CN101162782B - 燃料电池储氢装置以及储氢和充氢系统 - Google Patents
燃料电池储氢装置以及储氢和充氢系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101162782B CN101162782B CN200610140213XA CN200610140213A CN101162782B CN 101162782 B CN101162782 B CN 101162782B CN 200610140213X A CN200610140213X A CN 200610140213XA CN 200610140213 A CN200610140213 A CN 200610140213A CN 101162782 B CN101162782 B CN 101162782B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogen
- coolant
- storage
- pipeline
- hydrogen storage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 218
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 218
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 203
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 15
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 15
- 238000005276 aerator Methods 0.000 claims description 7
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000010349 cathodic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明提供一种燃料电池储氢装置，该储氢装置包括储氢容器，该储氢容器具有氢气出口和氢气入口，该储氢装置还包括设置在储氢容器外围的传热通道，该传热通道具有冷却介质入口和冷却介质出口。本发明还提供一种燃料电池的储氢和充氢系统，该系统除了包括上述的储氢装置之外，还包括充氢装置，该充氢装置包括两端分别与所述冷却介质入口和冷却介质出口连通的冷却介质管路，设置在该冷却介质管路上的驱动装置，以及两端分别与所述氢气入口和外界的氢气源连通的充氢管路。在本发明的储氢和充氢系统中，可以有效利用系统本身的能量，提高整个系统的效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池储氢装置，以及一种燃料电池储氢和充氢系统。
背景技术
燃料电池是利用燃料和氧化剂产生电能的装置，具有高发电效率。燃料电池系统中，以高分子电解质膜为中心，其两侧设置有阳极(ANODE)和阴极(CATHODE)，作为燃料的氢气在阳极发生电化学还原反应，作为氧化剂的氧气在阴极发生电化学氧化反应，此时通过生成的电子的移动，产生电能。
以典型的质子交换膜燃料电池(PEM燃料电池)为例，以氢气为燃料，在阳极反应中，氢气经由扩散层进入，借助催化层的催化剂如铂金属的催化作用，将氢气分解为氢质子及电子，前者经由质子交换膜进入阴极反应区，后者则经由集电装置向外部负载输出。另一方面，氧气作为氧化剂，经由阴极侧的扩散层进入，借助催化层的催化剂如铂金属的催化反应作用被分解，并结合来自于质子交换膜的氢质子及来自集电装置的电子，于阴极反应区生成水。
燃料电池通常以储存在储氢装置中的氢气为燃料。对于气态氢，最常见的储存方式有两种，即高压钢瓶气态储氢和金属氢化物固态储氢。对储氢高压钢瓶补充氢气时，由于氢气为压缩气体，储氢装置会释放大量热量；采用金属氢化物固态储氢时，为金属氢化物补充氢气时为放热反应，并且充氢的速度和温度有关，温度越低，充氢速度越快。
无论是高压钢瓶气态储氢还是金属氢化物固态储氢，在对储氢装置补充氢气时由于压缩氢气或者放热反应的原因，储氢装置会向外界释放大量热能。因为高温一方面容易造成储氢装置爆裂，同时，由于氢气为易燃易爆气体，高温源的存在将增加补充氢气时的不安定因素，因此有必要在补充氢气时对储氢装置实施冷却。
CN 1472836A公开了一种用于燃料电池的贮氢装置，该贮氢装置包括贮氢材料瓶以及设置在该贮氢材料瓶外围或内部的传热通道，所述的贮氢材料瓶设有氢气进出口，所述的传热通道设有传热介质进口及出口。所述传热介质可以使用燃料电池排出的热空气或者从燃料电池排出的生成水，或者使用燃料电池循环冷却流体。
由于贮氢材料装在贮氢瓶中，在向燃料电池释放氢气的过程中为吸热过程，而且其释放氢气的速度与吸热的速度有关，吸热速度越快释放氢气的速度越快。因此，通过上述技术方案，利用燃料电池排出的热空气或者热生成水或者燃料电池循环冷却流体加热来加热贮氢材料，因此能够有效利用能量，氢气释放速度快，燃料电池的发电效率高。
但是，该发明仅仅涉及从储氢装置(贮氢瓶)向燃料电池供应氢气时，为贮氢材料提供热量以提高氢气供应速度的问题；而并没有涉及在向储氢装置中补充氢气时会释放大量热量，从而会增加危险性的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种燃料电池储氢装置，在从外界的氢气源向储氢装置中补充氢气时，能够有效吸收补充氢气过程中储氢装置所释放的热量，从而避免或者显著降低补充氢气过程中的危险性。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种燃料电池的储氢和充氢系统，该系统能够循环使用系统本身的能量，有效吸收补充氢气过程中储氢装置所释放的热量，从而避免或者显著降低补充氢气过程中的危险性，同时还能够提高由外界的氢气源向储氢装置补充氢气的速度。
本发明的一方面提供一种燃料电池储氢装置，该储氢装置包括储氢容器，该储氢容器具有氢气出口和氢气入口，该储氢装置还包括设置在储氢容器外围的传热通道，该传热通道具有冷却介质入口和冷却介质出口。
在本发明的这种储氢装置中，在通过外界的氢气源向储氢装置中补充氢气的过程中，通过设置在储存装置外围的传热通道中流动的冷却介质，能够有效吸收储氢装置释放的热量，从而提高了向储氢装置中补充氢气的安全性。
本发明另一方面提供一种燃料电池的储氢和充氢系统，该系统除了包括上述的储氢装置之外，还包括充氢装置，该充氢装置包括两端分别与所述冷却介质入口和冷却介质出口连通的冷却介质管路，设置在该冷却介质管路上的驱动装置，以及两端分别与所述氢气入口和外界的氢气源连通的充氢管路。
在本发明的储氢和充氢系统中，在由外界的氢气源向储氢装置补充氢气的过程中，氢气在从高压氢气源经过充氢管路补充到储氢装置中时，为气体释放过程，氢气源释放氢气端会吸收热量。与此同时，从传热通道循环流回到冷却介质管路中的冷却介质由于吸收了储氢装置散发的热量而温度升高。因此，在充氢装置中，热量可以从冷却介质管路转移到氢气源，从而可以有效利用系统本身的能量，提高整个系统的效率。
附图说明
图1是本发明的燃料电池储氢装置的一种典型实施方式的结构示意图。
图2是本发明储氢装置的一种优选实施例的截面示意图。
图3是本发明燃料电池储氢和充氢系统的一种典型实施方式的结构示意图。
图4是本发明燃料电池储氢和充氢系统中的一种冷却装置的结构示意图。
图5是本发明燃料电池储氢和充氢系统中的另一种冷却装置的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的典型实施方式进行详细描述。
图1是本发明的燃料电池储氢装置10的一种典型实施方式的结构示意图。
如图1所示，本发明的燃料电池储氢装置10主要包括储氢容器11和设置在储氢容器11外围的传热通道12。
储氢容器11一般为储氢高压钢瓶或金属氢化物储氢合金容器，具有氢气入口16和氢气出口13。储氢容器11中的氢气通过氢气出口13被源源不断地输送到与之连接在一起的燃料电池1中，以便燃料电池1能够持续发电。当储氢容器11中的氢气使用一段时间之后而需要补充时，则可以通过氢气入口16，从外界的氢气补充装置或者氢气源补充氢气。
传热通道12设置在储氢容器11的外围，并具有冷却介质入口14和冷却介质出口15。在需要对储氢容器11进行冷却时，冷却介质从冷却介质入口14进入到传热通道12中，然后从冷却介质出口15排出，使得冷却介质在传热通道12中循环流动，从而有效冷却储氢容器11。
如本发明的背景技术部分所述，CN 1472836A也公开了一种贮氢装置，其中也是在贮氢材料瓶外围设置传热通道，但是该传热通道具有传热介质进口和出口，在使用过程中是将传热介质在传热通道中循环流动，从而对贮氢材料瓶进行加热，以便贮氢材料瓶中的氢气能够更快速地供应给燃料电池，从而提高燃料电池的发电效率。该发明并未涉及从外界的氢气源向贮氢材料瓶中补充氢气，更没有考虑到在补充氢气的过程中贮氢材料瓶会散发出大量热量的问题。因此，该发明与本发明要解决的技术问题截然不同，所以采用的技术方案也并不相同。
在本发明中，传热通道12可以采用本领域的各种结构，只要能够对储氢容器11进行有效冷却即可。
图2是本发明储氢装置10的一种优选实施例的截面示意图。如图所示，在传热通道12中设置有多个环形的冷却介质流道12a、12b、12c，从而增加冷却介质与储氢容器11的热交换效率，在需要时有效降低储氢容器11的温度。
图3是本发明燃料电池储氢和充氢系统的一种典型实施方式的结构示意图。
如图3所示，在本发明的储氢和充氢系统中，除了包括上述的储氢装置10之外，还主要包括了充氢装置20。该充氢装置20主要包括冷却介质管路21，设置在冷却介质管路21上的驱动装置如增压泵22，以及充氢管路23。充氢管路23在使用时连接在氢气入口16与外界的氢气源之间。冷却介质管路21的两端分别连接传热通道12的冷却介质入口14和冷却介质出口15。驱动装置22(后面称之为增压泵)设置在冷却介质管路21上，用于驱动冷却介质进入到传热通道12中，并在传热通道12以及冷却介质管路21中循环流动。充氢管路23连接在储氢容器11的充氢入口16与外界的氢气源之间，用于将氢气源中的氢气通过氢气源中的高压而补充到储氢容器11中。
当从氢气源将氢气补充到储氢容器11中时，由于压缩气体做功或储氢过程的放热反应，为了避免储氢容器11在充氢过程中由于高温而爆裂，减少充氢过程中的不安定因素，同时为了提高充氢速度，启动增压泵22驱动冷却介质在传热通道12中循环以吸收储氢容器11散发的热量，之后冷却介质将从冷却介质出口15返回到冷却介质管路21中。为了降低冷却介质管路21中的冷却介质的温度，优选在冷却介质管路21上还设置有冷却装置24。该冷却装置24可以采用本领域的各种冷却装置，只要能有效降低冷却介质管路21中的冷却介质的温度即可。例如，冷却装置24可以简单地使用风冷装置例如风扇。
如图4所示，将冷却介质管路21的一段可以设计成蛇形管路，通过冷却装置(风扇)24吹扫该蛇形管路的表面，将管路中冷却介质的热量传递到空气中，从而降低冷却介质的温度。蛇形管路通过进出口21a、21b连接到冷却介质流通回路上，通过冷却介质的循环，将储氢容器11的热量传递到空气中。
另外，在氢气通过充氢管路23从氢气源补充到储氢容器11的过程中，氢气从高压环境释放到低压环境，为气体释放过程，氢气源端吸收热量，因此，冷却装置24可采用延伸到氢气源端的热交换管路，利用氢气源端释放氢气时所要吸收的热量来对冷却介质进行冷却。
如图5所示，冷却装置24可以是设置在氢气源外围的热交换管路，其管路的进出口分别连通冷却介质管路21，使得冷却介质流通。冷却装置24通过紧密接触或其他热交换方式将其管路中冷却介质的热量传递到氢气源，以满足氢气源在释放氢气时所要吸收的热量。也就是说，一方面，冷却介质管路21中的冷却介质由于氢气源吸收热量而温度降低，从而循环流入到传热通道12中之后能有效降低储氢容器11的温度；另一方面，氢气源从冷却介质管路21中的冷却介质中吸收热量以释放氢气，从而实现能量的平衡使用，进而在保持储氢容器11在安全温度的情况下，提高了氢气补充的速度。
因此，通过本发明的储氢和充氢系统，不仅可以加快为储氢容器11充氢的速度，提高充氢效率，还可以循环使用能量，提高整个系统的能量利用效率。
Claims (6)
1.一种燃料电池的储氢和充氢系统，该系统包括储氢装置(10)和充氢装置(20)，其特征在于，所述储氢装置(10)包括储氢容器(11)，该储氢容器(11)具有氢气出口(13)和氢气入口(16)，该储氢装置(10)还包括设置在储氢容器(11)外围的传热通道(12)，该传热通道(12)具有冷却介质入口(14)和冷却介质出口(15)；所述充氢装置(20)包括两端分别与所述冷却介质入口(14)和冷却介质出口(15)连通的冷却介质管路(21)，设置在该冷却介质管路(21)上的驱动装置(22)，以及两端分别与所述氢气入口(16)和外界的氢气源连通的充氢管路(23)。
2.根据权利要求1所述的储氢和充氢系统，其中，所述传热通道(12)内具有多个环形的冷却介质流道(12a、12b、12c)。
3.根据权利要求1所述的储氢和充氢系统，其中，所述驱动装置(22)是增压泵。
4.根据权利要求1所述的储氢和充氢系统，其中，所述冷却介质管路(21)还包括冷却装置(24)。
5.根据权利要求4所述的储氢和充氢系统，其中，所述冷却介质管路(21)的一部分设计成蛇形管路，所述冷却装置(24)是设置在该蛇形管路附近的风扇。
6.根据权利要求4所述的储氢和充氢系统，其中，所述冷却装置(24)是设置在氢气源外围的热交换管路，该热交换管路的进出口分别连通冷却介质管路(21)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200610140213XA CN101162782B (zh) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | 燃料电池储氢装置以及储氢和充氢系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200610140213XA CN101162782B (zh) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | 燃料电池储氢装置以及储氢和充氢系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101162782A CN101162782A (zh) | 2008-04-16 |
| CN101162782B true CN101162782B (zh) | 2010-08-25 |
Family
ID=39297655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200610140213XA Expired - Fee Related CN101162782B (zh) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | 燃料电池储氢装置以及储氢和充氢系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101162782B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201900023103A1 (it) * | 2019-12-05 | 2021-06-05 | Ferrari Spa | Veicolo stradale provvisto di un serbatoio per un gas compresso |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011113593A1 (en) * | 2010-03-16 | 2011-09-22 | Amminex A/S | Method and device for controlling effective heat transfer in a solid gas storage system |
| CN104671199B (zh) * | 2013-11-29 | 2018-02-23 | 北京有色金属研究总院 | 一种利用金属氢化物制备高压氢气的装置 |
| CN106334245A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-01-18 | 杭州氢源科技有限公司 | 一种便携式氢气呼吸机 |
| KR102274017B1 (ko) * | 2017-02-15 | 2021-07-06 | 현대자동차 주식회사 | 연료전지 자동차용 열관리 시스템 |
| CN110498389A (zh) * | 2018-05-17 | 2019-11-26 | 上海镁源动力科技有限公司 | 一种基于镁基储氢材料的储放氢系统及储放氢方法 |
| CN109638316B (zh) * | 2018-11-06 | 2020-09-01 | 德州新动能铁塔发电有限公司 | 车载式水氢机甲醇水原料供配方法及系统 |
| CN114234036B (zh) * | 2021-12-02 | 2023-06-13 | 中车株洲电力机车有限公司 | 一种氢能轨道车辆用固态储氢罐及储氢系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1472836A (zh) * | 2002-07-29 | 2004-02-04 | 上海神力科技有限公司 | 一种用于燃料电池的贮氢装置 |
| CN1489798A (zh) * | 2001-01-29 | 2004-04-14 | 摩托罗拉公司 | 用于燃料电池氢化物存储容器的充氢系统 |
-
2006
- 2006-10-09 CN CN200610140213XA patent/CN101162782B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1489798A (zh) * | 2001-01-29 | 2004-04-14 | 摩托罗拉公司 | 用于燃料电池氢化物存储容器的充氢系统 |
| CN1472836A (zh) * | 2002-07-29 | 2004-02-04 | 上海神力科技有限公司 | 一种用于燃料电池的贮氢装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP特开2001-304495A 2001.10.31 |
| JP特开2002-61797A 2002.02.28 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201900023103A1 (it) * | 2019-12-05 | 2021-06-05 | Ferrari Spa | Veicolo stradale provvisto di un serbatoio per un gas compresso |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101162782A (zh) | 2008-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101162782B (zh) | 燃料电池储氢装置以及储氢和充氢系统 | |
| CN105244519B (zh) | 金属氢化物储氢与燃料电池联合系统 | |
| CN109708002B (zh) | 一种温度补偿式合金储氢供氢系统 | |
| CN209691855U (zh) | 车载燃料电池系统及氢动力车辆 | |
| JP3823181B2 (ja) | 燃料電池用発電システム及び発電システムの廃熱再循環冷却システム | |
| CN100483816C (zh) | 耦合储氢单元的燃料电池 | |
| WO2003041188A3 (en) | Chemical hydride hydrogen generation system and fuel cell stack incorporating a common heat transfer circuit | |
| CN103185196A (zh) | 一种金属氢化物储氢系统及其制作方法 | |
| JP2003287195A (ja) | 水素容器の燃料補給システムおよび方法 | |
| CN100459268C (zh) | 基于储存氢的可再充燃料电池系统 | |
| CN110137534A (zh) | 燃料电池系统及氢动力车辆 | |
| KR102169149B1 (ko) | 연료전지용 저압 메탈하이브리드 수소 충방전 시스템 | |
| CN102195056A (zh) | 带金属氢化物储氢单元的燃料电池便携式手提电源 | |
| CN101604933B (zh) | 氢气-碱金属热电直接转换器发电系统 | |
| KR101910126B1 (ko) | 연료전지 시스템 | |
| US20160181633A1 (en) | Complex fuel cell stack with hydrogen storage unit | |
| CN114883594B (zh) | 以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统 | |
| CN110077225A (zh) | 储氢装置及氢动力车辆 | |
| CN109935866B (zh) | 一种用于液体燃料电池系统低温启动的方法 | |
| CN115548374A (zh) | 一种提升水下运载平台燃料电池辅助系统热效率的系统 | |
| JP2002061797A (ja) | 水素ステーション | |
| CN214636468U (zh) | 一种活性炭再生余热回收装置 | |
| JP2009054474A (ja) | 水素供給装置及び燃料電池自動車 | |
| CN116264297A (zh) | 一种低气压氢空燃料电池系统的低温启动方法 | |
| CN106450390A (zh) | 一种新型便携式乙醇燃料电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100825 |