 definido sobre la superficie exterior de un tapón 86 que define el conducto 88 ahí dentro. Un agujero 87 conecta el canal de superficie 84 con el conducto 88. La función del tapón 86 se define adicionalmente a continuación. El conducto de transferencia de fluido 88 también puede ser un canal o un vacío similar formado en el alojamiento 13, o una tubería externa localizada fuera del alojamiento 13. Otras configuraciones también son adecuadas.

La cámara de reacción 18 está contenida dentro del alojamiento 13 y separada del reservorio del componente de combustible fluido 44 mediante la pared interior 19 y está preferiblemente hecho de un material impenetrable por fluido, tal como metal, por ejemplo, acero inoxidable, o un materia de resina o plástico. Mientras se mezclan el componente de combustible líquido 22 y el componente de combustible sólido 24 dentro de la cámara de reacción 18 para producir un gas de combustible, tal como hidrógeno, la cámara de reacción 18 también incluye preferiblemente una válvula de liberación de presión 52 localizada en el alojamiento 13. La válvula de liberación de presión 52 es preferiblemente una válvula accionada por presión, tal como una válvula de seguridad o una válvula de boca plana, que automáticamente ventea el gas de combustible producido si la presión dentro de la cámara de reacción, P18, alcanza una presión de accionamiento especificada. Otra válvula de alivio de presión puede estar instalada sobre el reservorio de fluido de componente de combustible 44.

El componente de combustible sólido 24, que puede ser polvos, granulos, u otras formas sólidas, está dispuesto dentro de un contenedor de combustible sólido 23, que, en está realización, es un saco, revestimiento o bolsa permeable a gas. Materiales de relleno y otros aditivos y agentes químicos pueden ser agregados al componente de combustible sólido 24 para mejorar su reacción con el reactivo líquido. Preferiblemente, los aditivos que pueden ser corrosivos para las válvulas y otros elementos dentro del conducto de transferencia de fluido 88, conductos 15 y 17 deberían ser incluidos con el combustible sólido 24. El componente combustible sólido 24 está empacado dentro de un contendor de combustible sólido 23, que está preferiblemente cinchado o envuelto fuertemente alrededor de uno o más elementos de dispersión de fluido 89; por ejemplo con bandas de goma o elásticas, tales como bandas de goma o de metal, con envoltorios encogidos por calor, cintas adhesivas por presión o lo similar. El componente de combustible sólido 23 también puede estar formado por termoformación. En un ejemplo, el contenedor de combustible sólido 23 comprende una pluralidad de películas que están selectivamente perforadas para controlar el flujo de reactivo líquido, gas y/o productos secundarios a través del mismo. Cada elemento de dispersión de fluido 89 está en comunicación de fluido con los conductos 17, dentro de los cuales el combustible líquido es transportado hacia el combustible sólido. El elemento de dispersión 89 es preferiblemente una estructura hueca rígida tipo tubo hecha de un material no-reactivo que tiene aberturas 91 a lo largo de su extensión y su extremo para asistir en la dispersión máxima del componente de combustible fluido 22 para entrar en contacto con el componente de combustible sólido 24. Preferiblemente, al menos algunas de las aberturas 91 en el elemento de dispersión de fluido 89 incluyen conductos de fluido capilares 90, que son extensiones tubulares relativamente pequeñas para dispersar el fluido aún más efectivamente a través del componente de combustible sólido 24. Los conductos capilares 90 pueden ser materiales de relleno, fibras, fibrillas u otros conductos capilares. Cada elemento de dispersión de fluido 89 está soportado dentro de la cámara de reacción 18 mediante un soporte 85, que también es la punta en la cual el elemento de dispersión de fluido 89 está conectado a los conductos 17 y al conducto de transferencia de fluido 88.

El diámetro interno del elemento de dispersión de fluido 89 está conformado y dimensionado para controlar el volumen y velocidad a la cual se transporta el componente de combustible líquido 22 a través del mismo. En ciertas instancias, el diámetro interno efectivo del elemento 89 necesita ser suficientemente pequeño, de forma que la fabricación de un tal tubo pequeño puede ser dificultosa y costosa. En tales instancias, un tubo más grande 89a puede ser utilizado con una varilla más chica 89b dispuesta dentro del tubo más largo 89a para reducir el diámetro interno efectivo del tubo más largo.89a. El componente de combustible líquido es transportado a través del espacio anular 89c entre el tubo y la varilla interna, como se muestra en la FIG. ID.

En otra realización, para aumentar la permeabilidad del componente de combustible líquido 22 a través del componente de combustible sólido 24, se pueden intermezclar materiales hidrofílicos, tales como fibras, fibras molidas de espuma u otros materiales de mecha con el componente de combustible sólido 24. Los materiales hidrofílicos pueden formar una red interconectada dentro del componente de combustible sólido 24, pero los materiales hidrofílicos no necesitan conectarse uno con otro dentro del componente de combustible sólido para mejorar la permeabilidad.

El contenedor de combustible sólido 23 puede estar hecho de muchos materiales y puede ser flexible o sustancialmente rígido. En la realización mostrada en la FIG. ÍA, el contenedor de combustible sólido 23 está preferiblemente hecho de una única capa 54 de un material permeable a gas, impermeable a líquido tal como CELGARD0 y GORE-TEX®. Otros materiales permeables a gas, impermeables a líquido utilizables en la presente invención incluyen, pero no se limitan a, SURBENT® Fluoruro de Polivinilideno (PVDF) que tiene un tamaño de poro de desde aproximadamente 0,1 µm a aproximadamente 0,45 µm, disponible de Millipore Corporation. El tamaño de poro de SURBENT® PVDF regula la cantidad de componente de combustible líquido 22 o agua que sale del sistema. Materiales tales como material electrónico de tipo venteo que tiene 0,2 µm hidro, disponible de W. L. Gore & Associates, Inc., también puede ser utilizado en la presente invención. Adicionalmente, también son utilizables en la presente invención materiales porosos sinterizados y/o cerámicos que tienen un tamaño de poro de menos de aproximadamente 10 µm, disponibles de Applied Porous Technologies Inc.. Adicionalmente, o alternativamente, los materiales permeables a gas, impermeables a líquido develados en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos de este mismo solicitante, co-pendiente N° 10/356.793 también son utilizables en la presente invención, todos los cuales son incorporados aquí como referencia en sus totalidades. Utilizar tales materiales permite que el gas de combustible, producido mediante el mezclado del componente de combustible fluido 22 y el componente de combustible sólido 24, ventee a través del contenedor de combustible sólido 23 y dentro de la cámara de reacción 18 para transferir a la celda de combustible (no mostrada) , mientras restringe el líquido y/o productos secundarios tipo pasta de la reacción química al interior del contenedor de combustible sólido 23.

La FIG. IB muestra una construcción alternativa para el contenedor de combustible sólido 23. En está realización, las paredes del contenedor de combustible sólido 23 están hechas de múltiples capas: una capa exterior 57 y una capa interior 56 separadas mediante una capa absorbente 58. Ambas capa interior 56 y capa exterior 57 pueden estar hechas de cualquier material conocido en el arte capaz de tener al menos una ranura 55 formada en ellas. Las ranuras 55 son aberturas en la capa interna 56 y capa externa 57 para permitir que el gas combustible producido ventee desde el contenedor de combustible sólido 23. Para minimizar la cantidad de componente de combustible fluido 22 y/o productos secundarios tipo pasta que pueda salir a través de las ranuras 55, se posiciona la capa absorbente 58 entre la capa interior 56 y la capa externa 57 para formar una barrera. La capa absorbente 58 puede estar hecha de cualquier material absorbente conocido en el arte, pero es preferiblemente capaz de absorber líquido mientras permite el paso de gas a través del material. Un ejemplo de un material tal es pasta celulósica que contiene cristales de poliacrilato de sodio; un material tal es comúnmente utilizado en pañales. Otros ejemplos incluyen, pero no se limitan a, materiales de relleno, no-tejidos, papeles y espumas. Como será reconocido por aquellos en el arte, el contenedor de combustible sólido 23 puede incluir cualquier número de capas, que se alternan entre capas que contienen ranuras 55 y capas absorbentes.

En un ejemplo mostrado en la FIG. 1C, el componente de combustible sólido 24 está encerrado en cuatro capas 54a, 54b, 54c y 54d. Estas capas son preferiblemente permeables a gas e impermeables a líquido. Alternativamente, cada capa puede estar hecha de cualquier material con una pluralidad de agujeros o ranuras 55, como se muestra, para permitir que el gas producido pase a través. Entre capas adyacentes 54a-d están dispuestas las capas absorbentes 58. En está realización, la trayectoria de flujo para el gas y los productos secundarios producidos, si existen, está hecho tortuoso para alentar a más componente de combustible líquido 22 a mantenerse en contacto más tiempo con el componente de combustible sólido 24 para producir más gas. Como se muestra, mientras la capa 54 más interna está perforada sobre ambos lados, la siguiente capa 54b está perforada solo sobre un lado. La siguiente capa 54c también está perforada sobre un lado, pero opuesto al lado perforado de la capa 54b. La capa 54d está perforada sobre un lado, pero opuesto al lado perforado de la capa 54c y así sucesivamente. Alternativamente, en lugar de utilizar capas parcialmente perforadas 54a-b que envuelven al componente de combustible sólido 24, se pueden utilizar en su lugar revestimientos o bolsas hechas con una porción permeable y una porción no-permeable, con la porción permeable de un revestimiento localizado opuesto a la porción permeable de la siguiente capa externa.

Dentro del conducto de transferencia de fluido 88 se dispone preferiblemente una válvula de transferencia de fluido 33 para controlar el flujo del componente de combustible fluido 22 dentro de la cámara de reacción 18. La válvula de transferencia de fluido 33 puede ser cualquier tipo de válvula abierta por presión, de una vía, conocida en el arte, tal como una válvula de seguridad (como se muestra en la FIG. 1) , una válvula solenoide, una válvula de boca plana, una válvula que tiene un diafragma que responde a la presión, que se abre cuando se alcanza un umbral de presión. La válvula de transferencia de fluido 33 puede ser abierta mediante la intervención del usuario y/o accionada automáticamente por el componente de combustible fluido 22 presurizado. En otras palabras, la válvula de transferencia de fluido 33 actúa como un interruptor "encendido/apagado" para accionar la transferencia del componente de combustible fluido 22 a la cámara de reacción 18. En está realización, una válvula de transferencia de fluido 33 es una válvula de seguridad que incluye un resorte de empuje 35 que empuja una bola 36 contra una superficie de sellado 37. Preferiblemente, un miembro de sellado deformable 39 tal como un O-ring también está incluido para asegurar un sello. Las porciones de válvula 33 que serán comprimidas para formar un sello están mostradas como áreas superpuestas en la FIG. 1. El tapón 86, discutido anteriormente, es utilizado en un método de ejemplo como una válvula de ensamble 33. Se forma un canal en el extremo inferior del alojamiento 13 para el conducto de transferencia de fluido 88. Primero, el resorte 35 es insertado en este canal, seguido de la bola 36 y él miembro de sellado 39. El tapón 86 es finalmente insertado en este canal para comprimir el resorte 35 y presionar contra la bola 36 y el miembro de sellado 39 para formar un sello con la válvula 33. Partes del tapón 86, es decir, el agujero 87 y el canal periférico 86, conectan el conducto de transferencia de fluido 88 al conducto 15 para alcanzar el componente de combustible líquido 22.

En está realización, la válvula de transferencia de fluido 33 se abre cuando la presión de fluido dentro del reservorio 44 excede la presión de la cámara de reacción 18 por una cantidad predeterminada. Como el reservorio 44 está preferiblemente presurizado, está presión de accionamiento es excedida inmediatamente bajo la presurización del reservorio 44. Para evitar que la válvula de transferencia de fluido 33 se abra antes que se desee que el gas combustible sea producido, se puede incluir un mecanismo de detención (no mostrado) , tal como un pestillo o una lengüeta de tirar, de forma que el primer usuario del suministrador de combustible puede empezar la transferencia del componente de combustible fluido 22 liberando el mecanismo de detención. Alternativamente, la cámara 18 está presurizada con un gas inerte o hidrógeno para igualar la presión del otro lado de la válvula 33 dentro de dicha cantidad predeterminada.

El conducto de combustible 16 está adjuntado al alojamiento 13 como se muestra en cualquier método conocido en el arte. Opcionalmente, una membrana permeable a gas, impermeable a líquido 32 puede ser fijada sobre el lado del conducto 16 que enfrenta la cámara de reacción. La membrana 32 limita la cantidad de líquidos o productos secundarios siendo transferida fuera del aparato que genera gas 12 a la celda de combustible vía el conducto de combustible 16. Los materiales de relleno o la espuma pueden ser utilizados en combinación con la membrana 32 para retener líquidos o productos secundarios y para reducir obstrucciones. La membrana 32 puede estar formada de cualquier material impermeable a líquido, permeable a gas conocido por un experto en el arte. Tales materiales pueden incluir, pero no se limitan a, materiales hidrofóbicos que tienen un grupo alcano. Ejemplos más específicos incluyen, pero no se limitan a: composiciones de polietileno, politetrafluoroetileno, polipropileno, poliglactin (VICRY ) , materia dura liofilizada, o combinaciones de los mismos. El miembro permeable a gas 32 también puede comprender una membrana permeable a gas/impermeable a líquido que cubre una membrana porosa. Una membrana tal 32 puede ser utilizada en cualquiera de las realizaciones discutidas aquí. La válvula 34 .puede ser cualquier válvula, tal como una válvula accionada por presión (una válvula de seguridad o una válvula de boca plana) o una válvula de regulación de presión o regulador de presión descritos anteriormente. Cuando la válvula 34 es una válvula accionada por presión (tal como la válvula 33), no se puede transferir combustible hasta que P18 alcance una presión umbral . La válvula 34 puede estar posicionada en el conducto de combustible 16 como se muestra en la FIG. 1, o puede estar localizada apartada del dispositivo que genera gas 12.

También se puede incluir una válvula de conexión o válvula de cierre 27, preferiblemente en comunicación de fluido con la válvula 34. Como se muestra en la FIG. 2A, la válvula de conexión 27 es preferiblemente una válvula separable que tiene un primer componente de válvula 60 y una segundo componente de válvula 62. Cada componente de válvula 60, 62 tiene un sello interno. Además, el primer componente de válvula 60 y el segundo componente de válvula 62 están configurados para formar un sello intercomponente entre ellos antes de ser abiertos. La válvula de conexión 27 es similar a las válvulas de cierre descritas en la solicitud madre ? 006.

La válvula de conexión 27 está formada y dimensionada para transportar gas.

El primer componente de válvula 60 incluye un alojamiento 61 y el alojamiento 61 define una primera trayectoria de flujo 79 a través de su interior. Un primer cuerpo deslizable 64 está dispuesto dentro de la primera trayectoria de flujo 79. El cuerpo deslizable 64 está configurado para sellar la primera trayectoria de flujo 79 presionando una superficie de sellado 69 contra un miembro de sellado deformable 70, tal como un O-ring, dispuesto en la primera trayectoria de flujo 79 cerca de un hombro 82 formado por la configuración de la primera trayectoria de flujo 79. El cuerpo deslizable 64 es empujado contra el hombro 82 formado sobre un segundo extremo del primer componente de válvula 60 para asegurar el sello formado en la superficie de sellado 69. El cuerpo deslizable 64 se mantendrá en está posición de empuje hasta que el primer componente de válvula 60 y el segundo componente de válvula 62 estén enganchados. Alternativamente, el cuerpo deslizable 64 está hecho a partir de un material elastomérico para formar un sello y el miembro de sellado 70 puede ser omitido .

Un miembro elongado 65 se extiende desde un extremo del cuerpo deslizable 64, como se muestra. El miembro elongado 65 es una extensión con forma de aguja que se proyecta desde el alojamiento 61. El miembro elongado 65 está cubierto preferiblemente con una superficie tubular de sellado 67. Se forma un espacio o vacío en el espacio anular entre el miembro elongado 65 y la superficie tubular de sellado 67 para extender la primera trayectoria de flujo 79 fuera del alojamiento 61. La superficie de sellado tubular 67 está conectada al miembro elongado 65 con espaciadores o nervaduras opcionales (no mostradas) de forma de no cerrar la primera trayectoria de flujo 79. El miembro elongado 65 y la superficie tubular de sellado 67 están configurados para ser insertados dentro del segundo componente de válvula 62.

El segundo componente de válvula 62 es similar al primer componente de válvula 60 e incluye un alojamiento 63 hecho de un material sustancialmente rígido. El alojamiento 63 define una segunda trayectoria de flujo 80 a través de su interior. Un segundo cuerpo deslizable 74 está dispuesto dentro de la segunda trayectoria de flujo 80. El cuerpo deslizable 74 está configurado para sellar la segunda trayectoria de flujo 80 presionando una superficie de sellado 75 contra un miembro de sellado deformable 73 cerca de un hombro 83. El cuerpo deslizable 74 está sometido a empuje contra la posición de sellado por un resorte 76. El segundo componente de válvula 62 se mantiene así sellado hasta que el primer componente de válvula 60 y el segundo componente de válvula 62 estén correctamente conectados. Alternativamente, el cuerpo deslizable 74 está hecho de un material elastomérico para formar un sello y el miembro de sellado 73 puede ser omitido.

Una patilla 81 se extiende desde el otro extremo del cuerpo deslizable 74. La patilla 81 es una extensión con forma de aguja y se mantiene dentro del alojamiento 63, y no sella la segunda trayectoria de flujo 80. La patilla 81 también está conformada y dimensionada para enganchar con el miembro elongado 65 cuando el primer componente de válvula 60 y el segundo componente de válvula 62 se enganchan. Un miembro de sellado 71, tal como un O-ring, puede estar posicionado entre la patilla 81 y el extremo de interfase del segundo componente de válvula 62 de forma que se forma un sello alrededor de la superficie tubular de sellado 67 antes y durante el periodo cuando están enganchados el primer componente de válvula 60 y el segundo componente de válvula 62.

Para abrir el primer componente de válvula 60 y el segundo componente de válvula 62 para formar una única trayectoria de flujo a través de ellos, el primer componente de válvula 60 es insertado dentro del segundo componente de válvula 62 o viceversa . Mientras los dos componentes de válvula 60, 62 son empujados uno contra el otro, el miembro elongado 65 se engancha con la patilla 81, los cuales presionan uno contra el otro para mover el primer cuerpo deslizable 64 fuera del hombro 82 y el segundo cuerpo deslizable 74 fuera del hombro 83. Como tal, los miembros de sellado 70 y 73 son desenganchados para permitir que el fluido fluya a través de la primera trayectoria de flujo 79 y la segunda trayectoria de flujo 80, como se muestra en la FIG. 2B.

El primer componente de válvula 60 y el segundo componente de válvula 62 están configurados tal que se forma un sello inter-componente entre la superficie tubular de sellado 67 y el miembro de sellado 71, preferiblemente antes que tanto la superficie de sellado 69 del primer cuerpo deslizable 64 o la superficie de sellado 75 del segundo cuerpo deslizable 74 se desenganchen de los miembros de sellado 70 y 73, respectivamente .

Un primer extremo del alojamiento 61 y un segundo extremo del alojamiento 63 preferiblemente incluyen lengüetas 92 y 87, respectivamente, para una inserción fácil y segura dentro del conducto de combustible 16. Alternativamente, las lengüetas 92, 87 pueden ser cualquier conector de seguridad conocido en el arte, tal como conectores roscados o conectores de encastre a presión. Configuraciones adicionales para válvulas de conexión son más completamente descritas en la solicitud madre '006, también publicada como Solicitud de Patente Publicada de los Estados Unidos US 2005/0022883 Al, previamente incorporada como referencia.

Un aro de tope 77 está posicionado sobre el extremo de interfase del segundo componente de válvula 62. El aro de tope 77 también puede ser un miembro de sellado, tal como un O-ring, un burlete, un gel viscoso, o lo similar. El aro de tope/miembro de sellado 77 está configurado para enganchar una superficie de sellado frontal 78 sobre el primer componente de válvula 60 para proveer otro sello inter-componente .

Uno de los componentes de válvula 60 y 62 puede estar integrado con un suministrador de combustible, y el otro componente de válvula puede estar conectado a una celda de combustible o un dispositivo energizado por la celda de combustible. Cualquier componente de válvula 60 y/o 62 también puede estar integrado con un regulador de flujo o presión o válvula que regula la presión, discutidos a continuación.

Antes del primer uso, la válvula de transferencia de fluido 33, como se muestra en la FIG. 1, se abre tanto removiendo una lengüeta o pestillo de tirar o removiendo el gas presurizado inicial en la cámara 18. El componente de combustible de fluido presurizado 22 se transfiere dentro de la cámara de reacción 18 mediante el conducto de transferencia de fluido 88 para reaccionar con el componente de combustible sólido 24. El componente de combustible fluido presurizado 22 pasa a través de un orificio 15 y dentro del conducto de transferencia de fluido 88. Mientras la válvula de transferencia de fluido está abierta, el componente de combustible fluido 22 es continuamente alimentado dentro de la cámara de reacción 18 para crear el gas combustible que es luego transferido a la celda de combustible o al dispositivo a través del conducto de combustible 16. En una realización, para detener la producción de gas adicional, la válvula de transferencia de fluido 33 puede ser cerrada manualmente.

En otra realización, uno de los varios dispositivos que regulan la presión puede ser empleado dentro del aparato que genera gas 12 para permitir el control automático y dinámico de la generación de gas. Esto se logra en general permitiendo que la presión de la cámara de reacción P18 controle el flujo entrante del componente de combustible fluido 22 utilizando la válvula de transferencia de fluido 33 y/o una o más válvulas que regulan la presión 26, como se describe a continuación .

En una realización, como se muestra en la FIG. 3, la válvula que regula la presión 26 está posicionada en el soporte 85 o conductos 17 y generalmente actúa como un puerto de entrada entre el conducto de transferencia de fluido 88 y el elemento de dispersión de fluido 89. La válvula que regula la presión 26 también puede estar posicionada en el conducto 88 o conducto 15. Un extremo del elemento de dispersión de fluido 89 está conectado a un portador 99, que está dispuesto deslizablemente dentro del soporte 85. Cerca de donde termina el conducto de transferencia de fluido 17, un extremo del portador 99 está en contacto con un sello de globo 93 que rodea un inyector 94. El inyector 94 está fluidamente conectado al conducto 17, y el sello de globo 93 está configurado para controlar la conexión fluida entre ellos. Como se muestra en la FIG. 3, la válvula 26 está en una configuración abierta, de forma que el fluido será capaz de fluir desde el conducto de transferencia de fluido 88 hasta dentro del inyector 94.

El otro extremo del portador 99 está conectado a un sistema accionado por presión que incluye un diafragma 96 expuesto a la cámara de reacción 18 y la presión de la cámara de reacción P?8, un elástico 95 que empuja al diafragma 96 hacia la cámara de reacción 18, y una placa de soporte 98. El portador 99 está enganchado con la placa de soporte 98. El diafragma 96 puede ser cualquier tipo de diafragma sensible a la presión conocido en el arte, tal como una hoja delgada de goma, metal o elastomérica. Cuando la presión de la cámara de reacción P18 aumenta debido a la producción de gas combustible, el diafragma 96 tiende a deformarse y expandirse hacia la base del soporte 85, pero es mantenido en su lugar por la fuerza F95 del elástico 95. Cuando la presión de la cámara de reacción P18 excede la fuerza de empuje F95 provista por el elástico 95, el diafragma 96 empuja la placa de soporte 98 hacia la base del soporte 85. Mientras el portador 99 se engancha con la placa de soporte 98, el portador 99 también se mueve hacia la base del soporte 85. Este movimiento deforma el sello de globo 93 para sellar la conexión entre el conducto de transferencia de fluido 88 y el inyector 94, por lo tanto cortando el flujo de componente de combustible fluido 22 hacia la cámara de reacción 18.

Mientras la válvula 33 (mostrada en la FIG. 1) está abierta, la operación del aparato que genera gas 12 puede por lo tanto ocurrir en una manera dinámica y cíclica para proveer combustible bajo demanda a la celda de combustible. Cuando la válvula 33 es abierta inicialmente, la presión de la cámara de reacción P18 es baja, entonces la válvula que regula la presión 26 está abierta completamente. Las válvulas 33 y 26 pueden tener diferenciales de presión sustancialmente similares para abrir y cerrar, y en la realización preferida una válvula puede actuar como un respaldo para la otra. Alternativamente, los diferenciales de presión de abertura pueden ser diferentes, es decir, la presión diferencial para abrir o cerrar la válvula 33 puede ser superior o inferior a la de la válvula 26, para proveer maneras adicionales para controlar el flujo a través del conducto 88.

Mientras se alimenta el componente de combustible fluido 22 dentro de la cámara de reacción vía la válvula 26 y/o la válvula 33 y los elementos de dispersión de fluido 89, la reacción entre el componente de combustible fluido 22 y el componente de combustible sólido 24 empieza a generar gas combustible. La presión de la cámara de reacción P18 aumenta gradualmente con la acumulación del gas combustible hasta que se alcanza una presión umbral P34 y la válvula 34 se abre para permitir el flujo de gas a través del conducto de combustible 16. El gas combustible es luego transferido fuera de la cámara de reacción 18. Mientras este proceso pueda alcanzar un estado estacionario, la producción de gas puede sobrepasar la transferencia de gas a través de la válvula 34, o, alternativamente, la válvula 34 u otra válvula corriente abajo puede ser cerrada manualmente por un usuario o cerrada electrónicamente por la celda de combustible o el dispositivo huésped. En una situación tal, la presión de la cámara de reacción Pi8 puede continuar creciendo hasta que la presión de la cámara de reacción P18 excede la fuerza F95 suministrada por el elástico 95. En este punto, el diafragma 96 se deforma hacia la base del soporte 85, conduciendo así al portador 99 hacia la base del soporte 85. Como se describe anteriormente, está acción causa que el sello de globo 93 selle la conexión entre el conducto de transferencia de fluido 88 y el inyector 94. Como no se puede introducir componente de combustible fluido 22 „adicional dentro de la cámara de reacción 18, la producción de gas combustible disminuye y eventualmente se detiene. La válvula 33 también puede ser cerrada mediante P?8, es decir, cuando P?8 excede P44 o cuando la diferencia entre Pie y P44 es menor que una cantidad predeterminada, por ejemplo, la cantidad de fuerza ejercida por el elástico 35.

Si la válvula 34 está todavía abierta, o si es re-abierta, el gas combustible es entonces transferido fuera de la cámara de reacción 18, de forma que la presión de la cámara de reacción P?8 decrece. Eventualmente, la presión de la cámara de reacción P18 decrece por debajo de la fuerza F95 provista por el elástico 95, que empuja el soporte 98 hacia la cámara de reacción 18. Mientras el soporte 98 se engancha con el portador 99, el portador 99 también se desliza hacia la cámara de reacción 18, lo cual permite que el sello de globo 93 regrese a su configuración no sellada. Consecuentemente, componente de combustible fluido 22 adicional empieza a fluir a través del inyector 94 y dentro de la cámara de reacción vía el elemento de dispersión de fluido 89. Se produce gas combustible nuevo, y la presión de la cámara de reacción P18 aumenta una vez más. Similarmente, cuando P18 es menor que P4, o es menor que P4 por una cantidad predeterminada, luego la válvula 33 se abre para permitir que fluya el componente de combustible fluido 22.

Está operación dinámica se resume a continuación en la Tabla 1, cuando la válvula 33 es abierta manualmente, o cuando la válvula 33 y la válvula 26 tienen sustancialmente la misma presión diferencial de accionamiento de forma que una válvula respalda a la otra válvula.

Tabla 1 : Ciclo de Presión del Aparato que Genera Gas con la Válvula 33 Abierta u Omitida Balance de Condición de la Estado de la producción de Presión Válvula que regula gas, presión en la Cámara de Tabla 2 : Ciclo de Presión del Aparato que Genera Gas con la Válvula 26 Abierta u Omitida En referencia a las FIGS. 4A y 4B, se muestra otro regulador o válvula que regula la presión 126 adecuada. La válvula que regula la presión 126 puede estar posicionada dentro del conducto de transferencia de fluido 88, similar a la posición de la válvula de transferencia de fluido 33 como se muestra en la FIG. 1. La válvula que regula la presión 126 está preferiblemente ubicada en serie con la válvula de transferencia de fluido 33, o la válvula que regula la presión 126 puede remplazar la válvula de transferencia de fluido 33. La válvula 126 puede ser utilizada con otros cartuchos o generadores de hidrógeno y puede actuar como un regulador de presión. En otra realización, la válvula que regula 126 puede remplazar la válvula 34. La válvula que regula 126 puede estar conectada o ser una parte de la celda de combustible o del dispositivo que alberga la celda de combustible. La válvula que regula 126 puede estar localizada tanto corriente arriba como corriente abajo de los componentes de válvula 60 y 62 de la válvula de conexión o de cierre 27.

Similar a la válvula que regula la presión 26, discutida anteriormente, la válvula que regula la presión 126 incluye un diafragma sensible a la presión 140. El diafragma 140 es similar al diafragma 96 descrito anteriormente. En está realización, sin embargo, el diafragma 140 está encajonado entre dos elementos del alojamiento, un alojamiento de válvula 146 y una cobertura de válvula 148, y tiene un agujero 149 formado a través de su centro, como mejor se ve en la FIG. 4A. Adicionalmente, se forma un vacío 129 en la interfase del alojamiento de válvula 146 y la cobertura de válvula 148 para permitir que el diafragma 140 se mueva o se flexione debido a la diferencia de presión entre la presión de entrada en el canal 143, la presión de salida en el canal 145, y una presión de referencia, Pref- El alojamiento de válvula 146 tiene una configuración interna que define una trayectoria de flujo a través de la válvula reguladora 126. Específicamente, los canales 143 y 145 están formados en el alojamiento de válvula 146, donde el canal 143 está expuesto a la presión de entrada y el canal 145 está expuesto a la presión de salida. Además, un canal de venteo 141 está formado en la cobertura de válvula 148 de forma que el diafragma 140 está expuesto a la presión de referencia que puede se la presión atmosférica.

El canal 143 del alojamiento de válvula está configurado para recibir deslizablemente un vastago de válvula 142. El canal 143 del alojamiento de válvula está configurado para estrecharse a o cerca de la interfase del alojamiento de válvula 146 y la cobertura de válvula 148 para formar un hombro 137. El vastago de válvula 142 es preferiblemente un elemento unitario que tiene una porción de vastago delgada 138 y una tapa 131. Está configuración permite que la porción de vastago delgada 138 se extienda a través de la porción estrecha del canal 143 del alojamiento de válvula mientras la tapa 131 viene para descansar contra el hombro 137. Como tal, la tapa 131 y el hombro 137 ambos incluyen superficies de sellado para cerrar el trayectoria de flujo a través de la válvula 126 en el hombro 137 cuando la tapa 131 está acomodada contra él. Adicionalmente, una arandela 147 asegura el vastago de válvula 142 dentro del agujero 149 en el diafragma 140, creando así un sello y una conexión segura entre el diafragma 140 y el vastago de válvula 142. Por lo tanto, como el diafragma 140 se mueve, el vastago de válvula 142 también se mueve de forma que la tapa 131 es apoyada y desacomodada contra el hombro 137 abriendo y cerrando así la válvula 126.

Cuando la válvula que regula la presión 126 está posicionada en el conducto 88 del aparato que genera gas 12, la presión de la cámara de reacción P18 provee la presión de salida en el canal 145 y la presión del reservorio P44 provee la presión de entrada en el canal 143. Cuando la presión de la cámara de reacción Pi8 es baja, la válvula 126 está en una configuración abierta como se muestra en la FIG. 4A, donde el diafragma está sin flexionar y la tapa 131 del vastago de válvula 142 no está apoyada sobre el hombro 137. De está manera, el componente de de combustible fluido 22 (mostrado en al FIG. 1) fluye a través de la válvula 126 y dentro del elemento de dispersión de fluido 89 (mostrado en la FIG. 1), asumiendo que la válvula de transferencia de fluido también está abierta. La introducción del componente de combustible fluido 22 al componente de combustible sólido 24 inicia la producción de gas combustible, que se filtra a través del contenedor 23 del combustible sólido (mostrado en la FIG. 1) y dentro de la cámara de reacción 18, como se describe anteriormente. La presión de la cámara de reacción P18 empieza a crecer. La presión dentro del conducto 145 crece con P18 y se traslada dentro del vacío 129. La presión de la cámara de reacción P18 aumenta gradualmente con la formación de gas combustible hasta que se alcanza la presión umbral P34 y la válvula 34 (mostrada en la FIG. 1) se abre para permitir el flujo de gas a través del conducto de combustible 16 (mostrado en la FIG. 1) . El gas combustible es luego trasferido fuera de la cámara de reacción 18. Mientras este proceso pueda alcanzar un estado estacionario, la producción de gas puede sobrepasar la transferencia de gas a través de la válvula 34, o, alternativamente, la válvula 34 o la válvula 27 pueden ser cerradas manualmente o electrónicamente. En una situación tal, la presión de la cámara de reacción Pi8 puede continuar creciendo hasta que la presión de la cámara de reacción P18 excede Pref, P44 o (P44 menor que Pref) ya <3ue no se transfiere más gas desde la cámara de reacción 18 con la válvula 34 (o válvulas 34, 37) cerrada. Como un resultado del aumento de la presión de la cámara de reacción P?8, el diafragma 140 se deforma hacia la cobertura de válvula 148. Si la presión de la cámara de reacción P18 continua aumentando, el diafragma 140 se deforma hacia la cobertura de válvula 148 hasta una extensión tal que la tapa 131 del vastago de válvula 142 se acomoda contra el hombro 137 para sellar la válvula 126. De este modo, el flujo del componente de combustible fluido adicional es detenido, lo que disminuye y eventualmente detiene la producción de gas combustible en la cámara de reacción 18.

Si la válvula 34 se mantiene abierta, el gas combustible se transfiere fuera de la cámara de reacción 18, lo que reduce ia presión de la cámara de reacción Pi8. Está reducción en la presión de la cámara de reacción P18 se transfiere al vacío 129 mediante el conducto 145, y el diafragma 140 comienza a regresar a su configuración original ya que la diferencia de presión a través del mismo empieza a igualarse, es decir, P18, P44 y ref empiezan a balancearse. A medida que el diafragma 140 se mueve de nuevo a su posición, el vastago de válvula 142 también se mueve, desacomodando así la tapa 131 del hombro 137 para re-abrir la válvula 126. De este modo, el componente de combustible fluido 22 es libre para fluir una vez más dentro de la cámara de reacción 18. Este ciclo, que es similar al ciclo descrito en la Tabla 1, se repite hasta que la válvula de transferencia de fluido 33, la válvula de transferencia de fluido 34, u otra válvula corriente abajo es cerrada por el operador o controlador.

La presión a la cual el regulador/válvula 126 se abre o cierra puede ser ajustada ajustando el largo del vastago de válvula o el espacio que viaja la tapa 131 entre la posición abierta y cerrada y/o ajustando Pref • El vastago 138 está conformado y dimensionado para ser movible en relación a la arandela 147 para ajustar el largo del vastago 138. Mientras más larga es la longitud del vastago 138 entre la arandela 147 y la tapa 131, más alta será la presión necesaria para cerrar la válvula 126.

En la realización donde la válvula que regula la presión 126 está localizada corriente abajo de la cámara de reacción 18, por ejemplo, cuando la válvula 126 remplaza la válvula 34 o cuando la válvula 126 está conectada a la celda de combustible o al dispositivo que alberga la celda de combustible, P18 deviene la presión de entrada en el canal 143 y la presión de salida en el canal 145 es la presión del gas combustible hidrógeno que recibiría la celda de combustible. Preferiblemente, la presión de salida es sustancialmente constante o es mantenida dentro de una rango aceptable, y la presión de referencia, Pref, es seleccionada o ajustada para proveer una presión de salida tal. En otras palabras, Pref es ajustada de forma que cuando la presión de entrada excede una cantidad predeterminada, el diafragma 140 se cierra para minimizar una presión de salida alta o fluctuante en el canal 145.

En las FIGS. 4C y 4D, se muestra otra realización de una válvula que regula la presión 226. La válvula que regula la presión 226 es similar a la válvula que regula la presión 126 discutida anteriormente, en que un alojamiento de válvula 248 está adosado a una tapa de válvula 247. Una entrada 243 está formada en la tapa de válvula 247, mientras una salida regulada a presión 245 está formada en el alojamiento de válvula 248. Un agujero 251 está formado en una porción inferior de la tapa de válvula 247. Preferiblemente, el agujero 251 está levemente descentrado del eje longitudinal de la válvula que regula la presión 226.

Un cilindro tapado deformable 250 está encajonado y retenido entre la tapa de válvula 247 y el alojamiento de válvula 248. El cilindro tapado 250 incluye un extremo, superior 259, un extremo inferior 287, y un agujero o canal 201 formado a través del mismo. El cilindro tapado 250 está hecho de cualquier material deformable, elastomérico conocido en el arte, tal como goma, uretano, o silicona. El cilindro tapado 250 funciona similar al diafragma sensible a la presión.

El extremo superior 259 está posicionado adyacente a la tapa de válvula 247 de forma que, cuando no fluye ningún fluido a través de la válvula que regula la presión 226, el extremo superior 259 esta rasando contra una superficie inferior de la tapa de válvula 247. Los bordes del extremo superior 259 están fijados en posición de forma que aún si el resto de la tapa superior 259 se flexiona, los bordes se mantienen estacionarios y sellados.

El extremo inferior 287 está posicionado adyacente al alojamiento de válvula 248. Un vacío 202 está formado en el alojamiento de válvula 248 y está posicionado directamente debajo del extremo inferior 287 para permitir que el extremo inferior 287 se flexione libremente. Preferiblemente, el extremo inferior 287 tiene un diámetro diferente que el extremo superior 259, como se explica a continuación.

Un aro de tope 253 hecho de un material sustancialmente rígido rodea al cilindro tapado 250. El aro de tope 253 define un agujero 241 para conectar a un segundo vacío 203 • formado circunferencialmente entre el cilindro tapado 250 y el aro de tope 253 con una presión de referencia Pref • La porción 205 del segundo vacío 203 está configurada para extenderse parcialmente a lo largo y por sobre la tapa inferior 287.

Para regular la presión, el gas o líquido de entrada entra a la válvula que regula la presión a través de la entrada 243 y pasa dentro del agujero 251. El agujero 251 puede ser un canal o anillo circular definido sobre la tapa 247. El extremo superior 259 sella el agujero 251 hasta que la presión ejercida por el gas o líquido de entrada desde la entrada 243 alcanza un umbral para deformar el extremo superior 259. Cuando el gas deforma el extremo superior 259, la deformación se traslada a través del cuerpo del cilindro 250 para deformar también el extremo inferior 287. Una vez que se deforma el extremo superior 259, el gas es capaz de pasar a través del agujero 251, a través del cilindro tapado 250 y la salida regulada de salida 245.

Ya que las fuerzas aplicadas sobre el cilindro tapado 250 son los productos de la presión aplicada por el área expuesta a esa presión, las fuerzas que actúan sobre el cilindro tapado 250 pueden ser resumidas como sigue: Fuerza de Entrada + Fuerza de Referencia «? Fuerza de Salida (P en la entrada 243 • Área del extremo superior 259) + (Pref • Área de porción 205) «? (P a la salida 245 • Área del extremo inferior 287) Cuando la fuerza de salida es mayor que las fuerzas de entrada y de referencia, entonces se cierra la válvula que regula la presión, y cuando la fuerza de salida es menor que las fuerzas de entrada y de referencia, se abre la válvula 226. Dado que, en está realización, la fuerza de salida tiene que contra-balancear ambas fuerzas de entrada y de referencia, el área del extremo inferior 287 está ventajosamente hecha más grande que el área del extremo superior 259, como se muestra, de forma que la fuerza de salida puede ser más grande sin aumentar la presión de salida. Variando las áreas de los extremos 259 y 287 y la porción 205, el balance de las fuerzas sobre el cilindro tapado 250 puede ser controlado y se puede determinar el diferencial de presión requerido para abrir y cerrar la válvula 226.

Ya que la presión de referencia Pref tiende a presionar hacia abajo sobre el extremo inferior 287, está presión adicional puede bajar la presión umbral para iniciar el flujo, es decir, la presión de referencia Pref es relativamente alta para asistir al gas en deformar el cilindro tapado 250. La presión de referencia Pref puede ser ajustada más arriba o más abajo para regular .más la presión del gas que sale por la salida 245.

Las FIGS. 5A-D muestran una combinación de una válvula que regula la presión 326 que se usa con una válvula de conexión o de corte 27. La FIG. 5A muestra una válvula que regula la presión 326 siendo acoplada para estar en comunicación de fluido con el componente de válvula 60 de la válvula de conexión 27. La válvula que regula la presión 326 es similar a las válvulas que regulan la presión 126 y 226 descritas anteriormente, y tiene un diafragma 340 sometido a empuje por un resorte. El diafragma 340 está soportado por un primer pistón 305, que está siendo empujado por un resorte 306 contra un segundo pistón 307. El primer pistón 305 está opuesto al segundo pistón 307 siendo empujado por el resorte 309, que empuja al pistón 307 contra el pistón 305. Una bola 311 está dispuesta entre el resorte 309 y el segundo pistón 307.

Los resortes 306 y 309 se oponen uno al otro, y, balanceando las fuerzas ejercidas por los dos resortes, se puede determinar la presión de salida del canal 313. El resorte 309 no actúa sobre ni tiene ningún efecto sobre el resorte 66 del componente de válvula 60. Cuando el componente de válvula 60 está abierto para acoplarse con el componente de válvula 62, mostrado en las FIGS. 5B-5D, el gas combustible hidrógeno u otros fluidos fluyen a través del componente de válvula 60 y a la entrada 315. Si el fluido es gas hidrógeno, entonces el hidrógeno es transportado a la celda de combustible. Se establece una trayectoria de flujo a través de la válvula 326 desde la entrada 315 a través del resorte 309, alrededor de la bola 311, a través del espacio entre el pistón 307 y el hombro 337 del alojamiento 346, a través del orificio 337 del alojamiento 346, y a través del orificio 348 y la salida 313. En está realización, el espacio entre el pistón 307 y el hombro 337 está normalmente abierto para permitir que el fluido pase a través del mismo.

La presión del fluido entrante a través de la entrada 315 o la presión en la salida 313, si son lo suficientemente altas, pueden sobrepasar la fuerza resultante entre los resortes 306 y 309 y mover el diafragma 340 y los pistones 305 y 307 hacia la izquierda como se representa en la FIG. 5A. El resorte 309 luego empuja la bola 311 hasta el miembro de sellado 319 para sellar la válvula 326. Para asegurarse que el flujo de combustible sigue la trayectoria preferida, se puede proveer un miembro de sellado 317.

En una realización, la fuerza aplicada sobre el diafragma 340 y los pistones 305 y 307 puede ser ajustada. El resorte 306 es ajustable mediante un miembro de ajuste rotacional 320, que está asegurado mediante una contratuerca roscada 321. El miembro de ajuste rotacional 321 comprime además, en una dirección, al resorte 306 para aumentar la fuerza aplicada sobre el diafragma y los pistones, y, rotando en la dirección opuesta, expande el resorte 306 para disminuir la fuerza aplicada sobre el diafragma y los pistones. Adicionalmente, una presión de referencia, Pref, puede ser aplicada al canal 323 atrás del pistón 305 para aplicar otra fuerza sobre el pistón 305.

La FIG. 5B muestra al regulador de presión/válvula 326 conectada al componente de válvula 60 con el componente de válvula 62 no conectado al componente de válvula 60. La FIG. 5C muestra al regulador/válvula 326 con los componentes de válvula 60 y 62 parcialmente enganchados, pero sin trayectoria de flujo establecida a través de los componentes de válvula 60 y 62. La FIG. 5D muestra al regulador/válvula 326 con los componentes de válvula 60 y 62 totalmente enganchados con una trayectoria de flujo establecida a través de los componentes de válvula 60 y 62. En una realización, el componente de válvula 62 puede estar conectado al conducto 16 del aparato que genera gas 12, mostrado en la FIG. 1, y el regulador 326 remplaza a la válvula 34 y está conectado a la celda de combustible o al dispositivo. Por el otro lado, el componente de válvula 62 puede estar conectado a la celda de combustible o al dispositivo y el regulador 326 y el componente de válvula 60 están conectados al aparato que genera gas o al suministrador de combustible. Si surge repentinamente una presión alta a través de la válvula 326, el diafragma 340 limita la cantidad de combustible que puede ser transportada a través del conducto 313.

En las FIGS. 6A y B se muestra otra realización de una válvula que regula la presión 426. La válvula que regula la presión 426 es similar a la válvula que regula la presión 226, discutida anteriormente, excepto que la válvula 426 tiene un pistón deslizable 450 en lugar del cilindro tapado flexible 350. La válvula 426 tiene un alojamiento de válvula 448 acoplado a una tapa de válvula 447. Una entrada 443 está formada en la tapa de válvula 447, mientras que una salida regulada de presión 445 está formada en un alojamiento de válvula 448. Un agujero 451 está formado en una porción inferior de la tapa de válvula 447. Preferiblemente, el agujero 451 está levemente descentrado del eje longitudinal de la válvula que regula la presión 426. El agujero 451 puede comprender una pluralidad de agujeros formados como un anillo de forma que la presión de entrada está aplicada , uniformemente sobre el pistón deslizable 450.

Un pistón deslizable 450 está deslizablemente dispuesto entre la tapa de válvula 447 y el alojamiento de válvula 448. El pistón deslizable 450 incluye una porción superior 459 que tiene un primer diámetro, una porción inferior 487 que tiene una segundo diámetro que es preferiblemente mayor que el diámetro de la porción superior 459, y una agujero 401 formado a través del mismo. El pistón deslizable 450 está hecho de cualquier material rígido conocido en el arte, tal como plástico, elastómero, aluminio, una combinación de elastómero y un material rígido o lo similar.

Un espacio 402 está formado en el alojamiento de válvula 448 para permitir que el pistón 450 se deslice entre la tapa 447 y el alojamiento 448. Un segundo vacío 403 está formado entre el pistón deslizable 450 y el alojamiento de válvula 448. El vacío 403 está conectado con una presión de referencia Pref • Una porción 405 de vacío 403 está posicionada opuesta al extremo inferior 487, de forma que una fuerza de referencia puede ser aplicada sobre el pistón 450.

Una porción superior 459 está posicionada adyacente a la tapa de válvula 447 de forma que, cuando la fuerza de salida excede la fuerza de entrada y la fuerza de referencia, como se discutió anteriormente, la porción superior 459 está rasando contra una superficie inferior de la tapa de válvula 447 para cerrar la válvula 426, como se muestra en la FIG. 6A. Cuando la fuerza de salida es menor que las fuerzas de entrada y de referencia, el pistón 450 es empujado hacia el alojamiento 448 para permitir que los fluidos, tal como gas hidrógeno, fluyan desde la entrada 443 a través del (de los) agujero (s) 451 y del agujero 401 hacia la salida 445. De nuevo, como se discutió anteriormente con referencia a la válvula 226, las áreas de superficie de los extremos 459 y 487, y del espacio 405 pueden ser variadas para controlar la apertura y cierre de la válvula 426.

Como será reconocido por aquellos en el arte, cualesquiera de estas válvulas puede ser utilizada, tanto sola como en combinación, para proveer una regulación basada en la presión del aparato que genera gas 12. Por ejemplo, la válvula 126, 226, 326 o 426 puede ser utilizada en lugar de la válvula 26, 33 o 34.

En concordancia con otro aspecto de la presente invención, se provee un orificio pre-seleccionado en conjunto con la válvula 126, 226, 326 y/o 426 para regular la presión o el volumen, del fluido, por ejemplo, gas hidrógeno, que sale desde la salida de estas válvulas. Por ejemplo, en referencia a la válvula 326, mostrada en la FIG. 5A, el orificio 348 está posicionado corriente arriba de la salida 313. En un aspecto, el orificio 326 actúa como un reductor de flujo para asegurar que cuando la presión de entrada en la entrada 315 o dentro de la válvula que regula la presión 326 es alta, el orificio 348 limite suficientemente el flujo de salida en 313 de forma que la presión alta pueda actuar sobre el diafragma 340, moviéndolo hacia la izquierda, para cerrar la válvula 326. Una ventaja de utilizar el reductor de flujo/orificio 348 es cuando la salida 313 está abierta a una presión baja, por ejemplo, presión atmosférica, o abierta a una cámara que no puede contener la presión, el orificio 348 ayuda a asegurar que el diafragma 340 sienta la presión de entrada.

El orificio 348 también puede controlar el flujo de fluido fuera de la salida 313. Cuando el rango de presión de entrada en la entrada 315 o presión interna de la válvula que regula la presión 326 es conocido y el caudal deseable también es conocido, aplicando ecuaciones de flujo para flujo de fluido comprimible, tal como ecuaciones de Bernoulli (o utilizando ecuaciones de flujo de fluido no comprimible como una aproximación cercana de las mismas) se puede (n) determinar el (los) diámetro (s) del orificio 348.

Adicionalmente, el diámetro del diámetro efectivo del orificio 348 puede variar de acuerdo con la presión de entrada en la entrada 315 o la presión interna de la válvula 326. Un tal orificio variable es descrito en la Solicitud Publicada de los Estados Unidos de este mismo solicitante, co-pendiente N° US 2005/0118468, que es incorporada aquí como referencia en su totalidad. La referencia x 468 devela la válvula (252) mostrada en las FIGS. 6 (a) - (d) y 7 (a) - (k) y los textos correspondientes de esa referencia. Las diversas realizaciones de está válvula (252) tienen un diámetro efectivo reducido cuando la presión de flujo es alta y tienen un diámetro efectivo aumentada cuando la presión de flujo es menor .

En las FIGS. 7A y 7B, se muestra otro orificio variable 348. En está realización, el orificio 348 u otro conducto de fluido tiene una válvula de boca plana 350 dispuesta en el mismo con una boquilla 352 enfrentando la dirección del flujo de fluido, como se muestra. La presión del fluido actúa sobre el cuello 354 y cuando la presión es relativamente baja, el diámetro de la boquilla 352 es relativamente grande, y cuando la presión es relativamente alta, el diámetro de la boquilla 352 es relativamente chico para restringir más el flujo.

Cuando la presión es suficientemente alta, la boquilla 352 puede cerrarse .

Algunos ejemplos de los combustibles que son utilizados en la presente invención, incluyen, pero no se limitan a, hidruros de elementos de los Grupos IA-IVA de la Tabla Periódica de los Elementos y mezclas de los mismos, tales como hidruros de metal alcalino o alcalinos, o mezclas de los mismos. Otros compuestos, tales como hidruros de metal alcalino-aluminio (alanatos) y borohidruros de metal alcalino también pueden ser empleados. Ejemplos más específicos de hidruros de metal incluyen, pero no se limitan a, hidruro de litio, hidruro de aluminio litio, borohidruro de litio, hidruro de sodio, borohidruro de sodio, hidruro de potasio, borohidruro de potasio, hidruro de magnesio, hidruro de calcio, y sales y/o derivados de los mismos. Los hidruros preferidos son borohidruro de sodio, borohidruro de magnesio, borohidruro de litio, y borohidruro de potasio. Preferiblemente, el combustible que contiene hidrógeno comprende la forma sólida de NaBH4, Mg(BH4)2, o compuesto de metanol clatrato (MCC) que es un sólido e incluye metanol. En forma sólida, NaBH4 no hidroliza en la ausencia de agua y por lo tanto mejora la vida útil del cartucho. Sin embargo, la forma acuosa del combustible que contiene hidrógeno, tal como NaBH acuoso, también puede ser utilizada en la presente invención. Cuando se utiliza una forma acuosa de NaBH4 , la cámara que contiene el NaBH4 acuoso también incluye un estabilizador. Estabilizadores de ejemplo pueden incluir, pero no se limitan a, metales e hidruros de metal, tales como hidruros de metal alcalino. Ejemplos de tales estabilizadores son descritos en la Patente de los Estados Unidos N° 6.683.025, que es incorporada aquí como referencia en su totalidad. Preferiblemente, el estabilizador es NaOH.

Se prefiere la forma sólida del combustible que contiene hidrógeno por sobre la forma líquida. En general, los combustibles sólidos son más ventajosos que los combustibles líquidos por que los combustibles líquidos contienen proporcionalmente menos energía que los combustibles sólidos y los combustibles líquidos son menos estables que los combustibles sólidos de contrapartida. En concordancia, el combustible más preferido para la presente invención es borohidruro de sodio en polvo o en polvo aglomerado.

De acuerdo con la presente invención, el componente de combustible fluido es preferiblemente capaz de reaccionar con un combustible sólido que contiene hidrógeno en la presencia de un catalizador opcional para generar hidrógeno. Preferiblemente, el componente de combustible fluido incluye, pero no se limita a, agua, alcoholes, y/o ácidos diluidos. La fuente más común de componente de combustible fluido es agua. Como se indica anteriormente y en la formulación que sigue, el agua puede reaccionar con el combustible que contiene hidrógeno, tal como NaBH4 en presencia de un catalizador opcional para generar hidrógeno.

X(BH4)y + 2H20 -> X(BO)2 + 4H2 Donde X incluye, pero no se limita a, Na, Mg, Li y todos los metales alcalinos, e y es un entero.

El componente de combustible fluido también incluye aditivos opcionales que reducen o aumentan el pH de la solución. El pH del componente de combustible fluido puede ser utilizado para determinar la velocidad a la cual se produce el hidrógeno. Por ejemplo, aditivos que reducen el pH del componente de combustible fluido resultan en una velocidad mayor de generación de hidrógeno. Tales aditivos incluyen, pero no se limitan a, ácidos, tales como ácido acético y ácido sulfúrico. A la inversa, aditivos que aumentan el pH pueden disminuir la velocidad de reacción al punto donde casi no se desarrolla hidrógeno. La solución de la presente invención puede tener cualquier valor de pH menor que 7, tal como un pH de desde 1 hasta aproximadamente 6 y, preferiblemente, desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 5.

En algunas realizaciones de ejemplo, el componente de combustible fluido incluye un catalizador que puede iniciar y/o facilitar la producción de gas hidrógeno aumentando la velocidad a la cual el componente de combustible fluido reacciona con el componente de combustible. El catalizador de estas realizaciones de ejemplo incluye cualquier forma o tamaño que sea capaz de promover la reacción deseada. Por ejemplo, el catalizador puede ser lo suficientemente pequeño para formar un polvo o puede ser tan grande como la cámara de reacción, dependiendo del área de superficie deseada del catalizador. En algunas realizaciones de ejemplo, el catalizador es un lecho catalítico. El catalizador puede estar localizado dentro de la cámara de reacción o próximo a la cámara de reacción, en tanto que al menos uno de ya sea el componente de combustible fluido o el componente de combustible sólido se ponga en contacto con el catalizador.

El catalizador de la presente invención puede incluir uno o más metales de transición del Grupo VIIIB de la Tabla Periódica de los Elementos. Por ejemplo, el catalizador puede incluir metales de transición tales como hierro (Fe) , cobalto (Co) , níquel (Ni) , rutenio (Ru) , rodio (Rh) , platino (Pt) , paladio (Pd) , osmio (Os) e iridio (Ir) . Adicionalmente, en el catalizador de la presente invención, también se pueden utilizar metales de transición del Grupo IB, es decir, cobre (Cu) , plata (Ag) y oro (Au) , y del Grupo IIB, es decir, zinc (Zn) , cadmio (Cd) y mercurio (Hg) . El catalizador también puede incluir otro metales de transición que incluyen, pero no se limitan a, escandio (Se) , titanio (Ti) , vanadio (V) , cromo (Cr) y manganeso (Mn) . Los catalizadores de metal de transición útiles en la presente invención están descritos en la patente de los Estados Unidos N° 5.804.329, que se incorpora aquí como referencia en su totalidad. El catalizador preferido de la presente invención es CoCl2.

Algunos de los catalizadores de la presente invención se pueden definir genéricamente con la siguiente fórmula: MaXb donde M es el catión del metal de transición, X es el anión, y "a" y "b" son enteros desde 1 hasta 6 como se necesite para balancear las cargas del complejo de metal de transición.

Cationes adecuados de los metales de transición incluyen, pero no se limitan a, hierro (II) (Fe2+) , hierro (III) (Fe3+) , cobalto (Co2+) , níquel (II) (Ni2+) , níquel (III) (Ni3+) , rutenio (III) (Ru3+) , rutenio (IV) (Ru4+) , rutenio (V) (Ru5+) , rutenio (VI) (Ru6+) , rutenio (VIII) (Ru8+) , rodio (III) (Rh3+) , rodio (IV) (Rh4+) , rodio (VI) (Rh6+) , paladio (Pd2+) , osmio (III) (0s3+) , osmio (IV) (0s4+) , osmio (V) (0s5+) , osmio (VI) (0s6+) , osmio (VIII) (0s8+) , iridio (III) (Ir3+), iridio (IV) (Ir+), iridio (VI) (Ir6+) , platino (II) (Pt2+) , platino (III) (Pt3+) , platino (IV) (Pt4+) , platino (VI) (Pt6+) , cobre (I) (Cu+) , cobre (II) (Cu2+) , plata (I) (Ag+) , plata (II) (Ag2+) , oro (I) (Au+) , oro (III) (Au3+) , zinc ' (Zn2+) , cadmio (Cd2+) , mercurio (I) (Hg+) , mercurio (II) (Hg+) , y lo similar.

Aniones adecuados incluyen, pero no se limitan a, hidruro (H~) , fluoruro (F") , cloruro (Cl") , bromuro (Br") , ioduro (I") , oxido (O2-) , sulfuro (S2") , nitruro (N3") , fosfuro (P4") , hipoclorito (CIO") , clorito (C102") , clorato (C103") , perclorato (C104") , sulfito (S032") , sulfato (S042") , hidrógeno sulfato (HS04") , hidróxido (OH") , cianuro (CN") , tiocianato (SCN") , cianato (OCN") , peróxido (022") , manganato (Mn042") , permanganato (Mn0~) , dicromato (Cr2072") , carbonato (C032") , hidrógeno carbonato (HC03") , fosfato (P042") , hidrógeno fosfato (HP0") , dihidrógeno fosfato (H2P04") , aluminato (Al2042") , arseniato (As043") , nitrato (N03") , acetato (CH3COO") , oxalato (C2042")., y lo similar. Un catalizador preferido es el cloruro de cobalto.

En algunas realizaciones de ejemplo, el aditivo opcional, que está en el componente de combustible fluido y/o en la cámara de reacción, es cualquier composición que sea capaz de prevenir sustancialmente el congelamiento de o de reducir el punto de congelamiento del componente de combustible fluido y/o el componente de combustible sólido. En algunas realizaciones de ejemplo, el aditivo puede ser una composición basada en alcohol, tal como un agente anti-congelante. Preferiblemente, el aditivo de la presente invención es CH3OH. Sin embargo, como se estableció anteriormente, se puede utilizar cualquier aditivo capaz de reducir el punto de congelamiento del componente de combustible fluido y/o del componente de combustible sólido.

Otras realizaciones de la presente invención devendrán evidentes para aquellos especializados en el arte, a partir de la consideración de la presente memoria descriptiva y práctica de la presente invención develada aquí. Por ejemplo, cualquiera de las válvulas de la presente puede ser accionada mediante un controlador electrónico tal como un microprocesador. Un componente de una válvula puede ser utilizado con otra válvula. También, se puede incluir una bomba para bombear el componente de combustible fluido dentro de la cámara de reacción. Es la intención que la presente memoria descriptiva y los ejemplos sean considerados solamente como ejemplos, siendo el verdadero alcance y espíritu de la invención indicados mediante las siguientes reivindicaciones y equivalentes de las mismas.

Claims (45)

REIVINDICACIONES Nosotros reivindicamos:

1. Un aparato que genera gas que comprende : una cámara de reacción que contiene un componente de combustible sólido; un reservorio que contiene un componente de combustible líquido; una trayectoria de fluido para introducir el componente de combustible líquido dentro de la cámara de reacción para producir un gas; medios para controlar el flujo del componente de combustible líquido dentro de la cámara de reacción; y medios para controlar el flujo de gas desde la cámara de reacción.

2. Un aparato que genera gas que comprende: un contenedor permeable a gas que contiene un componente de combustible sólido; un reservorio que contiene un componente de combustible líquido; y una trayectoria de fluido para introducir el componente de combustible líquido dentro del contendor permeable a gas para producir un gas.

3. El aparato que genera gas de la reivindicación 2, en donde el contenedor permeable a gas está dispuesto en una cámara de reacción.

4. El aparato que genera gas de la reivindicación 3, en donde el contendor permeable a gas es impermeable a líquido.

5. El aparato que genera gas de la reivindicación 4, en donde el contenedor permeable a gas comprende una capa absorbente dispuesta entre una capa interna y una capa externa, en donde al menos una de las capa interna y capa externa comprende un material impermeable a líquido que tiene al menos una abertura formada a través del mismo.

6. El aparato que genera gas de la reivindicación 5, en donde el componente de combustible sólido comprende material hidrofílico.

7. El aparato que genera gas de la reivindicación 4, en donde el contendor permeable a gas comprende al menos un tubo dispersor de fluido.

8. El aparato que genera gas de la reivindicación 7, en donde el tubo dispersor de fluido comprende al menos una extensión capilar o de mecha.

9. El aparato que genera gas de la reivindicación 3, en donde el reservorio está presurizado.

10. El aparato que genera gas de la reivindicación 9, en donde la trayectoria de fluido comprende una válvula que se abre y se cierra en relación con las presiones de la cámara de reacción y el reservorio.

11. El aparato que genera gas de la reivindicación 2 que además comprende una válvula que regula la presión.

12. El aparato que genera gas de la reivindicación 11, en donde la válvula que regula la presión comprende un diafragma que responde a la presión.

13. El aparato que genera gas de la reivindicación 12, en donde el diafragma es sometido a empuje mediante un elemento de almacenamiento de energía.

14. El aparato que genera gas de la reivindicación 13, en donde el elemento de almacenamiento de energía comprende un resorte .

15. El aparato que genera gas de la reivindicación 13, en donde el elemento de almacenamiento de energía comprende una presión de referencia.

16. El aparato que genera gas de la reivindicación 12, en donde el diafragma está en comunicación con la cámara de reacción.

17. El aparato que genera gas de la reivindicación 12, en donde el diafragma está conectado a un miembro de sellado.

18. El aparato que genera gas de la reivindicación 17, en donde el miembro de sellado es ajustable para variar la presión que sella la válvula que regula la presión.

19. Una válvula para conectar un suministrador de combustible a un dispositivo que comprende: un primer componente de válvula conectable a uno de tanto un suministrador de combustible o una celda de combustible, y un segundo componente de válvula conectable al otro de tanto un suministrador de combustible o una celda de combustible, en donde cada componente de válvula comprende un alojamiento y un cuerpo interno deslizable sometido a empuje, en donde el cuerpo interno deslizable es sometido a empuje contra una superficie de sellado para formar un sello interno en cada componente de válvula, en donde durante la conexión el primer componente de válvula y el segundo componente de válvula forman un sello inter-componente al menos antes que el sello interno se abra para crear una trayectoria de flujo de fluido a través de la válvula, y en donde al menos un componente de válvula comprende un miembro de extensión que se extiende fuera del alojamiento y está configurado para ser insertado dentro del otro componente de válvula.

20. La válvula de la reivindicación 19, en donde el miembro de extensión comprende una varilla y la trayectoria de flujo de fluido incluye el espacio entre el miembro de extensión y la varilla.

21. Una válvula que regula la presión que comprende un miembro movible que responde a la presión dispuesto en un miembro de alojamiento, en donde el miembro movible que responde a la presión responde a una presión de entrada y a una presión de salida, en donde la válvula que regula la presión está conectada fluidamente a un aparato que genera gas y al menos una de las presiones de entrada y de salida es una presión del aparato que genera gas.

22. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde el miembro movible que responde a la presión está también expuesto a una presión de referencia.

23. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde el miembro movible que responde a la presión comprende un diafragma en donde un borde externo del diafragma está fijado al alojamiento.

24. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde el miembro movible que responde a la presión comprende un pistón deslizable.

25. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde el miembro movible que responde a la presión comprende pistones sometidos a empuje opuestos.

26. La válvula que regula la presión de la reivindicación 24, en donde el miembro movible que responde a la presión además comprende un diafragma en donde un borde externo del diafragma está fijado al alojamiento.

27. La válvula que regula la presión de la reivindicación 23, en donde el diafragma está sometido a empuje por un dispositivo de almacenamiento de energía.

28. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde la presión de salida es la presión de una cámara de reacción dentro del aparato que genera gas.

29. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde la presión de entrada es la presión de un reservorio dentro del aparato que genera gas.

30. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde la presión de salida es la presión en una celda de combustible.

31, La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde la presión de entrada es la presión de una cámara de reacción dentro del aparato que genera gas.

32 , La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde el miembro movible que responde a la presión está conectado a un miembro de sellado.

33 , La válvula que regula la presión de la reivindicación 32, en donde el miembro de sellado es ajustable para variar la presión que sella la válvula que regula la presión.

34. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde una válvula de conexión conecta la válvula que regula la presión al aparato que genera gas.

35. La válvula que regula la presión de la reivindicación 34, en donde la válvula de conexión comprende dos componentes de válvula y en donde cada componente de válvula tiene un sello interno.

36. La válvula que regula la presión de la reivindicación 35, en donde los componentes de válvula forman un sello inter-componente antes que se abra al menos uno de los sellos internos .

37. La válvula que regula la presión de la reivindicación 36, en donde el sello inter-componente está formado entre una varilla que se extiende desde un componente de válvula y un miembro de sellado del otro componente de válvula.

38. La válvula que regula la presión de la reivindicación 37, en donde el miembro de sellado comprende un O-ring.

39. La válvula que regula la presión de la reivindicación 37, en donde el gas del aparato que genera gas es transportado dentro de la varilla.

40. La válvula que regula la presión de la reivindicación 39, en donde el gas es transportado a través de un espacio anular dentro de la varilla.

41. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21, en donde al menos dos resortes actúan sobre el miembro movible que responde a la presión en direcciones opuestas.

42. La válvula que regula la presión de la reivindicación 21 que además comprende un reductor de flujo en comunicación de fluido con una salida de la válvula que regula la presión.

43. La válvula que regula la presión de la reivindicación 42, en donde el reductor de flujo comprende un orificio.

44. La válvula que regula la presión de la reivindicación 43, en donde el orificio tiene un diámetro efectivo variable.

45. La válvula que regula la presión de la reivindicación 44, en donde el orificio comprende una válvula de boca plana.