CN102942159B - 一种复合储氢系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合储氢系统，包括一级储氢罐、二级储氢罐、散热器、温度传感器。所述的散热器加入到一级储氢罐中，散热器和储氢罐内壁紧密接触，散热器内部为弓字形通路或加入金属翅片形成扇型结构，可提高储氢合金粉和氢气的接触面积，储氢合金粉填充在散热器结构，温度传感器插入到储氢合金粉内部，实时监测温度；二级储氢罐为一空罐体，两个储氢罐之间以管路和阀门连接，通过阀门控制氢气的对流。为了保证储氢合金粉留存在散热器结构中，散热器两端加入隔离片；为了保证储氢合金粉不从出口处流出，一级储氢罐两个进出口处加入过滤片。本发明结构简单，热交换效率高，充放氢速度快，同时复合储氢系统兼具较高的体积储氢密度、重量储氢密度。

Description

一种复合储氢系统

技术领域

本发明涉及固态储氢和气态储氢技术，属于氢气的储存、运输及供给领域。

背景技术

氢能是一种公认的清洁二次能源，其研究、开发和利用正受到越来越广泛的重视。由于氢质量小，常温下呈气态，易燃易爆，作为燃料时又具有分散性和间断使用的特点，因此氢的储存是大规模利用氢能的一个关键问题。目前高压气态储氢技术成熟，重量储氢密度高，商业化应用广泛，然而其面临着占地大、安全隐患等问题，不适用于移动式燃料电池、便携式测试仪器等用氢领域。

固态储氢技术相对高压气态储氢来说，很大程度上提高了体积储氢密度，但是重量储氢密度仍相对较低，距离大规模商业化应用有着很大距离。而且基于固态储氢技术的储氢器在实际应用中还具有明显的缺陷：一方面，储氢合金在吸氢时会放出大量热量，使得储氢器温度逐渐升高，导致吸氢减缓甚至无法吸氢；另一方面，储氢合金在放氢时需要吸收大量热量，使得储氢器温度逐渐降低，进而放氢过程受到限制。因此储氢器在工作时需外界提供良好的热交换条件，比如配套水浴循环或风循环，一方面增加了成本，另一方面也增加了能量消耗，降低了能量效率。

以往的专利多注重设计优化散热结构，提高储氢装置内部的导热性，进而增强与外界的热交换；或者通过对储氢器工作过程中产生的热量加以利用，一定限度的提高能量利用效率。但均没有涉及到在储氢装置内部实现热交换，从而有效降低能源消耗。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种复合储氢系统，结合固态储氢技术和高压气态储氢技术，相对固态储氢，该系统大大提高了重量储氢密度，其体积储氢密度相对高压气态储氢也具有很大优势，满足实际使用要求；同时该系统实现了装置内部的热交换，具有温度可控、充放氢速度快等特性。。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种复合储氢系统，包括一级储氢罐、二级储氢罐、散热器、温度传感器。在一级储氢罐中加热散热器，在散热器结构中填充储氢合金粉，温度传感器插入到储氢合金粉内部，实时监测温度；二级储氢罐为一空罐体，两个储氢罐之间以管路和阀门连接，通过阀门控制氢气的对流。为了保证储氢合金粉留存在散热器结构中，散热器两端加入隔离片；为了保证储氢合金粉不从出口处流出，一级储氢罐两个进出口处均加入过滤片。

所述的散热器和储氢罐紧密接触，散热器内部为弓字形通路或加入金属翅片形成扇型结构，提高储氢合金粉和氢气的接触面积，有效改善储氢合金粉之间的导热性。

所述的隔离片具有一定可挠性，可适应由于储氢合金粉吸氢膨胀后散热器的变形。

所述的过滤片的孔隙不大于20微米，防止储氢合金粉透过。

以阀门控制两个储氢罐的连接，以温度传感器实时检测储氢合金粉的温度。本复合储氢系统可实现良好的热效率：

（1）充氢过程：储氢合金吸氢时放热，会使系统温度逐渐升高，当温度高于设定值时，开启阀门并调节，使一级储氢罐中氢气流入二级储氢罐的量高于进入系统的氢气量，此时储氢合金粉部分开始放氢，进而吸收热量，使系统温度降低。

（2）放氢过程：储氢合金放氢时吸热，会使系统温度逐渐降低，放氢速度减慢。当温度低于设定值时，开启阀门，使二级储氢罐中的氢气进入一级储氢罐的氢气的量高于系统的放氢量，此时储氢合金粉部分开始吸氢，进而放热，使系统温度升高。

（3）两个储氢罐的体积可以调整，并可耐一定高压，当体积增大或供氢的压力提高时，二级储氢罐可存储的氢气量会有所提高，进而可以更好的调节一级储氢罐的吸氢、放氢过程。

附图说明

图1为实施例1复合储氢系统的剖视图。

图2为实施例1散热器的结构图。

图3为实施例2复合储氢系统的剖视图。

图4为实施例2散热器的结构图。

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。

实施例1

如图1所示，本发明的复合储氢系统，包括一级储氢罐1、二级储氢罐2、散热器7、温度传感器10。将散热器7加入到一级储氢罐1中，散热器7的外壁和一级储氢罐1的内壁紧密接触，散热器7内部形成弓字形通路，使氢气在一级储氢罐1中折流，在散热器7结构中填充储氢合金粉，温度传感器10插入到储氢合金粉内部，实时监测温度；二级储氢罐2为一空罐体，储氢罐1和2之间以管路和阀门8连接，通过阀门8控制氢气在两罐体之间对流。为了保证储氢合金粉留存在散热器7中，散热器两端加入隔离片5和6；为了保证储氢合金粉不从出口处流出，一级储氢罐两个进出口处加入过滤片3和4。

当该复合储氢系统吸氢时，从阀门9处接入氢气源，使氢气在散热器中折流，和储氢合金粉充分接触，同时储氢合金粉开始吸氢，使得一级储氢罐1内部温度升高，吸氢速度减缓，此时开启阀门8，使储氢合金粉向储氢罐2中放氢，并吸收储氢罐内部的热量。当复合储氢系统放氢时，同样进行控制。

可将温度传感器10连接至外置控制器，设定温度的上限和下限，通过控制器自动控制阀门8和9的开启和关闭，实现复合储氢系统内部温度控制，使得储氢合金粉在优化的条件下实现吸氢和放氢，得到温度可控、充放氢速度快、体积储氢密度和重量储氢密度较高的复合储氢系统。

实施例2

如图3所示，本发明的复合储氢系统，包括一级储氢罐1、二级储氢罐2、散热器7、温度传感器10。散热器7为翅片结构，将储氢罐内部分割成多个扇区，储氢合金粉填充在扇区内，散热器两端加入隔离片5和6，使储氢合金粉留存在散热器内部，温度传感器10插入到储氢合金粉内部，实时监测温度；二级储氢罐2为一空罐体，储氢罐1和2之间以管路和阀门8连接，通过阀门8控制氢气在两罐体之间对流，一级储氢罐1两个进出口处加入过滤片3和4，防止储氢合金粉流出。

当该复合储氢系统工作时，通过温度传感器10监测内部温度，实时控制阀门8和9的开启和关闭，进而实现复合储氢系统内部热交换，使得储氢合金粉在最佳工作条件下吸氢和放氢，提高复合储氢系统的实用型。

以上仅就本发明专利实施例的方案作了说明，但本发明不仅局限于以上实施例，基于以上复合储氢系统的具体结构的变化均在本发明专利范围内。

Claims (5)

1.一种复合储氢系统，包括一级储氢罐、二级储氢罐、散热器、温度传感器，在一级储氢罐中加热散热器，在散热器结构中填充储氢合金粉，温度传感器插入到储氢合金粉内部，二级储氢罐为一空罐体，两个储氢罐之间以管路和阀门连接，散热器两端加入隔离片，一级储氢罐两个进出口处加入过滤片。

2.根据权利要求1所述的复合储氢系统，其特征在于，散热器和储氢罐内壁紧密接触，散热器内部为弓字形通路或加入金属翅片形成扇型结构。

3.根据权利要求1所述的复合储氢系统，其特征在于，隔离片具有一定可挠性，可适应由于储氢合金粉吸氢膨胀后散热器的变形。

4.根据权利要求1所述的复合储氢系统，其特征在于，过滤片的孔隙不高于20微米，防止储氢合金粉透过。

5.根据权利要求1所述的复合储氢系统，其特征在于，该复合储氢系统包含至少一个一级储氢罐和一个二级储氢罐，储氢罐的体积可调，并可耐受不低于5MPa的压力。