CN104619409A - 自调节气体发生器和方法 - Google Patents

Abstract

自调节气体发生器，其响应于气体需求供给自动调节由适当的化学供给物(例如化学溶液、溶解在液体中的气体、或混合物)在化学供给腔中催化产生的气体(例如氢气或氧气)的量。在一些实施方式中，该气体发生器可以使用活塞、旋转杆或其他元件以将该化学供给物以受控量暴露于该催化剂。在另一实施方式中，该自调节气体发生器使用继电器式控制(bang-bang control)，具有依照自调节工作循环在开和关状态下将该化学供给腔中包含的催化剂暴露于化学供给物的元件，由此以独立定向的方式产生和输出气体。该气体发生器可以用于为各种气体消耗装置(例如燃料电池、火炬或氧气呼吸装置)提供气体。

Description

自调节气体发生器和方法

相关申请

本申请是2012年5月7日申请的美国申请No.13/465,798的继续申请，且是2012年5月4日申请的美国申请No.13/464,881的继续申请，美国申请No.13/464,881是2004年11月15日申请的美国申请No.10/989,116(现在为美国专利No.8,172,912)的部分继续申请，美国申请No.10/989,116要求享有2003年11月14日申请的美国临时申请No.60/520,149的优先权。上述申请的全部教导都通过参考并入此处。

发明背景

当前，几乎所有军用、工业和消费电子器件都由常规电源(AC壁装电源插座、气体发生器或一次性或可再充电的电池)供能。这些电源各自具有其自身的缺点。一种该缺点是污染的形式，其中AC发电厂、气体发生器和电池都分别产生环境不友好的副产物(例如破坏臭氧的气体和电池酸性废物)。

已经提出了燃料电池作为对该问题的环境友好的解决方案。然而，为了作为解决方案采用，燃料(例如氢气)必须可以在与其常规对应物相比具有竞争力的价格容易安全地获得。

便携式气体发生器能够根据需求安全制备高纯气体。这种发生器可用于提供氢气作为燃料电池的燃料或提供其他类型的气体用于其他气体使用装置。在为预期要用于很多不同的军用、工业和消费应用的燃料电池产生氢气的情况中，在这些市场中接受的便携式气体发生器同样将是轻便的、机械简单的、需求响应的(即仅在使用该燃料的装置需要动力时才产生气体)、能够在任何方向操作和经设计以从该气体产生时开始直至将其提供给该装置为止仅储存少量气体，由此使对可燃或以其他方式可能存在危险的气体的储存的安全问题最小化。

发明内容

依照本发明的原理的自调节便携式气体发生器或与其相应的气体发生方法以响应于使用需求提高或降低气体发生速率的方式为多种便携式发电应用产生气体。该自调节气体发生器提供便携性且具有适用于军用、工业或消费应用的安全特征。该自调节气体发生器的一些实施方式展现出长的催化剂寿命，该催化剂用于由化学供给物基于自调节特征产生气体。

在依照本发明的原理的一种实施方式中，气体发生器包括用于化学供给物(例如NaBH₄溶液)的腔。与该化学供给物的通道相邻的至少一个元件包含催化剂或涂覆有催化剂(例如铂)。在一种实施方式中，该元件相对于化学供给腔(化学供给物腔，chemical supply chamber)移动以将催化剂相对于该化学供给物定位。在催化剂存在下，化学供给物在化学供给腔中分解为产物，包括产生的气体，例如氢气。该气体发生器还包括气体储存腔，其储存产生的气体直至被燃料电池使用以转化为电能或被其他气体消耗装置使用以用于其预期目的。该产生的气体在从化学供给腔到气体储存腔的路径上行进通过可渗透气体的结构(例如膜)。该可渗透气体的结构可以位于催化剂所在的元件上、位于催化剂所在的元件中或远离催化剂所在的元件。该元件的位置以及由此催化剂相对于化学供给物的位置可以通过反馈***调节，该反馈***使用部分由至少一个腔中的压力产生的力在化学供给物存在下定位催化剂以调节所产生气体的发生速率。

该元件可以采取很多形式并以多种方式将催化剂相对于化学供给物定位。例如，该元件可以相对于化学供给腔平移、相对于化学供给腔旋转或相对于包括化学供给腔的主体保持在固定位置。元件的运动可以改变暴露于化学供给物的催化剂的量。该元件可以是陶瓷的或非必要地由导热材料制成。在一些实施方式中，该元件可以是活塞，在这种情况中其可以是中空活塞或实心活塞。在中空活塞的情况下，该元件可以具有一个内部通道，或者可以具有内部结构，其限定了多个通道，适于使产生的气体流动在从化学供给腔到气体储存腔的路径上流动通过该活塞。

在一些实施方式中，该元件是实心活塞，其相对于化学供给物移动到一定位置，产生作用于元件上的力的平衡，其中该力包括由于操作连接在元件上的弹簧产生的力。在实心活塞的实施方式中，该化学供给腔可以具有边界或其一部分是不可渗透气体的结构。在一些情况中，该可渗透气体的结构可以是可渗透气体的膜，产生的气体通过其基本上跨过整个可渗透气体的膜，且在其他实施方式中，该可渗透气体的结构包括可渗透气体的膜的部分和不可渗透气体的膜的部分。在一些中空活塞的实施方式中，该元件可以涂覆有可渗透气体的催化剂层和可渗透气体的结构。

该气体发生器可以包括至少一个可调节的弹簧与该元件相连接。该弹簧可以调节气体储存腔中的压力和该元件的位置之间的关系。

该元件可以涂覆有该可渗透气体的结构、用该可渗透气体的结构覆盖或集成到该气体可渗透的结构中。该元件也可以包括非催化部分，其可以沿该元件的长度定位。在该元件作为活塞操作的情况中，该非催化部分可以位于活塞的端部。该元件可以适于将催化和非催化部分相对于化学供给物定位，使得没有催化剂暴露于化学供给物。这种位置中断了该化学供给物的分解。气体发生器还可以包括“擦除器”，其适于从元件上去除产物，以使得该产物或其他材料不聚集在元件上，由此提高该催化剂或元件本身的寿命。

该可渗透气体的结构可以包括各种方面或实现各种功能。例如，该可渗透气体的结构可以将气体(例如氢气(H₂))与化学供给物分隔开。该可渗透气体的结构可以包括钯(Pd)或聚合物结构。该可渗透气体的结构可以与该元件机械连接。

该催化剂可以以各种形式实施。例如，该催化剂可以包括至少一种以下催化剂：金属、金属硼化物或聚合物。该催化剂可以连接到可渗透气体的结构上、涂覆在该可渗透气体的结构上、连接到该元件的不可渗透部分上或涂覆在该元件的不可渗透部分上。

该气体发生器也可以包括其他特征。例如，该气体发生器可以包括容量指示器，如果气体储存腔达到预设压力(例如基本最大的气体容量)，其就触发，或者其可以提供化学供给物基本耗尽的指示。该气体发生器也可以包括至少一个泄压阀，如果相应腔中的压力超过预设阈值，其就降低气体储存腔或化学储存腔的压力。该气体发生器还可以包括过滤器，产生的气体在输出用于外部装置之前通过该过滤器。在另一实施方式中，该气体发生器可以包括增湿器，产生的气体在输出用于外部装置之前通过该增湿器。该气体发生器还可以包括传感器，用于检测元件相对于该化学供给腔的已知位置的位置。

该反馈***可以调节所产生的气体的发生速率。该反馈***可以使用由(i)气体储存腔和化学供给腔之间；(2)气体储存腔和参考压力腔之间或(iii)化学供给腔和参考压力腔之间的压差产生的力。在另一实施方式中，该气体发生器可以包括与至少一个元件连接的弹簧，且该反馈***可利用在至少一个腔中作用于元件上的压力和弹簧作用于该元件上的力之间的差。

该化学供给物可以以各种形式提供。例如，该化学供给物可以是固体、液体、溶解在液体中的气体、或液体和溶解在液体中的气体的组合。该化学供给物可以包括任何化学氢化物、NaBH₄水溶液或NaBH₄和至少一种碱金属盐的溶液，在这种情况中，NaBH₄水溶液可以包括有效量的助溶剂或其他添加剂。在另一实施方式中，该化学供给物是NaBH₄水溶液，其在催化剂存在下分解以产生氢气，其中催化剂可以选自以下催化剂中的至少一种：钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铱(Ir)、铂(Pt)、铼(Re)和镍(Ni)。在另一实施方式中，该化学供给物可以包括作为干粉末储存的NaBH₄。可以通过(i)打破包含该干NaBH₄粉末的膜、(ii)摇晃或挤压该气体发生器或(iii)刺穿该膜而使该干粉末而与预设的液体混合。

产生的气体可以是很多类型的不同气体。两种情况包括氢气和氧气(O₂)。这些气体能够用于各种应用，例如包括：(i)燃料电池应用，其将氢气和氧气反应发电；(ii)火炬，其燃烧氢气；或(iii)氧气呼吸装置，其为医疗患者提供基本纯的氧气。应当认识到还有很多其他应用使用这两种气体中的任一种，且还有其他应用使用其他气体。应当认识到本发明的原理不仅限于此处所述的示例性实施方式产生的气体类型或被其限制。

此处所述的一些气体发生器实施方式包括一些或全部以下使其可用于很多应用的安全和操作特征。这些特征以非特定顺序可以包括：足以匹配消耗速率的自动气体发生、紧凑或大型设计、定向不敏感性、高水平的***安全性和自动限制氢气或其他气体发生使得该气体发生器不能具有失控反应。例如，如果氢气压力变得过高(即生成过多的氢气)，那么该***可以自动将其自身关停。

在另一示例性实施方式中，该气体发生器使用继电器式控制(bang-bangcontrol)产生气体。在该“继电器式”的示例性实施方式中，该气体发生装置包括元件，所述元件限定经构造以容纳化学供给物的体积的化学供给腔。该化学供给腔包括经构造以腔内压力相对于腔外压力的函数用自调节工作循环将该腔内包含的催化剂暴露于化学供给物，从而以独立定向的方式产生和输出气体。此处所用的独立定向表示无论该气体发生装置的物理定向如何，所产生的气体，而非化学供给物，离开化学供给腔。此处所用的“自调节工作循环”表示该气体发生装置对于燃料浓度、催化剂效能、气体需求量或其组合的改变而自身调节。

在“继电器式”实施方式中，该元件可以限定该腔的边界的一部分。

该化学供给腔可以位于由气体发生装置的主体限定的空腔内，且该元件和主体可以限定在其上分别具有催化剂或移位器的互补特征。

在操作上，在继电器式实施方式中，该元件响应于作用在其上的力的总和在开或关位置或物理定向之间移动。这些力是由化学供给腔内的压力、化学供给腔外部的相对的参考压力的压力和压力器(例如弹簧)产生的。

在一种实施方式中，当化学供给腔中的压力超过预设的阈值时，该元件相对于该气体发生装置的主体的定向使得该互补特征彼此接触，随着互补特征彼此接触，移位器将化学物质移离该催化剂，由此关闭该气体发生装置(即将该装置设定在关状态)。在同一实施方式中，当化学供给腔内的压力低于预设阈值时，该元件相对于该主体的定向使得该互补特征彼此远离以将该催化剂暴露于化学供给物，由此打开该气体发生装置(即将该装置设定在开状态)。

在该继电器式实施方式中，该元件和主体可以限定多个在其上分别具有催化剂或移位器的互补特征，在这种情况中，该多个互补特征可以经构造以将催化剂暴露于化学供给物并将化学供给物移离该催化剂，其中互补特征彼此平行作用以使催化反应在多个互补特征对处同时发生，其中各特征对包括催化剂和移位器。

在继电器式实施方式的一种实施例中，该元件和催化剂彼此结合，例如该催化剂以面向主体的方向位于该元件中或位于其上。可替代地，该催化剂可以与该主体以面向腔的方向结合，例如位于该主体中或位于其上。在两种实施方式中，该元件可以经构造以以平移或旋转运动的方式相对于主体移动。应当认识到该催化剂仍可以进一步可替代地施加到***件上，该***件可以固定到主体或元件上，其中使用***件可以用于在催化剂更换期间在保持该主体或主体和元件的同时快速更换催化剂。

在该气体发生装置的另一示例性继电器式实施方式中，该气体发生器在其中限定了三个腔，包括气体储存腔、化学供给腔和参考压力腔。在一种构造中，该气体发生装置进一步包括可渗透气体但不可渗透液体的膜，其将气体储存腔与化学供给腔分隔开，且该元件将化学供给腔与参考压力腔分隔开。该实施方式包括跨越在化学供给腔和气体储存腔之间的气体通道，其在一些实施方式中与另一气体流路相结合能使产生的气体而非液体独立定向地从化学供给腔流动到气体储存腔。

在该气体发生装置的另一种示例性的继电器式实施方式中，该装置包括压力器，例如弹簧，其与该元件结合以施加力以能使该元件随着化学供给腔内的压力相对于参考压力腔中的压力的变化移动，该压力器位于该参考压力腔中。在该装置的该元件和主体的界面处可以使用制动器以提供小的阻力，该阻力能够被相同或不同阈值之上或之下在元件上的力的总和克服。该制动器能够设置以提供滞后，从而在不存在化学供给腔和参考压力腔之间压差的阈值改变时维持该元件相对于主体的位置或取向(即维持该装置的开状态或关状态)。

在该气体发生装置的继电器式实施方式的操作过程中，在从限定工作循环状态的开状态到关状态的转变过程中，可以将该化学供给物从该催化剂移去。

附图说明

从以下对如附图中所示例的本发明的优选实施方式更特别的描述，本发明的前述和其他目的、特征和优点将显而易见，其中类似的参考标记在整个不同的图中表示同一部件。附图并不必然按尺寸绘制，而是将重点放在示例说明本发明的原理。

图1是其中可以使用依照本发明的原理的气体发生器的燃料电池应用的图解；

图2A是图1的气体发生器的示意图；

图2B是图2A的气体发生器的另一实施方式的示意图；

图3是图2A的气体发生器中用于将催化剂移入移出化学供给物以产生气体的的元件(例如活塞)的详细机械图；

图4A-4C是示例说明图2A的气体发生器的操作的示意图；

图5A和5B是图1的气体发生器的其他实施方式的示意图；

图6A是图1的气体发生器的另一实施方式的示意图；

图6B-6C是图6A的气体发生器中所用的元件(例如旋转杆)的机械图；

图6D-6F是在操作中的图6C的元件的机械图；

图7是图1的气体发生器的另一实施方式的机械示意图；

图8是图1的气体发生器的另一实施方式的机械示意图；

图9A和9B是其中可以使用依照本发明的原理的气体发生器的其他应用实例的图解；

图10A-10C是气体发生器的“继电器式”控制实施方式的机械示意图；和

图11A-11C是示例说明在图10A-10C的气体发生器的实施方式的操作过程中在不同时间点的工作循环的一组时序图。

具体实施方式

下面描述本发明的优选实施方式。

图1是燃料电池应用的图解，其中可以使用依照本发明的原理的气体发生器10。在燃料电池应用中，该气体发生器10产生氢气并将其释放给燃料电池11。该燃料电池11将氢气和氧气反应以产生电力44，如现有技术中公知的那样。该燃料电池11为耗电装置(例如个人娱乐设备12a(例如MP3播放器)、遥控汽车12b或便携式计算机)提供电力44。其他燃料电池应用包括军用电子设备、工业电子设备(例如印刷机)或消费电子设备(例如移动电话、个人数码助手(PDA)等)。

通常，燃料电池根据其发电量以一定速率消耗氢气。燃料电池的实例描述于2001年11月6日授权的美国专利No.6,312,846中，其全部教导通过参考并入此处。在该专利中，描述了燃料电池，在一些实施方式中，其能够响应于其负荷以动态方式改变其构造。例如，在存在较高负荷时，燃料电池能够动态进行自身构造以消耗更多的燃料以满足电力需求，在存在较低负荷时，燃料电池能够动态进行自身构造以节省燃料。

气体发生器10、燃料电池11或集成组合能够采取很多不同的尺寸和构造。然而，为了描述本发明的原理，这些装置的绝对和相对尺寸以及对接是不重要的。重要的是以下：(i)用于产生气体的方法和示例性的气体发生器实施方式和(ii)燃料电池11的气体使用速率和气体发生器10的气体发生速率之间的关系。在为燃料电池11产生气体的情况下，该气体发生器10产生氢气。

通过金属氢化物或其他适合的固体反应物溶解在水中的反应生成相对纯的氢气、氢气的能力是公知的。一种特别的氢化物——硼氢化钠(NaBH₄)已经使用了超过50年作为氢气的便捷安全来源。在将NaBH₄粉末溶解在水中时，其形成略带碱性的低压不可燃溶液。在将该水溶液暴露于选定的金属、金属组合、金属硼化物催化剂或甚至加热时，和水溶性硼酸钠一起快速释放出氢气。这种催化驱动的分解(水解)反应可以写作：

NaBH₄(aq)+2H₂O(l)→4H₂(g)+NaBO₂(aq) (方程1)

在方程1中描述了水解反应，水(H₂O)是反应物，每生成4个氢气分子消耗2个水分子。随着反应继续产生氢气，催化剂附近剩余的NaBH₄溶液变得NaBH₄浓度更高，因为可得到的游离水更少。尽管本体NaBH₄溶液中水供给量的减少不是直接的问题，但在较少的水存在下生成了方程1的另一反应产物硼化钠NaBO₂。这导致催化剂附近溶液浓度更高。硼酸钠是水溶性的但水溶性并不非常高。这意味着在生成氢气时，同时生成了NaBO₂产物，一些NaBO₂可能开始沉淀并沉积在催化剂上或其附近。NaBO₂在催化剂上的聚集最终能够降低该催化剂或其他氢气发生装置随后的活性。在NaBH₄溶液接触催化剂的任何时候，这都能够是严重的问题。

为了克服该问题，如依照本发明的原理的气体发生器10的一些实施方式将显示的那样，该气体发生器10以自调节方式暴露该催化剂(例如将催化剂移入或移出该NaBH₄溶液)。在活塞型实施方式中，催化剂位置(即选定催化剂浸没到NaBH₄溶液中的深度)控制氢气发生速率。因为该装置中NaBH₄溶液的储存器与催化剂的表面积相比较大，因此在氢气发生过程中生成的NaBO₂往往保持溶解并在溶液中。即使最终超出了NaBO₂的溶解度，NaBO₂沉淀出并沉积在NaBH₄溶液中的其他位置，未必沉积在催化剂表面上。因此延长了催化剂的寿命。

进一步地，在活塞型实施方式中，活塞上的负载催化剂浸没在NaBH₄溶液中的深度由机械上简单的与压力相关的反馈***控制。该反馈***自动感应基于由燃料电池或其他氢气使用装置消耗氢气的氢气压力增大或降低。换言之，当氢气消耗装置需要较少氢气时，例如当燃料电池11的电负荷小或为0时，氢气发生器10感应到该减少的需求并停止产生氢气。此外，用于调节氢气发生速率的反馈控制***在一些实施方式中在机械上是简单的，即不包括庞大的或昂贵的压力感应反馈控制器和/或机械泵。本发明的原理可使该气体发生器10在没有电驱动的机械泵或芯吸试剂(wicking agent)以除去化学供给物(例如NaBH₄溶液)的情况下操作，因为机械方案暴露于化学供给腔中的催化剂。因此这种设计适于潜在低成本的便携式应用，且因此是对取向不敏感的。

使用除中空或实心的活塞之外的在化学供给物存在下放置催化剂的元件的其他实施方式也在本发明的原理范围内。例如，该催化剂可以与盘、杆、球或其组合相结合，其旋转以通过提高或降低该化学供给物被暴露的催化剂的量而将化学供给物暴露于催化剂。在旋转催化剂的实施方式中的反馈***可以与平移(例如活塞型)实施方式相同或不同。下文描述了支持该平移或旋转实施方式的反馈***的实例。该活塞、盘、球等在此处可以统称作“元件”。该元件位于化学供给物通道的附近并与化学供给物相互作用。化学供给物的“通道附近”表示基本上没有化学供给物进入该元件，或在一些其他实施方式中，可使一些化学供给物进入但包括防止该化学供给物通过其流向气体储存腔的结构。

在一些实施方式中，由催化剂和化学供给物产生的生成气体可以通过该元件。在其他实施方式中，该元件是实心的，且该气体在不通过该元件的情况下从化学供给腔通往气体储存腔。

此处描述的示例的实施例主要描述了用于燃料电池应用的氢气发生。在燃料电池应用中，氢气是由特定的化学氢化物水溶液产生的，但气体发生器10并不限于由特定的化学氢化物或特定的水溶液产生氢气。在更宽泛的一般意义上，此处所述的概念和机械设计通常可以应用于任何气体发生***，其中由任何气体、液体、混合物或甚至固体化学物借助于选定的催化剂、装置或元件以自调节方式生成特定的气体。

在一些实施方式中，催化剂与小的元件(例如活塞或盘)结合，其将催化剂移入或移出较大体积的NaBH₄化学供给物。这样与将化学供给物移动到催化剂相比有如下优点：移动小的活塞或盘比移动较大量的液体化学物更容易、更安全且更节能。

图2A显示了图1的自调节气体发生器10a的第一实施方式。该气体发生器10a具有三个腔：化学供给腔41(左侧)、发生气体储存腔40(中间)和参考压力腔26(右侧)。

在为燃料电池11产生氢气的情况下，例如，化学供给腔41储存NaBH₄水溶液42。应当认识到此处描述的一般设计概念不限于硼氢化钠(NaBH₄)或者事实上甚至不限于化学氢化物。在适当条件下在暴露于选定的催化剂的情况下能够产生所需的特定气体(例如氢气)的任何固体、液体或气体都可以用于代替NaBH₄水溶液42。

在图2A的实施方式中，该化学供给腔41和气体储存腔40由具有通过其切割或形成的孔18的实心壁或隔板16分隔开。元件30a(例如中空活塞30a)安装在该孔18中。该孔18优选与活塞30a的横截面形状相匹配。该中空活塞30a以使其能够容易地在两个腔40、41之间前后移动的方式设计和构造。该中空活塞30a滑动通过适当安装的密封件(例如O形环)22，该密封件以使基本上没有液体或气体在活塞30a和壁16之间移动进出化学供给腔41和气体储存腔40的方式安装在孔18中。应当认识到活塞30a也可以具有非圆形的横截面形状(例如矩形或椭圆形)，且其内部空腔或通道34可以再分割为多个通道(即该活塞30a可以包括内支撑壁或结构(未示出))。

在图2A的实施方式中，气体储存腔40由隔板16、弹性或“弹簧式”隔膜50a和可能气体发生器10a的主体78的一部分限定。该气体储存腔40可以具有一个或多个气体出口14，产生的气体43通过该出口能够可控释放给燃料电池11或其他气体消耗***，例如氢气燃烧发动机。气体储存腔40的最小和最大体积可以基于所需的瞬时响应确定。因此，气体储存腔40能够储存所需的气体体积能够通过现有技术中公知的技术确定。

参考压力腔26能够通过排气口27排空到大气压或其他参考压力。参考压力设定了气体发生器10的绝对操作压力，其对弹性隔膜50a施加恒定相反的力。该弹性隔膜50a在外周密封件29处在其外周密封以防止气体储存腔40中的产物气体泄漏到参考压力腔26中。在该实施方式中，该弹性隔膜50a作为气体储存腔40和参考压力腔26之间压差的函数而膨胀和收缩。

活塞30a连接在弹性隔膜50a上并随着弹性隔膜50a的收缩和膨胀分别伸入化学供给腔41和从其中抽出。弹簧65可以为弹性隔膜50a提供偏置力，并进而对活塞30a施加偏置力以用力使弹性隔膜50a偏置。下面参考图2A的继续描述和图4A-4C的描述呈上压力和弹簧弹力对气体发生如何作用的进一步细节。在这些描述之前，参考图3呈上活塞30a和与其结合的催化剂32的进一步细节。

图3是图2A的中空活塞30a的特写图。该中空活塞30a可以由可渗透气体的结构36(例如薄膜、膜或其他适合的多孔材料)构成、用其覆盖(例如护套)或用其涂覆，该结构36的类型可使氢气(或在一般意义上，任何相关气体)通过其。然而，水、水蒸气或溶解盐(例如NaBH₄、NaBO₂或NaOH)都不能通过该可渗透气体的结构36。换言之，围绕中空活塞30的该可渗透气体的结构36对氢气分子(例如)比对水或NaBH₄的分子的渗透性更高。因此，在该化学供给腔41中产生的任何氢气都优先渗透通过该可渗透气体的结构36。在该活塞30a的右侧提供气体出口孔51以将产生的气体43从该空腔34排出到气体储存腔40。

适用于氢气的可渗透气体的结构36的实例(例如钯金属箔)是现有技术中公知的。其他实例包括但不限于：聚合物材料，例如有意蚀刻以允许小分子(例如氢气(或任何适合的气体))渗透的聚丙烯。其他适合的实例包括多孔的可渗透气体的聚合物，例如PBO(聚亚苯基-2,6-苯并二噁唑)或PVDF(聚偏二氟乙烯)。可替代地，可以使用例如硅橡胶的材料。

继续参考图3，该中空活塞30a用可渗透氢气的特征(未示出，例如洞或孔)覆盖或包括该特征。该可渗透气体的特征可以选择性地被选定催化剂32的薄层覆盖或嵌入。在其他实施方式中，该催化剂32可以施加到活塞的侧表面上与可渗透气体的特征并排或在其附近。

在另一实施方式中，该选定的催化剂32可以形成在该可渗透气体的结构36上或与该结构联接或沉积在该结构附近，使得该催化剂32与该可渗透气体的结构36的孔紧紧相邻或覆盖该孔。

该活塞的化学供给物侧端部35保持未被覆盖或被非催化材料35覆盖以在将活塞30a完全从化学供给物42中缩回时防止气体产生。

该可渗透气体的结构36或活塞30a的表面可以特别设计具有“凹陷”或其他凹入的图案，其以使该结构36或活塞30a的表面光滑的方式负载催化剂32。可渗透气体的结构36或活塞30a的光滑表面用O形环22形成并(图2A)保持紧密的密封以维持该化学供给腔41和其他储存腔40的内容物分隔开。催化剂32和可渗透气体的结构36的位置可以共同定向，使得由于化学供给物42和催化剂32之间化学反应的结果形成的气泡33通过可渗透气体结构36的压差快速找到其路径。在活塞30a的此实施方式中，气泡33中的氢气通过该孔流到活塞30a的中空空腔34。

所选催化剂32的具体类型是已知用于催化NaBH₄溶液的分解的类型。在一般意义上，可以选择任何气体发生催化剂。催化剂的实例包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铱(Ir)、铂(Pt)、铼(Re)和镍(Ni)金属、金属组合或金属硼化物。这些催化剂能够单独使用或彼此结合使用，如现有技术中公知的那样。可替代地，该可渗透气体的结构36可以由不仅可渗透氢气而且对NaBH₄溶液的分解还具有催化活性的金属或任意其他材料制成。这种结构36的实例包括具有催化活性外表面的过渡金属薄膜(例如钯、钯合金)或任意具有可渗透氢气的结构36和自身对NaBH₄分解具有催化活性的表面的层状薄膜。

再次参考图2A，该涂覆有催化剂的中空活塞30a可在包含NaBH₄水溶液42的化学供给腔41和包含生成的气体43的气体储存腔40之间***。该中空活塞30a能够定位，使得其整体在化学供给腔41中、整体在气体储存腔40中或在两个腔40、41之间的某处。

此处描述的气体发生器10a可以构造具有海绵状吸收剂材料(未示出)，其有意放置在气体储存腔40中以吸收(或甚至中和)任何从化学供给腔41泄露或以其他方式通过的NaBH₄溶液(或任何其他冷凝的液体)。

中空活塞30a或隔板16设计用以防止燃料泄露到气体储存腔40中或以其他方式改善性能。例如，如上面所建议的那样，活塞30a的左端35(即***NaBH₄溶液42中的那端)用固体不可渗透材料35或分隔元件密封，其有时称作端盖35。该不可渗透材料35或端盖35防止NaBH₄溶液进入中空活塞30a并通过到氢气储存腔40。该不可渗透材料35或端盖35还帮助当活塞30a完全收缩时(即在零(或非常低)的氢气需求量过程中活塞30a完全从NaBH₄溶液中出来时)防止化学供给物42泄露到气体储存腔40。

如上所述，适合的密封件22(例如O形环或其他适合的密封材料)可以安装在隔板孔18中以防止化学供给物通过两条路径泄露到气体腔，其中这两条路径是(i)沿活塞30a的侧表面和(ii)在密封件22和隔板16之间。此外，该活塞30a能够设计用以滑动通过刷子13或其他柔性装置或经过其附近，该刷子13或其他柔性装置通过朝向活塞30a移动而防止或减少固体产物粘附或聚集在活塞30a上。这种防结垢作用有效延长了催化剂的寿命。在活塞30a上具有光滑表面，其与该刷子13接触改善了其性能。

其他刷子设计也可以用于提供防结垢作用。应当认识到该刷子13对活塞30a的运动不产生显著的阻力。

在图2A中示例的气体发生器10的操作中，活塞30a与弹性隔膜50a连接，并由此响应于气体储存腔40中的压力而移动。参考压力腔26中的压力以从右到左的方向施加恒定的阻力。该参考压力腔26还可以包含弹簧65，该弹簧增强了对弹性隔膜50a施加的参考压力。因此，如果参考压力腔26不排空，那么其中储存的封闭的惰性气体类似于空气弹簧作用。因此如果由于其与催化剂32的反应而在化学供给42内提高的气体压力将活塞30a逐渐向右移动，该弹性隔膜50a或弹簧65越来越阻挡该中空活塞30a。

在描述进一步示例说明图2A的自调节气体发生器10a操作的图4A-4C之前，呈上图2A所示的气体发生器10a的实施方式的启动过程的简单描述。现在描述的启动过程也适用于图2B。

参考图2A，在最初使用之前，化学供给物42的压力是环境压力，其防止化学供给物在储存过程中泄露。而且，保持该化学供给物42与催化剂杆30a分隔开以使得没有气体产生。在第一运输构型情况中，这可能是通过使用锁定销(未示出)、其他适合的机构或例如将活塞30a旋转到“锁定”位置而在锁闭位置将活塞30a完全平移出化学供给腔41来运输气体发生器10a而实现的。在将活塞30a解锁时，由于弹簧65作用在活塞30a上的力造成活塞30a从右向左平移到化学供给物42中。

在第二种运输构造情况中，不是通过活塞30a在将催化剂32保持在化学供给物42之外的位置锁定来运输该气体发生器10a，而是在使用前由于将化学供给组分分隔开而使该化学供给物42不具活性。在该第二种运输构造情况中，该化学供给组分在使用前才可能通过打破分隔膜(未示出)或压碎或添加化学颗粒而相结合，其最终混合以形成该活化的化学供给物42。应当认识到可以有很多种其他运输构造。

参考第二种运输构造情况，催化剂杆30a以其完全延伸的位置(即由于对其施加从右到左的力的弹簧65的力使其向左)运输，因为化学供给物是不具活性的。一旦化学供给物被激活且该催化剂杆30a完全延伸到化学供给物42中，产物气体快速生成。

在此时，外部装置11需要零气体量。因为化学燃料压力最初是大气压，因此在该中空活塞30a上的可渗透气体的结构36两侧没有压差来驱动产生的气体通过中空杆30a并进入气体储存腔40。因此，产生的气体从催化剂杆30a“成气泡离开”并飘浮到化学供给腔41的顶部。因为产生的气体保持在化学供给腔41中，因此化学供给腔41中的压力升高。由于化学供给腔41中的压力升高，压力开始施加在杆30a的左端35上，这样使其紧靠抵抗弹簧65向右平移。该弹簧65逐渐将催化剂从化学供给物42移开。同时，可渗透结构36两侧的压差升高，直至产生的气体开始优先流动到催化剂杆30a中而非形成气泡进入化学燃料腔41。产生的气体43开始增大气体储存腔40中的压力，其继而对弹性隔膜50a并因此对活塞30a施加从左到右的力。随着化学燃料腔41中的压力进一步提高，更多的气体流入气体储存腔40，存在活塞30a将催化剂32定位以完全从化学供给物42中取出的点。因为在将其打开之前燃料电池11对产生的气体43没有需求，因此该气体发生器10a现在处于准备好以根据需要释放经调节的气体的“待工”状态。

图5A、5B、6A、7和8的其他实施方式的启动顺序类似于图2A的启动顺序，区别在于它们没有使用中空杆30a和隔膜50a。对于这些实心杆30b的情况，在最初使用之前需要将化学供给物42和催化剂32同样分隔开。一旦最初激活，催化剂杆30a通过弹簧65完全延伸到化学供给物42中，该化学供给压力与参考压力相等。生成的气体释放出并通过化学供给物42飘浮到化学供给腔41的顶部，最终靠在可渗透结构36上。然后由于化学供给物42和气体储存腔40之间的压差的升高，该气体通过该结构流入气体储存腔40。随着化学供给压力的增大，催化剂杆30b从左向右平移并最终离开化学供给物42，这样使气体停止产生。因为燃料电池11在开启之前没有气体需求，因此现在气体发生器10处于准备好以根据需要释放经调节的气体的“待工”状态。

现在参考图4A，活塞30a可以以“锁闭”位置运输，意味着该活塞30a(和催化剂32)完全在NaBH₄之外，如上面参考第一种运输构造情况所述的那样。使用者通过脱开插销、制动器或其他固定机构(未示出)将活塞30a设定在“开锁”位置，使活塞(和催化剂32)进入NaBH₄溶液42中，这样开始了下面立即要描述的自调节过程。

继续参考图4A，该自调节方法的启动是以活塞30a最初全部位于化学供给腔41中开始的。如上面参考图2A的启动顺序所述的那样，一旦活塞30a上的催化剂32暴露于NaBH₄溶液42，催化产生氢气。在该氢气产生步骤过程中，氢气气泡33形成在该NaBH₄溶液42中的催化剂32的附近，合并并接触可渗透气体的结构36。这些气泡33被压差驱动通过该可渗透气体的结构36。然后，在气体离开气泡33并进入中空活塞30a之后，气体43行进通过中空活塞30a并进入气体发生器10a的氢气储存腔40。

该涂覆有催化剂的活塞30浸没在NaBH₄水溶液42中的深度最终控制氢气的产生速率。如果将涂覆有催化剂的活塞30a全部推动进入化学供给腔41(图4A)，氢气产生速率处于最大值，因为大量的催化剂表面积暴露于NaBH₄溶液42。

在图4B中，涂覆有催化剂的中空活塞30a位于化学供给腔41和气体储存腔40之间。在该情况中，氢气产生速率在最大氢气产生速率和0之间，这表示适应气体需求量的波动的典型的操作状态。

在图4C中，活塞30a完全处于气体储存腔40中。在这种情况中，因为没有催化剂32暴露于NaBH₄溶液42，因此没有氢气43由NaBH₄溶液42产生。只要该活塞30a保持完全在气体储存腔40中，氢气产生速率就保持为0。

既然已经描述了气体发生器10的基本操作原理，下面呈上对反馈***以及该气体发生器10的该反馈***的操作方式的详细描述。

总体而言，该反馈***利用部分由腔40、41中至少一个中的压力产生的力将该催化剂32的定位在化学供给腔41中以调节产生气体43的产生速率。在一些实施方式中该反馈***可以包括以下组件的子集：活塞30a、弹性隔膜50a、弹簧65、参考压力腔26、气体储存腔40或化学供给腔41。

参考图4C，活塞30a的位置是由四种力的平衡决定的：(1)由于化学供给腔41中的压力而从左到右施加在该活塞30a的左端35上的力；(2)气体储存腔40中的气体43从左到右作用在弹性隔膜50a上的压力，其又从左到右在活塞30a上施加力；(3)参考压力腔26从右到左作用在弹性隔膜上的压力，其又从右到左在活塞30a上施加力；和(4)弹簧65施加在活塞30a上的力。

此处描述的其他实施方式可以包括相同或其他的组件作为反馈***的一部分。可以使用现有技术中已知的等效结构或功能代替构成此处所述的反馈***的结构或功能或与其一起作用。

继续参考图2A和4A-4C的气体发生器10a的操作，在存在对氢气的需求(即该燃料电池或其他消耗氢气的装置运行且消耗氢气)时，降低气体储存腔40中的气体压力。氢气压力的降低造成弹性隔膜或柔性隔膜50a延伸较少并因此向左(即朝向化学供给腔41)移动，这样降低了气体储存腔40的体积。随着该柔性壁50a向左移动，其同时推动涂覆有催化剂的活塞30a向左并进入NaBH₄溶液42中。因为该中空活塞30a上的高表面积催化剂32现在暴露于NaBH₄溶液，因此提高了氢气产生速率。

由催化剂32在该NaBH₄溶液42中的作用产生的氢气快速扩散通过可渗透气体的结构36，通过中空活塞30a并朝向氢气储存腔40扩散。然后氢气压力在氢气储存腔40中快速增长。只要产生的氢气43被燃料电池11(图1)或其他氢气消耗装置连续使用，参考压力腔26中的氢气压力就保持较低。显著部分的涂覆有催化剂的活塞30保持在化学供给腔41中，该发生器10a持续以与负荷成正比的速率产生氢气。

然而当燃料电池11的负荷降低且产生的氢气以不与产生速率相等的速率使用时，未使用的氢气43聚集在气体储存腔40中。氢气储存腔40中氢气压力的提高(相对于化学供给腔41中的压力)迫使弹性隔膜50a朝向参考压力腔26移动。随着弹性隔膜50a向右移动，其同时推动该涂覆有催化剂的活塞30a离开该NaBH₄燃料溶液42，并由此降低暴露于NaBH₄溶液42的催化剂32的量。这样减缓了氢气发生反应直至其与使用速率相匹配，且当气体需要量为0时，氢气发生反应减缓到停止。因此，该气体发生器10中的机械反馈***包括非常少的运动部件且以自调节的方式运行以快速调节氢气产生量。

当燃料电池11的负荷再次升高且燃料电池(或其他氢气使用装置)再次开始使用氢气时，气体储存腔40中的氢气体积和压力开始降低。这种压力的降低使弹性隔膜50a再次朝左移动。这种移动同时推动涂覆有催化剂的可渗透气体的中空活塞30a回到NaBH₄溶液42中，由此如上所述再次提高氢气产生速率。该涂覆有催化剂的活塞30a进出NaBH₄溶液42的移动是自调节的。该活塞30a进出该溶液的运动具有搅动化学供给物以提供均匀的溶液组合物以及实施清洁作用以从活塞30a上除去反应残留物或其他聚集的物料(未示出)的附加优点。

应当认识到本发明的原理不仅限于上述实施方式。其他机械和结构实施方式也可以实现相同的自调节气体发生作用。这些其他实施方式可以使用涂覆有催化剂的活塞或适合的可移动元件、可渗透气体的结构和压力反馈***。其他实施方式和其中的组件可以与图2A中的实施方式在相关构造、形状、尺寸、压力、气体流速、孔设计、单一组件的移动和其他方面是不同的。这种构造和相关设计权衡是本领域中已知的，且下文中对一些进行了描述。

图2B例如是图2A的气体发生器10a的另一实施方式。在该实施方式中，该弹性隔膜50b包括刚性壁60和具有外周密封件29的柔性密封波纹管52。该波纹管52响应于通过压在可调节的机械或气体弹簧65上的压力改变。在另一实施方式中，该波纹管52的恢复力和参考压力腔26中的压力可以足以补偿该弹簧65。除了弹性隔膜50b(图2B)和弹性隔膜50a(图2A)之间的差异，图2B的气体发生器10与图2A的气体发生器10a以基本相同的方式操作。

作为另一实例，图5A和5B示例说明气体发生器10b的实施方式，其中该催化剂32设置在固体活塞30b上或加入其中，且包括可渗透气体的结构36的气胆形成了该化学供给腔41的至少一部分。在这些实施方式中，该可渗透气体的结构36与活塞30b在该NaBH₄溶液42的周边(图5A)或周围(图5B)的一部分处间隔开。在涂覆有催化剂的活塞30b附近生成的氢气气泡33扩散通过该NaBH₄溶液42并渗透通过该可渗透气体的结构36以进入气体储存腔40。

图5A和5B的实施方式可以简化该气体发生器10b的装置结构和操作。尽管该催化剂32仍与活塞30b相关联，但可渗透氢气的结构36位于远离催化剂32的位置。因此在这些实施方式中，不需要在可渗透气体的结构36附近或在其上构造催化剂层。该催化剂32和可渗透气体的结构36能够单独构造。这些实施方式的优点不仅是便于制造，而且在于提高了氢气发生速率。随着氢气气泡33通过该NaBH₄溶液42移动到可渗透气体的结构36，其有助于搅动/搅拌该NaBH₄溶液42。这种作用有助于将任何附着的反应产物从催化剂33的表面除去并使该溶液42更均匀，由此改善随后的氢气发生。

图5A和5B的气体发生器10b的实心活塞30b实施方式的简化可以降低成本足以提供一次性。而且这些实施方式可以允许在需要的情况下可重复使用的气体发生器能够被再次填充。例如，柱状气体发生器不仅降低了制造成本，而且该化学供给腔41还能够用可拆卸的螺帽(未示出)安装。当NaBH₄溶液用废时，可以将该螺帽旋开，将该用废的NaBH₄溶液排空，用新鲜的NaBH₄溶液再次填充该化学供给腔41。可替代地，在该化学供给腔41上能够提供正位移注入端(未示出)以允许用新鲜的化学供给物替换用废的化学供给物。

此外，如果该可渗透气体的结构36由金属(例如钯)或其他适合的热导体制成，那么其也能够用作吸热设备以移除由该氢气发生反应产生的任何废热。这样保持气体发生器10b较低的操作温度。这种实施方式的另一优点是该氢气储存腔40能够位于气体发生器10b的***(即围绕该NaBH₄化学储存腔41)。因为氢气发生器的总体积更多地可用于储存NaBH₄溶液42，因此其提高了单位体积能够生成的氢气的量。

在图5A和5B的实施方式的操作中，随着由于氢气43产生但不被氢气消耗装置11(图1)使用而造成NaBH₄溶液42内压力的累积，该涂覆有催化剂的活塞30b朝可调节的弹簧65挤压，该活塞30b被推出该NaBH₄溶液42。这造成氢气产生速率的停止或限制。这些实施方式不依赖于可渗透气体的结构36的柔性。根据在活塞30b之后弹簧65中的可调节的张力，NaBH₄溶液42内的压力足以将该涂覆有催化剂的活塞30b推离溶液42以降低反应速率。

图5A和5B的实施方式具有以下附加优点：该涂覆有催化剂的活塞30b能够容易地密封在柱状主体78内。这样防止了NaBH₄溶液42或氢气通过活塞30b意外泄露。推向活塞30b的弹簧65的张力能够在制造时调节或根据特定的应用、所需的气体压力或所需的气体流速的需要而手动调节。本领域中已知的各种手动调节机制都可以用于调节该弹簧65的压缩或拉紧。

图6A是气体发生器10的另一实施方式的机械示意图。该实施方式类似于图5A和5B的实施方式，但其具有活塞30b，通过将活塞30b移入和移出化学供给物42而将该催化剂32暴露于化学供给物42，元件30b(在此例中为旋转杆30b)旋转以改变暴露于化学供给物42的催化剂的量。为了产生旋转运动以旋转杆30b，杆30b机械连接到凸轮80上。凸轮80经连接件55连接到波纹管77的硬壁79。波纹管77经设计以对沿该弹性隔膜50c的外侧延伸到波纹管77中的气体储存腔40中的压力作出反应。

在操作中，当燃料电池11或其他气体消耗装置抽取更多的产生的气体43用于发电时，例如气体储存腔40中的压力降低，造成波纹管77收缩，这样转动旋转杆30b以将更多的催化剂暴露于化学供给物42。当燃料电池11或其他气体消耗装置抽取更少的产生的气体43时，气体储存腔40中的压力升高，造成波纹管77膨胀，其又造成凸轮80转动杆30b以将更少的催化剂暴露于化学供给物42。这样造成生成气泡33，又造成气体储存腔40中压力降低，最终与抽取的产生的气体43的量达到平衡相当。

应当认识到可以使用滚珠轴承、气体轴承或其他可使旋转杆30b和凸轮80平滑转动并具有最少阻力的技术。而且，类似于其他实施方式中的密封22，图6A的旋转杆30b实施方式可以包括细长的密封件(未示出)以防止化学供给物42进入旋转杆30b所在的腔内。也可以使用防污刷(未示出)以防止产物和其他物料聚集累积在杆30b或催化剂32上。

图6B和6C示例说明图6A的气体发生器中可以使用的可替代的旋转杆实施方式。在图6B中，该旋转杆30a借助于横截面轴向示图显示为中空的实施方式，与图2A的活塞30a类似。在该实施方式中，催化剂32设置在可渗透气体的膜36上。该催化剂32沉积在可渗透气体的膜36中形成的凹陷中，如参考图3所述。如参考图2A所述，生成的气体43首先形成气泡33，进入中空活塞30a的通道34，平行进到气体储存腔40。应当认识到图6A中所示的实施方式经适当改变以容纳该中空杆30a实施方式。应当注意该中空杆30a包括非催化性的无孔材料55，其在暴露于化学溶液42时，不与化学溶液42反应也不能使化学溶液42或生成的其他43通过其。

图6C是图6A的气体发生器10b中所用的实心杆30b的横截面轴向示图。该实心旋转杆30b负载催化剂32(其可以与实心杆30b结合到任意深度)和非催化性的无孔材料55。下面参考图6D-6F描述实心杆30b的使用。

首先参考图6D，实心旋转杆30b位于圆形隔板16上，使得催化剂32不暴露于化学溶液42。密封件22防止化学溶液42进入该实心杆30b所在的区域。在所示的位置时，该旋转实心杆30b不引起气体发生，因为该催化剂32并不存在于化学溶液42中。该旋转杆30b的角度可以用于运送该气体发生器10，或者在例如燃料电池没有电负荷时用于终止气体发生。

图6E示例说明其中正在产生一些气体的情形。在这种情形中，旋转杆30b旋转使得一些催化剂暴露于化学供给物42。进而产生气泡33。该气泡33沿该可渗透气体的结构36(图6A)在各个点接触该可渗透气体的膜，产生的气体43通过其通往气体储存腔40。

图6F示例说明需要最大气体生成量以满足气体消耗装置的需求的情形。在这种情形中，旋转实心杆30b的定位使得该催化剂32以该隔板16所允许的最充分的程度暴露于该化学供给物42。

应当认识到任一种旋转杆实施方式30a或30b都可以是旋转的球形或其他几何形状，其能够负载催化剂32以与以上所述类似的方式起作用。

图7是使用两个以与图2B的实施方式相同的方式起作用的实心活塞30b的气体发生器10b的机械示意图。在一些实施方式中，活塞30b将其相应结合的催化剂32以平行方式移动到化学供给物42的所在处以在该化学供给腔41中产生气体43。在可替代的实施方式中，仅使用一个活塞30b，直至其催化剂32用废，然后激活另一个活塞30b。在另一实施方式中，一个活塞30b将其结合的催化剂32移动到化学供给物42的所在处，除非需要另外产生气体43以通过气体出口14供给气体消耗装置。用于彼此协同或独立地操作活塞30b的其他实施例都被认为在本发明的原理范围内。

图7的气体发生器10还包括过压安全装置67。在化学供给腔41经受过高的压力时，该安全装置从化学供给腔41中自动排出一些化学供给物42。该过压安全装置67也可以应用于围绕该气体储存腔40的主体78的一部分以在过压情况发生时从该腔中释放压力。

该过压安全装置67也可以用作添加更多化学供给物42、水或用作用于气体发生的化学供给物的其他化学物质的入口。类似地，该过压安全装置67也可以用于从该化学供给腔41中抽出用废的化学供给物42。该过压安全装置67可以与该催气体发生器10的主体78通过配合的螺纹、锁钥、搭扣或其他机械紧固技术相连接，且可以包括垫圈或O形环以防止气体或化学供给物泄露。可替代地，该过压安全装置67可以永久连接到主体78上。在另一些实施方式中，该过压安全装置67可以形成为主体78的集成部分。

图7中气体发生器10b的实施方式中所示例的另一特征是过滤器/增湿器75，生成的气体43通过其从气体储存腔40经气体出口14通往气体使用装置。该过滤器/增湿器75可以实现一个或两个作用。在用作过滤器的情况中，该过滤器/增湿器75可以限制流过其的除氢气之外的基本上所有气体。在用作增湿器的情况中，该过滤器/增湿器75在氢气穿过其时将水蒸气或其他气态蒸汽添加到氢气中。该过滤器/增湿器75可以如本领域已知的那样以海绵状材料的形式实施。

图7的气体发生器10b还包括杆位置传感器72和用于检测活塞30b的位置的杆位置标记器74。该传感器可以是霍尔效应传感器、电容探头或其他能够感应位于活塞30b上的兼容的标记器74的电磁传感器。在其他实施方式中，该传感器72是检测活塞30b的位置的光学传感器。在这种实施方式中，提供光学观察口以使该传感器72能“看到”该标记器74，或者在一些情况中直接“看到”活塞30b。应当认识到可以使用具有光学编码器(未示出)的轮或现有技术中已知的其他位置感应装置。在各种这些情况中，可以使用表示活塞位置的信号为外部装置(未示出)提供信息或用于为电机(例如线性音圈电机)、泵、或在一些实施方式中将该活塞30b定位在化学供给物42中使得该催化剂32以足以产生用于供给气体消耗装置11的气体的量暴露于化学供给物42的其他装置(未示出)产生电反馈。线性音圈实施方式可以具有其线圈，线圈构造成气体发生器10b的主体78的区域的一部分，其具有复合材料或其他材料，将磁场与活塞30b上的磁性元件(未示出)耦合用于控制该催化剂32在该化学供给物42中的位置。使用能够辅助移动活塞30b的装置式现有技术中已知的。这种装置、位置感应器72、位置标记器74和控制电子设备(未示出)的使用可以改变图7中所示的机械构造。

该气体发生器10b还可以包括容量指示器(未示出)，其通知用户或机器气体储存腔正在达到或已经达到基本上最大容量。该指示器还可以指示低容量或容量范围。该容量指示器可以包括刻度盘、电子显示屏、光(例如LED)、声音信号、无线通讯服务或现有技术中已知的其他指示器。该容量指示器可以使用压力传感器或其他现有技术中已知的传感器。也可以使用其他指示器，例如“燃料消耗”或“催化剂消耗”指示器。

图8示例说明气体发生器10c的另一实施方式。在该实施方式中，代替如上所述的涂覆有催化剂的活塞30a或30b移入或移出该NaBH₄溶液42，在图8中，将整个NaBH₄溶液42朝向实心的涂覆有催化剂的活塞30b移动或远离其移动，该活塞在一种实施方式中保持固定。因为在大体积的NaBH₄溶液存在下生成了NaBO₂(其中NaBO₂溶解度保持较高)，因此催化剂结垢的风险最小化。因此大大延长了催化剂的寿命。应当认识到在其他实施方式中，活塞30a或30b还可以以如上所述的方式移动，因此可以提供NaBH₄溶液42和涂覆有催化剂的活塞30b之间的差动。

该可渗透气体的结构36能够在弹性隔膜50c的部分上或者如图5B中那样在整个弹性隔膜50d上。图8的实施方式可以构造在柱状主体78中并在端部具有可移除的螺帽(未示出)。在这种设计中，不仅该NaBH₄溶液42在用废时能够替换，而且可可以通过替换活塞30b而容易地改变催化剂32。这样可以用活性更高或活性更低的催化剂(根据特定的应用)替换给定的催化剂32。应当认识到在该实施方式中也可以使用中空活塞30a并在该实施方式和其他实施方式中将其替换。

图9A和9B示例说明依照本发明的原理的气体发生器可以用于的除燃料电池应用之外的其他应用的示例性实例。

在图9A中，气体发生器10产生氢气43并通过其气体输出端14将该气体提供给珠宝商的火炬81或其他燃烧装置。应当认识到该气体发生器10可以通过在催化剂存在下分解化学供给物产生其他气体(此处未描述但现有技术中已知)用于火炬81或其他燃烧装置燃烧。

在图9B中，气体发生器10产生氧气82并通过其气体输出端13将该气体提供给氧气呼吸装置83。该气体发生器10还可以与其他呼吸装置(例如潜水员的气罐)一起使用，在这种情况中可以使用单一的或多个气体发生器10为在水下潜水中的潜水员所用的气罐提供氮气和氧气的组合。

图9A和9B的气体发生器分别位于气体消耗装置81和83的外部，仅用于示例目的。应当认识到在实践中，该气体消耗装置81、83可以提供将气体发生器10***其中的隔间。该气体消耗装置81可以包括在适当的位置固定气体发生器的一般或常用闭塞(latching)机构(未示出)。

尽管已经参考其优选实施方式特别显示和描述了本发明，但本领域技术人员将认识到在不脱离后附权利要求包括的本发明的范围的情况下可以在其中对形式和细节进行各种改变。

例如，广为人知的是NaBH₄水溶液甚至在不存在任何催化剂的情况下也具有按照方程1缓慢自分解并形成氢气的趋势。长期储存的可行的方案是在干燥时包装NaBH₄粉末，并将其与水和/或NaOH分隔开，然后当出现要生成氢气的需求时将两种成分混合。这两种成分可以包装在易碎玻璃或膜分离的设计中，使得在使用前将催化反应器内的玻璃或膜打破时，能够将该NaBH₄化学供给物42和水混合。

作为此处所述的气体发生器的实施方式的另一安全或控制特征，在催化剂32和化学溶液42之间能够施加电势以控制催化剂32能够释放的气体量。

所公开的气体发生器的实施方式允许包括其他能够改善产物气体的储存、操作和处理的特征。除已经描述的那些之外的其他实例包括加热元件，其中温度升高加速气体的产生；或压电装置，其通过振动由特定的溶液或混合物产生气体。

为使此处所述的气体发生器用户友好且能自识别，气体出口14可以具有标准或自定义(custom)形状，用于在标准或不同应用的基础上与各种装置接合。例如，该气体出口可以成形为“O”或“H”的形状以分别指示该气体发生器10产生氧气或氢气。这种设计必须可用于在给定应用中使用多个气体发生器的情况下防止用户出现差错。

图10A-10C是其中使用继电器式控制产生气体43的燃料筒10d的另一实施方式的机械示意图。在该实施方式中，燃料筒10d具有由主体78限定的尺寸外形中，在主体78中对各气体储存腔40、化学供给腔41和参考压力腔26都有一个或多个空腔。气体储存腔40与化学供给腔41由可渗透气体但不可渗透液体的膜36隔开，其可以通过周边密封件29与燃料筒10d的主体78结合。

在图10A-10C的实施方式中，该参考压力腔26与化学供给腔41由压力密封件(例如波纹管密封件77或等效物)非必要地与元件30c结合隔开。在一种示例的实施方式中，该示例的波纹管密封件77可以在参考压力出口27和化学供给腔41之间形成完整的压力密封(例如具有柔性侧面的帽的形状)。在可替代的实施方式中，该波纹管密封件77与元件30c结合形成压力密封(即该波纹管密封件77是具有柔性侧面的帽且没有顶部的形状)以维持参考压力腔26和化学供给腔41之间的压力分隔(和液体和气体不可渗透性)。

应当认识到***件(未示出)可以压配合(press-fit)到主体78中，且包括腔40、41、26的一些或全部特征，其中该***件可以使使用者能够在不更换气体发生装置的主体的情况下更换催化剂。

可替代地，该***件可以连接到元件上以使在催化剂替换过程中该主体和元件能够保持。可以使用现有技术中已知的任意数量的连接机构以能使该***件连接到主体或元件上并从其上脱开，例如压配合、闭锁、弹簧夹、互锁特征等。以这种方式，能够为最终用户提供具有催化剂和在一些实施方式中的化学供给物的替换***件以使得能够替换该气体发生装置的小的或廉价的组件(即***件和任何连接机构)而不替换整个气体发生装置。

此处所用的独立定向或“以独立定向的方式”的定义表示该气体发生装置10d无论其物理定向如何都能正确操作。这意味着无论该气体发生装置10d的物理定向如何都能发生在化学供给腔41中产生气体43和气体43从化学供给腔41离开到气体储存腔40。在正常情况下，无论该气体发生装置10d的物理定向如何，化学供给物42都保持在化学供给腔41中。

在图10A-10C的实施方式中，作为独立定向的一部分，产生的气体43在从化学供给腔41的近端(在图10A和10B中与气体储存腔40相邻的左端)到气体储存腔40的路径上或在通过跨越从化学供给腔41的远端(与参考压力腔26相邻的右端)到气体储存腔40的气体通道28的路径上通过该可渗透气体但不可渗透液体的膜36。即使参考压力腔26在操作过程中位于该气体储存腔40的上部，该气体通道28也能使产生的气体43从化学供给腔41流到气体储存腔40，只要在化学供给腔41和气体储存腔40之间存在足够程度的气体压差即可。

在图10A-10C的实施方式中，该化学供给腔41包括互补特征37a、37b。该互补特征37a、37b可以是由主体78的内壁的一部分和元件30c的外壁的一部分限定的改进的锯齿形状的相反斜面的形式。该化学供给腔41也可以包括泄压阀(未示出)，如果化学供给腔41内的压力达到了不安全的水平(即超过了“安全压力”阈值)，就将其打开。

继续参考图10A-10C，元件30c具有狭槽或孔31，在燃料筒10d的操作过程中化学供给腔41中的化学供给物42以及进而产生的气体43通过其流动。在图10A-10C的示例性实施方式中，该化学供给物42流入和流出由互补特征37a、37b的几何形状限定的空隙45a、45b。在开状态过程中该化学供给物42位于互补特征37a、37b之间的空隙45a内时，在一个互补特征37a(或37b)上的催化剂32暴露于化学供给物42，造成化学供给物42和催化剂32之间发生反应，由此产生气体43，该气体流动通过该可渗透气体的膜36进入气体储存腔40(无论该燃料筒10d的定向如何)。在另一个互补特征37b(或37a)上是“移位器”13，随着在图10A-10C的实施方式中通过元件30c从左到右平移(即朝向参考压力腔26)而发生的互补特征37a、37b彼此接触，该“移位器”13用作将化学供给物42从催化剂32移开的移位密封件。另一空隙45b和化学供给腔41的剩余部分接收从互补特征37a、37b之间的空隙45a平移来的化学供给物42。由于该移位器13，当在将化学供给物42从催化剂32移开之后互补特征37a、37b保持彼此接触时，该燃料筒10d不产生气体43。随着化学供给物42从催化剂32平移开，该化学供给物42流动通过狭槽或孔31而远离催化剂32，其中化学供给物42随着该元件30c的移动的变化流动，如下面更详细描述的那样。

在图10A-10C的实施方式中，该参考压力腔26被波纹管密封件77、元件30c的端部(在一些实施方式中)和本体78限制。该参考压力腔26还包含弹簧65，其中该弹簧65用作压力器以使该元件30c相对于该燃料筒10d的本体78平移(或转动)。该波纹管密封件77(i)用于将化学供给物42与弹簧65隔离开；(ii)用于将化学供给物42与通向参考压力环境(例如围绕燃料筒10d的环境压力环境)的出口27的参考压力腔26隔离开；和(iii)用于保持两个腔41和26之间的分隔。

图10C是互补特征37a、37b的实施方式的特写图的机械示意图，其中作为实例在图10C中显示为一对摩擦或弹簧负荷摩擦特征92a、92b的制动销90对互补特征37a、37b施加给定量的阻力，除非施加在该元件30c上的力的总和克服该给定量的阻力。应当认识到该给定量的阻力能够由摩擦特征92a、92b的接触角、将一个摩擦特征92b连接到元件30c的元件94的弹簧弹力和摩擦元件92a、92b界面处的材料表面效应设定。在其他实施方式中，可以使用现有技术中已知的其他形式的制动销，例如弹簧负荷圆形表面和缺口对。还应当认识到该给定量的阻力但对于元件30c的两个运行方向可以不同。该阻力可以设定以在从开到关和从关到开的状态的转换之间提供预设量的滞后。

在操作过程中，该继电器式燃料筒10d实施方式根据气态连接到气体出口14的外部装置(未示出)“需要”的气体43的量用自调节工作循环产生气体43。此处所用的术语“自调节工作循环”定义为在产生气体中气体发生装置能够随给定气体需求的燃料(化学供给物)浓度和催化剂效能的变化调节与其开和关状态的总时长相比的开状态时长。该自动调节可以被动或主动进行。

该自调节工作循环(在图11A-11C中示出)是作为该元件30c随化学供给腔41内部压力相对于该化学供给腔外部压力变化或者更通常地随作用在该元件30c上的力的总和的变化而平移(或旋转或其他方式移动)的结果发生的。在操作开始并已经生成了一些气体43之后，随着由于较少或没有气体流动通过气体出口14使气体储存腔40和因此化学供给腔41中压力增长，化学供给腔41中的压力对元件30c施加力，并进而对弹簧65施加力。由此，该元件30c从图10B中的开状态位置转变为图10A和10C中的关状态位置，直至在气体43发生过程中彼此分开的互补特征37a、37b相互接触，这样终止了气体43的发生。同样地，当产生的气体43通过气体出口14的流量重新开始或增大时，气体储存腔40中的压力降低，导致化学供给腔41中的压力降低，由此能使弹簧65对元件30c施加力，这进而当互补特征37a、37b随着化学供给腔41中的压力相对于参考压力腔26内的压力之间的压差变化彼此移动分开时，将催化剂32暴露于化学供给物42。

元件30c的移动开启和关闭催化剂32和化学供给物42之间的反应，其中开状态和关状态的控制在此处称作继电器式控制。该继电器式控制依照在给定时间段内由开状态相对于关状态限定的工作循环能够产生和不产生气体43，下面参考图11A-11C对其更详细描述。图10A和10C中显示了在关状态39a时平移或旋转的元件30c和互补特征37a、37b的位置，图10B中显示了在开状态39b时元件30c和互补特征37a、37b的位置。

应当认识到状态的改变可以是“突变”作用，在压差超过或降至特定阈值之下时发生，且可以对状态的改变设计滞后，例如通过使用制动器或现有技术中已知的其他机械装置，使得在压差保持接近阈值时不发生频繁的突变。

图10B示例说明开状态39b，在该状态时气体43具有一定的流速通过气体出口14流到外部装置(未示出)，如在例如氢气的情况下的燃料电池。在这种情况中，该燃料电池可能随着由电连接到该燃料电池的耗电装置(未示出)对该燃料电池需要的电力的变化而需要气体43。耗电装置的实例可以是单一装置，例如收音机、移动通讯装置、用于转动螺旋桨的电机或整个电动车辆；另一实例可以是为家庭、地区、城镇或城市供电的电力网。换言之，燃料筒10d可以依照自调节工作循环随着电气装置用电量的变化产生气体。

该继电器式燃料筒10d实施方式可以随着用于为电气装置供电的燃料电池的气体需求量的变化每分钟、每几分钟或每小时很多次从图10A和10C的关状态39a改变到图10B的开状态39b并再次返回。在开状态时催化剂的总暴露表面积可以通过设计大于维持最高气体流速所需的表面积。因此，当燃料筒相应于气体储存腔40中的低压力而开动时，该化学供给腔压力能够快速升高到其作用在元件30c上的力至压倒弹簧反作用力(和制动器90的力)并将该元件猛然切换到关闭位置的程度。该元件保持在关位置直至消耗掉足够的气体43，将气体储存腔40和化学供给腔41中的压力降低到使元件猛然回到开位置的值。因此该自调节工作循环控制气体储存腔40内的气体压力以维持气体43通过气体出口14稳定流向燃料电池或其他外部装置。

该燃料筒能够经构造以仅依赖于内部产生的压力而被动操作以通过继电器式控制在开和关状态之间切换。该元件30c能够可替代地经构造以主动操作(例如通过使用螺线管型或线性电机机构)以继电器式方式转变，其中该机构被外部过程激活或控制，该外部过程随着燃料筒内感应到的输入压力的变化而操作。使用由燃料筒10d产生的氢气发电的燃料电池阵列可以为微控制器、微处理器或其他用于运行控制螺线管型或线性电机机构的过程的电路供电。

图11A-11C提供了时序图86a-86c，其示例说明图10A-10C的气体发生装置10d的示例性实施方式的操作相关的自调节工作循环。该时序图86a-86c包括对开状态和关状态的表现，其中该开状态表示为水平线87a，在表示关状态的水平线87b的上方。

在有关图10A-10C的继电器式燃料筒10d实施方式的操作参数方面，图11A的时序图86a示例说明其中催化剂32处于高强度(例如未结垢)且化学供给物42的浓度处于高浓度的情况。时序图86a示例说明例如10％的工作循环，其中开状态T_开具有给定操作周期T_总的10％部分，而关状态T_关具有给定操作周期的90％部分。在该示例的实施方式中，10％工作循环可以是流向图10A和10B的气体储存腔40以在该气体储存腔40内提供足够的压力使得该燃料筒10d能够维持气体43经气体出口14恒定流往外部装置(未示出)(例如燃料电池)所需的全部。在其中气体经气体出口14的流动停止的情况中，应当认识到气体43的产生量降低到该工作循环为0％(未示出)的点，这意味着在给定的操作周期的整个时间均为关状态。应当认识到气体43从气体储存腔40的泄露可以使该工作循环比0％高出特定的量(例如，比0％高1％、3％、5％，或分数量)。

随着时间，由于催化，化学供给物42的浓度降低(例如硼氢化钠被催化为硼化钠)或者催化剂的效能降低。因此，该工作循环提高到例如50％的量，如图11B的时序图86b中示例。通过操作，该化学供给物42由于催化浓度继续降低，引起工作循环增加，使得开状态的持续时间甚至高于关状态，例如90％的工作循环，如图11C的时序图86c中所示例。

特别是，关状态的持续时间T_关在这三种工作循环时序图86a-86c的每一种中都近似相同，因为关状态表示在此期间恒定的气体43流从气体储存腔40经图10A和10B的气体出口14释放到外部装置的时长。如果流往外部装置的气体43的流速略有升高或降低，在时序图86a-86c中呈现的关状态的时长相应减小或增大特定的量以适应适于维持升高或降低的气体流速的气体储存腔40中的压力水平。

这三种时序图86a-86c能够用于呈现多种不同的场景或其组合。与上述实施例相一致的一种场景示例说明其中催化剂32未结垢且具有较强的催化性和其中化学供给物42从高浓度状态随时间改变为较低浓度的状态。在这第一种场景中，图11AA的时序图86a示例说明其中化学供给物42具有高浓度的状态的工作循环，图11B中的时序图86b示例说明其中化学供给物42具有中间浓度状态的工作循环，图11C中的时序图86c示例说明其中化学供给物42具有降低浓度状态的工作循环。图11A的时序图86a中10％的工作循环示例说明其中为了产生足以在气体43经气体出口14流动的同时在气体储存腔40维持基本恒定的气体压力(例如5psi+/-10％、20％或其他百分比)仅需要短暂的开状态的情形；在随后的时间里(图11B或11C)，维持相同的基本恒定的压力所需的开状态的持续时间必须更长(例如50％或90％)。应当认识到10％、50％和90％工作循环的示例仅是工作循环的代表性实例，且工作循环能够以类似的增量在0％-100％范围内。还应当认识到气体储存腔40中的压力能够基于特定应用和设计参数而选择。

在第二场景中，时序图86a-86c示例说明其中随时间催化剂32变得结垢或以其他方式失效的情况，如果在用新鲜的(即高浓度的)化学供给物42多次再次填充气体发生装置10d的过程中使用同一催化剂32就可能发生这种情况。在该场景中，在存在具有高浓度的状态的化学供给物42的催化剂32寿命的早期，该工作循环可能较短(例如图11A的10％)以在该气体储存腔40中产生例如5psi的气体压力；但在其寿命中随后，在具有相同的高浓度状态的化学供给物42存在下为了制备相同量的气体压力，该催化剂32可能需要以约50％的工作循环开始，如图11B中的中间时序图86b中所示例。在该催化剂32的寿命中还随后，在具有相同的高浓度状态的化学供给物42存在下，该催化剂32可能需要该工作循环在90％以上开始，如图11C的时序图86C中所示例，以在气体储存腔40中产生相同5psi的气体压力。

应当认识到在某个时间点，该催化剂32将变得结垢或失效程度足以使得其不能足够地催化化学供给物42，以产生足够量的气体43来维持在气体储存腔40中足够的气体压力，从而维持经气体出口14的流速维持外部装置对气体43的需求。在这种“末期”状态下，该工作循环将为100％，表示开状态的时序表86a-c的水平线87a的长度将减小，如果使用制动器90(图10C),可能会有阶梯作用，最终趋近或等于表示关状态的水平线87b的长度，在此时仅有很少的或没有进一步的气体产生。在这种情况中，使用者将必须再装填催化剂32、更换催化剂32或简单地获得新的燃料筒10d以使得能够再次开始正常操作。

尽管已经参考其示例性实施方式特别显示和描述了本发明，但本领域技术人员将认识到在不脱离所附权利要求书包括的本发明的范围的情况下，可以对其形式和细节进行各种改变。

Claims (26)

1.气体发生装置，包括：

化学供给腔，其限定了经构造以包含化学供给物的容积，该腔包括如下元件，该元件经构造以依照自调节工作循环随着腔内压力相对于腔外压力的变化而变化将该腔内包含的催化剂暴露于该化学供给物，从而以独立定向的方式产生和输出气体。

2.权利要求1的气体发生装置，其中该元件限定了该腔的边界的一部分。

3.权利要求1的气体发生装置，其中该元件经构造以响应于作用在该元件上的力的总和在开位置和关位置之间移动，该力包括由该腔内的压力、参考压力腔内的压力和压力器而施加的力。

4.权利要求3的气体发生装置，其中该化学供给腔设置在由该气体发生装置的主体限定的空腔内，其中该元件和该主体限定了在其上分别具有催化剂或移位器的互补特征，该移位器经构造以将该化学供给物从该催化剂移开，且其中：

当该化学供给腔内的压力高于第一阈值时，该元件相对于主体处于该互补特征彼此接触的位置，其中当该互补特征彼此接触时，该移位器将化学供给物从该催化剂移开；和

当该化学供给腔内的压力低于第二阈值时，该元件相对于主体处于该互补特征彼此分开的位置，

其中该第一和第二阈值彼此相同或不同。

5.权利要求1的气体发生装置，其中该化学供给腔设置在由该气体发生装置的主体限定的空腔内，其中该元件和该主体限定了多个互补特征，在该互补特征上分别具有催化剂或移位器，且其中该多对互补特征经构造从而彼此平行地将该催化剂暴露于该化学供给物和将该化学供给物从该催化剂移开。

6.权利要求1的气体发生装置，进一步包括制动器，所述制动器与该元件耦合以在自调节工作循环的状态改变时使该元件抵抗运动以提供滞后作用。

7.权利要求1的气体发生装置，其中该元件和催化剂彼此耦合。

8.权利要求1的气体发生装置，其中该化学供给腔设置在由该气体发生装置的主体限定的空腔内，其中该催化剂以面对腔的方向与该主体耦合，且其中该元件经构造从而相对于该主体以平移或转动的方式运动。

9.权利要求1的气体发生装置，其中该元件经构造以相对于催化剂平移或转动。

10.权利要求1的气体发生装置，其中主体限定了该气体发生装置的外形，且其中该主体或该元件经构造以具有带有催化剂的***件，所述***件可移动地分别与该主体或元件结合。

11.权利要求1的气体发生装置，其中该气体发生装置限定了三个腔，包括气体储存腔、化学供给腔和参考压力腔；

其中该气体发生装置进一步包括可渗透气体但不可渗透液体的膜，其将气体储存腔与化学供给腔分隔开；

其中密封件或与该元件相结合的密封件将该化学供给腔与该参考压力腔分隔开；和

其中产生的气体以独立定向的方式从化学供给腔流到气体储存腔。

12.权利要求11的气体发生装置，进一步包括位于参考压力腔中的压力器，该压力器与该元件连接以在该元件上施加力，且其中该元件以施加在其上的力的总和的函数而移动。

13.权利要求1的气体发生装置，其中在限定该自调节工作循环的状态的开状态到关状态的转换过程中，将化学供给物从催化剂移开。

14.产生气体的方法，包括：

将化学供给物包含在化学供给腔中；和

以腔内压力相对于腔外压力的函数用自调节工作循环将该腔内包含的催化剂暴露于该化学供给物，从而以独立定向的方式产生和输出气体。

15.权利要求14的方法，其中将催化剂暴露于该化学供给物包括移动或改变所述腔的边界的一部分的方向。

16.权利要求14的方法，进一步包括响应于作用在该元件上的力的总和在开位置或方向和关位置或方向之间移动该元件，该力包括由该腔内的压力、参考压力腔内的压力和压力器施加的力。

17.权利要求14的方法，其中该化学供给腔设置在由该气体发生装置的主体限定的空腔内，其中该元件和该主体限定了互补特征，在其上分别具有催化剂或移位器，该移位器经构造以将该化学供给物从该催化剂移开，且其中：

当该化学供给腔内的压力高于第一阈值时，该方法进一步包括将该元件相对于主体定位或定向使该互补特征彼此接触，其中当该互补特征彼此接触时，该移位器将化学供给物从该催化剂移开；和

当该化学供给腔内的压力低于第二阈值时，该方法进一步包括将该元件相对于主体定位或定向，使该互补特征彼此分开，

其中该第一和第二阈值彼此相同或不同。

18.权利要求14的方法，其中该化学供给腔设置在由该气体发生装置的主体限定的空腔内，其中该元件和该主体限定了多个互补特征，在该互补特征上分别具有催化剂或移位器，该多个互补特征经设置以彼此平行的方式操作，且其中该方法进一步包括通过将多个互补特征的一组类似的构件彼此平行移动以在限定该自调节工作循环的状态之间转换而将该催化剂暴露于该化学供给物和将该化学供给物从该催化剂移开。

19.权利要求14的方法，其中将该催化剂暴露于该化学供给物包括在该自调节工作循环状态改变时将该催化剂滞后暴露于该化学供给物。

20.权利要求14的方法，其中暴露该催化剂包括在限定该自调节工作循环的状态之间转变的过程中用该元件移动该催化剂。

21.权利要求14的方法，其中暴露该催化剂包括在限定该自调节工作循环的状态之间转变的过程中相对于该催化剂平移或转动该元件。

22.权利要求14的方法，其中***件包括催化剂，且其中该方法进一步包括能使使用者用不同的***件更换与其中限定气体发生装置或元件的主体相连的***件。

23.权利要求14的方法，其中该化学供给腔与气体储存腔和参考压力腔操作耦合，且其中该方法进一步包括：

使气体而非化学供给物能够以独立定位的方式从化学供给腔经可渗透气体但不可渗透液体的膜通往气体储存腔；

使该元件能够在该化学供给腔和参考压力腔的边界处改变位置或定位。

24.权利要求23的方法，其中使该元件能够改变位置或取向包括通过使用位于参考压力腔中的压力器对该元件施加力。

25.权利要求14的方法，进一步包括在限定该自调节工作循环的状态的从开状态到关状态的转换过程中，将化学供给物从催化剂移开。

26.用于产生气体的装置，包括：

用于将化学供给物包含在化学供给腔中的装置；和

用于以腔内压力相对于腔外压力的函数用自调节工作循环将该腔内包含的催化剂暴露于该化学供给物从而以独立定向的方式产生和输出气体的装置。