CN102401233A - 基于金属储氢原理的储氢罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储氢罐，提供了一种安全性好，储氢密度高的基于金属储氢原理的储氢罐，解决了现有技术中存在的氢储存安全性差，能耗大，储氢密度低等技术问题，它包括压力储罐及设于压力储罐上的氢气输入口和氢气输出口，在氢气输入口上设有输入端控制阀，氢气输出口上设有输出端控制阀，在所述压力储罐内填充有若干粉末状的储氢合金，在储氢合金内埋设有若干条加热管束，所述加热管束穿插固定在翅片组上并与压力储罐外的电加热器电源相连，在对应于加热管束周边的翅片组上设有冷却水管，所述冷却水管的两端延伸至压力储罐外与冷却水系统相连，所述电加热器电源、输入端控制阀及输出端控制阀连接在控制系统上。

Description

基于金属储氢原理的储氢罐

技术领域

本发明涉及一种储氢罐，尤其涉及一种安全性好，储氢密度高的基于金属储氢原理的储氢罐。

背景技术

随着石油，天然气等传统能源的开发使用，由此带来的环境污染也是日益严重，同时由于石油，天然气等传统能源的存贮是有限的，因此新型能源的开发及应用是全人类所面临的一个课题。氢气作为自然界中最普遍的元素，资源可以说无穷无尽，它具有热值高，无污染等优点。氢的储存是氢能利用的重要环节，现有的储氢方法一般分为气态储氢和液态储氢，气态储氢是将氢气贮存在高压钢瓶内，储氢密度低且安全性差；而液态储氢一般应用于航空航天等重大项目中，由于氢气需要冷却至-253℃左右才能液化，能耗高，同时对储罐的绝热性能要求更高，上述问题都制约了氢能的广泛应用。随着储氢合金的应用，氢气即可以以原子或氢化物的形式储存在储氢合金内，具有储氢密度高，储存容器的耐高压和绝热性能要求相对较低，安全性好等优点成为氢气储存的一种潜在的理想方式。

发明内容

本发明主要是提供了一种安全性好，储氢密度高的基于金属储氢原理的储氢罐，解决了现有技术中存在的氢储存安全性差，能耗大，储氢密度低等技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于金属储氢原理的储氢罐，包括压力储罐及设于压力储罐上的氢气输入口和氢气输出口，在氢气输入口上设有输入端控制阀，氢气输出口上设有输出端控制阀，在所述压力储罐内填充有若干粉末状的储氢合金，在储氢合金内埋设有若干条加热管束，所述加热管束穿插固定在翅片组上并与压力储罐外的电加热器电源相连，在对应于加热管束周边的翅片组上设有冷却水管，所述冷却水管的两端延伸至压力储罐外与冷却水系统相连，所述电加热器电源、输入端控制阀及输出端控制阀连接在控制系统上。装置利用储氢合金的储氢原理，即氢气可以以原子或氢化物的形式储存在储氢合金内，将粉末状的储氢合金存贮在一个密闭的压力储罐内，在储氢合金内埋设加热管束，加热管束的周围又设置若干冷却水管，为了提高传热效率及固定加热管束和冷却水管，二者均穿插固定在翅片组上，由于储氢合金吸氢时，由于反应会放热，冷却水用于储氢合金吸氢放热时降温，储氢合金逆向释放氢气时开启电加热器电源对加热管束加热，且加热和冷却过程通过控制系统自动控制，相对传统的液态储氢和气态储氢方法稳定性和安全性更好，储氢密度更高。

作为优选，所述翅片组包括若干个等距排列的翅片，所述翅片的形状与压力储罐的横截面形状一致并沿压力储罐的轴线方向水平排列，所述加热管束垂直穿插在翅片上并沿翅片表面均布。确保储氢合金加热及冷却均匀。

作为优选，所述冷却水管为一体式连接，所述冷却水管在翅片组的顶面与底面间呈蛇形弯折，且冷却水管在翅片表面均布。蛇形弯折的一体式冷却水管固定方式可靠，便于安装，冷却水管在翅片表面均布时，确保翅片受热及冷却均匀，使储氢合金均匀加热及降温。

作为优选，在所述压力储罐上至少设有四个温度传感器，所述温度传感器连接在控制系统上，其中的三个温度传感器设于压力储罐上，且在储氢合金的填充高度范围内均布，另一个温度传感器安装在冷却水管的出口管路上。在压力储罐内对应于储氢合金的填充高度范围内均匀设置三个温度测点，即可通过控制系统的界面实时监视压力储罐内的温度变化，每个温度测点都会有高温报警和超高温联锁关电加热器电源的保护，中间位温度测点的温度信号进入控制系统，通过温度控制器输出控制信号给电加热器电源，并调节电加热器电源功率来达到设定的加热温度；通过在冷却水管的出口管路上设置一个温度测点，可以监控冷却水回水温度并具有温度高报警功能。

作为优选，在对应于储氢合金上方的压力储罐上设有过压排放阀和压力传感器，所述压力传感器通过控制系统与过压排放阀相连。压力储罐顶部的压力测点可通过控制系统实时监测压力储罐内的压力，压力传感器上的压力信号进入控制系统后输出信号给过压排放阀，通过调节过压排放阀的开度来保持储罐压力为设定值。且有高压报警和低压报警，及压力过高联锁和压力过低联锁，压力过高联锁会强制开启过压排放阀，同时强制关闭氢气输入口上的输入端控制阀；压力过低联锁则会强制关闭氢气输出口上的输出端控制阀和过压排放阀，在特殊情况下，也可以通过设置手动排放阀来控制压力储罐内的压力。

作为更优选，在所述压力储罐上设有安全阀，所述过压排放阀和安全阀的排放口连接在阻火器上。储罐上安装有安全阀，安全阀设定压力需根据所用储氢合金材料来确定。如果压力储罐出现超压时，安全阀会起跳将压力释放。安全阀和过压排放阀的泄压管线合并后经过阻火器后可实现氢气的安全排放。

作为优选，在所述输出端控制阀与压力储罐之间的连接管路上设有流量计，所述流量计通过流量控制器连接在输出端控制阀上。通过流量计可以在控制系统上监视氢气流量，也可以通过流量控制器控制输出端控制阀开度来调节输出的氢气流量。

作为优选，在所述输出端控制阀的出口端设有止回阀，止回阀的出口端设有出口手动隔断阀，在所述输入端控制阀与压力储罐之间的连接管路上设有进口手动隔断阀。止回阀的作用是为了防止下游气体回窜造成储罐内的污染，甚至是储氢合金在污染气氛下中毒；输出端控制阀为气动截止阀，它通过电磁阀控制其开关，当电磁阀关闭时，输出端控制阀失气关闭，当电磁阀开时，输出端控制阀可以通过手动控制器和流量控制器来串级控制输出端控制阀。当手动控制器投手动模式时，输出端控制阀的阀位受手动控制器控制，当手动控制器投串级控制模式时，输出端控制阀的阀位受流量控制器控制。

作为优选，所述储氢合金为LaNi₅、Mg₂Ni或TiFe等稀土金属合金。

作为优选，在所述加热管束外设有罩壳，所述罩壳及冷却水管焊接或涨接在翅片组上。罩壳起到保护和固定加热管束的作用，焊接或涨接在翅片组上，固定方式简单可靠。

因此，本发明的基于金属储氢原理的储氢罐具有下述优点：本装置利用金属的储氢原理，将氢气以原子或氢化物形式储存在粉末状的储氢合金内，将粉末状的储氢合金置入密闭的压力储罐内，压力储罐内均匀分布有冷却水管和电加热器电源加热的加热管束，为了提高传热效率，冷却水管和加热器管束为一体式的管翅形式，冷却水用于储氢合金吸氢时将反应释放的热量带出，如需要储氢合金逆向放出氢气时，开启电加热器电源对加热管束进行加热。结构简单，安全性高，储氢密度大。

附图说明：

图1是本发明基于金属储氢原理的储氢罐的结构示意图；

图2是图1所示的A-A剖视放大图。

具体实施方式：

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例： 

如图1所示，本发明的一种基于金属储氢原理的储氢罐，包括一个坚直放置的圆筒形的压力储罐1，在压力储罐1的顶端带有一个氢气输入口11和一个氢气输出口12，为了便于对压力储罐1抽真空，在压力储罐1的顶端还有一个抽真空接口24，与抽真空接口24对接的管路上装有一个真空手动隔断阀25，在氢气输入口11上装有输入端控制阀10，输入端控制阀10为气动截止阀，由电磁阀控制其开关，当对应的电磁阀关闭时，输入端控制阀10失气关闭，当电磁打开时，输入端控制阀10也可以通过输入端手动控制器27来控制其开度。氢气输出口12上装有输出端控制阀13，在输出端控制阀13与压力储罐1之间的连接管路上还装有一个流量计18，流量计18通过流量控制器22连接在输出端控制阀13上，输出端控制阀13也为气动截止阀，当对应的电磁阀打开叶，输出端控制阀13可以通过输出端手动控制器28和流量控制器22来串级控制。当输出端手动控制器28投手动模式时，输出端控制阀13的阀位受输出端手动控制器28的值控制；当输出端手动控制器28为串级控制模式时，输出端控制阀13的阀位受流量控制器22的值控制。在输出端控制阀13的出口端装有一个止回阀19，止回阀19的出口端装有出口手动隔断阀20，在输入端控制阀10与压力储罐1之间的连接管路上装有进口手动隔断阀23，在压力储罐1内填充有若干粉末状的储氢合金7，储氢合金7为LaNi5，且储氢合金7占压力储罐1容积的约70%左右，在储氢合金7内埋装五条加热管束2，在每条加热管束2外均套装一根不锈钢材质的罩壳21，加热管束2的底端通过电缆与压力储罐1外的电加热器电源9相连，加热管束2的上端垂直穿插在一个翅片组上，翅片组包括八个等距排列的圆形的翅片31，翅片31沿压力储罐1的轴线方向水平排列，如图2所示，翅片31的边沿与压力储罐1的内壁间预留有10mm的间隙，五根加热管束2涨接在翅片31上并在翅片31表面上均布，在对应于加热管束2周边的翅片组上均设冷却水管4，冷却水管4为一体式蛇形弯折的铜管，冷却水管4回转穿插在在翅片组的顶面与底面间并与翅片31涨接，冷却水管4的两端自压力储罐1的底部延伸至压力储罐1外与冷却水系统6相连，其中的电加热器电源9、输入端控制阀10及输出端控制阀13连接在由电脑控制的控制系统上。在压力储罐1上还装有四个温度传感器8，温度传感器8连接在控制系统上，其中的三个温度传感器8位于压力储罐1的侧壁上，且三个温度传感器8在储氢合金7的填充高度范围内均布，另一个温度传感器8安装在冷却水管4的出口管路上，在对应于储氢合金7上方的压力储罐1上还装有一个过压排放阀14、一个压力传感器15和一个安全阀16，在过压排放阀14的输入端与输出端之间并联一个过压手动排放阀26，压力传感器15通过控制系统与过压排放阀14相连，过压排放阀14、过压手动排放阀26和安全阀16的排放口同时连接在阻火器17上。

使用前，首先对压力储罐1抽真空，抽除罐内的气体，然后充入氢气，重复这样的操作几次，一方面确保压力储罐1内的原有气体被氢气彻底置换，另一方面则可以促使储氢合金7完成活化。储氢合金7吸氢时，由于反应放热，冷却水持续对压力储罐1内部进行冷却降温，因此冷却水管4的进出口管线上的蝶阀必须确保一直处于打开状态。如储氢合金7需要逆向放出氢气，则需开启电加热器电源9对储氢合金7进行加热，根据设定的加热温度，温度控制器输出控制信号来调节电加热器电源9的功率达到设定的加热温度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的构思作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于金属储氢原理的储氢罐，包括压力储罐（1）及设于压力储罐（1）上的氢气输入口（11）和氢气输出口（12），在氢气输入口（11）上设有输入端控制阀（10），氢气输出口（12）上设有输出端控制阀（13），其特征在于：在所述压力储罐（1）内填充有若干粉末状的储氢合金（7），在储氢合金（7）内埋设有若干条加热管束（2），所述加热管束（2）穿插固定在翅片组上并与压力储罐（1）外的电加热器电源（9）相连，在对应于加热管束（2）周边的翅片组上设有冷却水管（4），所述冷却水管（4）的两端延伸至压力储罐（1）外与冷却水系统（6）相连，所述电加热器电源（9）、输入端控制阀（10）及输出端控制阀（13）连接在控制系统上。

2.根据权利要求1所述的基于金属储氢原理的储氢罐，其特征在于：所述翅片组包括若干个等距排列的翅片（31），所述翅片（31）的形状与压力储罐（1）的横截面形状一致并沿压力储罐（1）的轴线方向水平排列，所述加热管束（2）垂直穿插在翅片（31）上并沿翅片（31）表面均布。

3.根据权利要求1或2所述的基于金属储氢原理的储氢罐，其特征在于：所述冷却水管（4）为一体式连接，所述冷却水管（4）在翅片组的顶面与底面间呈蛇形弯折，且冷却水管（4）在翅片（31）表面均布。

4.根据权利要求1或2所述的基于金属储氢原理的储氢罐，其特征在于：在所述压力储罐（1）上至少设有四个温度传感器（8），所述温度传感器（8）连接在控制系统上，其中的三个温度传感器（8）设于压力储罐（1）上，且在储氢合金（7）的填充高度范围内均布，另一个温度传感器（8）安装在冷却水管（4）的出口管路上。

5.根据权利要求1或2所述的基于金属储氢原理的储氢罐，其特征在于：在对应于储氢合金（7）上方的压力储罐（1）上设有过压排放阀（14）和压力传感器（15），所述压力传感器（15）通过控制系统与过压排放阀（14）相连。

6.根据权利要求5所述的基于金属储氢原理的储氢罐，其特征在于：在所述压力储罐（1）上设有安全阀（16），所述过压排放阀（14）和安全阀（16）的排放口连接在阻火器（17）上。

7.根据权利要求1或2所述的基于金属储氢原理的储氢罐，其特征在于：在所述输出端控制阀（13）与压力储罐（1）之间的连接管路上设有流量计（18），所述流量计（18）通过流量控制器（22）连接在输出端控制阀（13）上。

8.根据权利要求1或2所述的基于金属储氢原理的储氢罐，其特征在于：在所述输出端控制阀（13）的出口端设有止回阀（19），止回阀（19）的出口端设有出口手动隔断阀（20），在所述输入端控制阀（10）与压力储罐（1）之间的连接管路上设有进口手动隔断阀（23）。

9.根据权利要求1或2所述的基于金属储氢原理的储氢罐，其特征在于：所述储氢合金（7）为LaNi₅、Mg₂Ni或TiFe等稀土金属合金。

10.根据权利要求1或2所述的基于金属储氢原理的储氢罐，其特征在于：在所述加热管束（2）外设有罩壳（21），所述罩壳（21）及冷却水管（4）焊接或涨接在翅片组上。

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