CN103836328A

CN103836328A - 氢气储放系统

Info

Publication number: CN103836328A
Application number: CN201210480378.7A
Authority: CN
Inventors: 李西敏
Original assignee: Beijing Zhong Ke San Huan High Tech Co Ltd; Tianjin San Huan Lucky New Materials Inc
Current assignee: Beijing Zhong Ke San Huan High Tech Co Ltd; Tianjin San Huan Lucky New Materials Inc
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明提供一种氢气储放系统。该系统包括用于容纳储氢金属的金属储氢容器（1）和给储氢金属提供氢气的氢气源（6），其特征在于，所述储氢容器（1）的外壁直接接触作为热媒的水。该系统以水作为热媒，安全环保；结构简单，制造和维护成本低；工作稳定性好。

Description

氢气储放系统

技术领域

本发明涉及一种氢气储放系统。

背景技术

氢气是一种高效清洁的能源，可在燃烧后提供热能或通过燃料电池转化为电能。然而，氢的可燃性使其储存成为难题。现有的储氢技术包括高压储氢、固体储氢等。高压储氢的显著缺点是存在安全隐患。在用于储氢的固体材料中，某些类型的金属（包括合金）是比较有前景的材料。金属在吸放氢的过程中表现出显著的热效应，即，吸氢时放热，放氢时吸热。因此，为了保证吸放氢的顺利进行，需要为金属储氢装置配置一定的换热部件或换热材料。

CN101832464公开了一种热量自平衡型储放氢装置。该装置的主要特点在于，储氢容器内部设置若干根空心的透气料柱，透气料柱内部填充储氢金属颗粒和蓄热胶囊的混合物。蓄热胶囊具有铝或铜制的外壳，内部填充改性石蜡。改性石蜡是复合相变材料，能吸收储氢金属吸氢时放出的热，并在储氢金属放氢时将其吸收的热量提供给储氢金属，从而实现储氢金属吸放氢时的温度控制和能量平衡。

对于CN101832464公开的储放氢装置，由于不需要为储氢容器配置额外的换热部件，而使整个装置结构简单紧凑。但是，透气料柱内部填充的储氢金属颗粒和蓄热胶囊必须具有适当体积比才能保证储氢金属颗粒实现热量自平衡。而且，为了保证储氢金属颗粒与蓄热胶囊进行充分的热交换，两者之间要有足够大的接触面积，为此，胶囊的尺寸要尽可能小。然而，储氢金属颗粒在储存和释放氢的过程中会发生体积膨胀和收缩，反复吸放氢循环后，储氢金属颗粒发生粉化，变成非常细小的颗粒。其结果，储氢金属颗粒与蓄热胶囊的体积比和接触面积发生变化，储氢金属是否还能借助蓄热胶囊实现热量自平衡成为问题，也就是说，该储放氢装置不具有可靠的工作稳定性。

CN101680599公开了一种具有热交换装置的模块式储放氢装置。在该装置中，在容纳于容纳腔室中的氢吸收金属粉末吸收氢气时，低温的热媒供给到进口集管的供给腔室并流入热媒管道，吸氢粉末中产生的热经由翅片被热媒吸收并被带出装置；在释放氢时，预定温度的热媒供给到进口集管的供给腔室并流过热媒管道，热媒通过翅片将吸氢粉末加热到预定温度。该装置的显著特点在于，多个贮槽模块能相邻布置在壳体中以形成与待安装位置的形状相适应的形状。

CN101680599公开的储放氢装置虽然便于安装，适于安装到具有特定形状的设备中，但其复杂的结构使得制造和维护成本都很高，不适于给一般简单的设备供氢。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于，提供一种结构简单、工作稳定性优异的氢气储放系统。

为了达到上述目的，本发明提供一种氢气储放系统，包括用于容纳储氢金属的金属储氢容器1和给储氢金属提供氢气的氢气源6，其特征在于，所述储氢容器1的外壁直接接触作为热媒的水。

本发明的氢气储放系统使用水作为热媒，热媒与储氢容器1的外表面直接接触来实现热交换。水是一种安全、环保、易得的热媒。热媒与储氢容器1的外表面直接接触使得储氢容器1的结构可以很简单，从而降低了生产和维护成本。

在本发明优选的氢气储放系统中，由于储氢容器1的内表面连接有金属翅片，容纳在容器内的储氢金属在吸放氢的过程中不仅与容器内表面直接接触，还通过与翅片接触而与容器内表面间接接触，从而与热媒发生充分的热交换。

本发明优选的氢气储放系统还包括传感器3，所述储氢容器1与所述传感器3连接，所述传感器3与所述水阀门2相连。在该优选的氢气储放系统中，传感器3用于检测储氢容器1内部物理量的变化。由于随着氢气的释放储氢容器1内部的物理量会发生变化，为了稳定地向外部需氢设备提供氢气，传感器3将储氢容器1内的物理量大小实时地传递给水阀门2，水阀门2相应地改变开关的程度，以改变与储氢容器1接触的热水的量和温度，从而调节氢气供应的速度。因此，本发明的氢气储放系统具有优异的工作稳定性。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的氢气储放系统的示意图。

图2是储氢容器内部结构的示意图。

图3是本发明另一实施方式的氢气储放系统的示意图。

具体实施方式

以下参照具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明一个实施方式的氢气储放系统包括：金属储氢容器1、水阀门2、传感器3、热水器4、喷淋器5、氢气源6、氢气阀门7、电机8、减速器9和恒温器10。

储氢容器1中装有储氢金属（包括合金），储氢金属可以例举CaNi₅、LaNi_4.7Al_0.3、LaNi₅、Ti_0.8Zr_0.2Cr_0.8Mn_1.2、TiCo_0.5Fe_0.5、Ti_0.9Zr_0.1Mn_1.4V_0.2Cr_0.4。储氢金属可以根据外部需氢设备对氢气压力的要求来选择。如图2所示，储氢容器1的内表面连接有金属翅片。当储氢容器1被电机8直接驱动或经减速器9驱动而旋转时，储氢容器1内的储氢金属不仅被金属翅片充分搅拌，而且还由于金属翅片与储氢容器1的内表面直接相连而与跟储氢容器1外表面接触的热媒发生充分的热交换。储氢容器1的旋转方式可以例举如下：储氢容器1顺时针旋转180度，接着逆时针旋转180度，如此反复。

在本发明中，水是热媒。用作热媒的水可以由热水器4提供。热水器4可以是日常生产生活中常见的各种热水器，只要它提供不同温度的水即可。由热水器4提供的水由水阀门2控制其流量和水温，控制方式可以如一般家用热水器那样：通过阀门左右旋转的角度控制冷热水的混合比，通过上下开合的角度控制水流量。水阀门2还与传感器3相连。传感器3的另一端与储氢容器1相连。储氢金属在释放氢时，储氢容器1的氢供应状态发生变化，这种状态变化反映为储氢容器1内温度、压力、电导率等物理量的变化。因此，传感器3可以是压力传感器、温度传感器、电导率传感器等。

在例如热水器不可得的特殊情况下，用作热媒的水可以用其他方式提供，例如，用泵将其他来源的冷、热水供应给储氢容器1表面。

本实施方式的氢气储放系统还可包括喷淋器5，喷淋器5位于水阀门2的下游且所述储氢容器1的上方。喷淋器5的作用是以喷淋的方式向储氢容器1提供水。当然，本发明的氢气储放系统也可不包括喷淋器，而是以其他方式如浸渍的方式向储氢容器1提供水。当不使用喷淋方式时，为了使储氢容器1与不同温度的水进行充分的热交换，需要在储氢容器1的周围提供例如排水系统。

储氢容器1的出口还可连接恒温器10，使得供应到外部需氢设备的氢气满足一定的温度要求。

用于给储氢金属提供氢气的氢气源6可以例举氢气瓶。

下面说明上述实施方式的氢气储放系统的工作过程。

断开水阀门2与传感器3之间的连接；打开电机8和减速器9，使储氢容器1旋转；打开水阀门2，将冷水供应给喷淋器5；打开供氢阀门7，将氢气源6中的氢气供应给储氢容器1；关闭供氢阀门7；将外部需氢设备连接到恒温器10；打开供氢阀门7；使水阀门2与传感器3之间保持连接；传感器3控制水阀门2而将热水供应给喷淋器5；从储氢容器1释放的氢气经过恒温器10供应给外部需氢设备。

通过以上步骤就完成了一个完整的储放氢过程。

现以传感器3是压力传感器为例将传感器3控制水阀门2的方式举例说明如下：根据外部需氢设备所需氢气的压力为传感器3设定阈值；随着储氢容器1不断释放氢气，其内部压力会降低；传感器3检测到储氢容器1的压力低于设定的阈值，于是将阈值与实际压力的差值传递给水阀门2；水阀门2根据这一差值将流量更大的、温度更高的水供应到喷淋器5；储氢容器1的表面被喷淋器5喷出的水喷淋，将热量传递给内部的储氢金属，储氢金属吸热，放出更大量的氢气，储氢容器1内部的氢气压力升高，达到需氢设备所需压力。

如图3所示，本发明另一实施方式的氢气储放系统包括两个储氢容器1，以及相应的水阀门2、传感器3、喷淋器5、电机8和减速器9。两个喷淋器5由一个热水器4供应作为热媒的水。两个储氢容器1由一个氢气源6供应氢气。在向外部需氢设备供氢时，打开供氢阀门7和7′（或7″）且关闭阀门7″（或7′），并且关闭水阀门2′（或2），使得一个储氢容器1处于放氢状态，另一储氢容器1处于备用状态。

作为上述另一实施方式的一个变型，氢气储放系统包括三个或更多个储氢容器，以及其他相应的部件，这些部件的连接方式与上述另一实施方式类似，使得在向外部需氢设备供氢时，两个或更多个储氢容器处于放氢状态，一个储氢容器处于备用状态。

作为上述另一实施方式的又一个变型，氢气储放系统包括两个或更多个储氢容器，同时还包括两个或更多个热水器。这样，当某些储氢容器处于放氢状态时，另一些储氢容器可以处于充氢状态，从而可以向外部需氢设备不间断的供应氢气。

需要说明的是，尽管以上使用实施方式说明了本发明，但本发明不限于上述实施方式。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可对本发明进行各种修改、替换或改进。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种氢气储放系统，包括用于容纳储氢金属的金属储氢容器（1）和给储氢金属提供氢气的氢气源（6），其特征在于，所述储氢容器（1）的外壁直接接触作为热媒的水。

2.根据权利要求1所述的氢气储放系统，其特征在于，所述储氢容器（1）的内壁连接有金属翅片。

3.根据权利要求1所述的氢气储放系统，其特征在于，还包括热水器（4），用于提供所述作为热媒的水。

4.根据权利要求3所述的氢气储放系统，其特征在于，还包括水阀门（2），所述水阀门（2）连接于所述热水器（4）的出口。

5.根据权利要求4所述的氢气储放系统，其特征在于，还包括喷淋器（5），所述喷淋器（5）位于所述水阀门（2）的下游且所述储氢容器（1）的上方。

6.根据权利要求5所述的氢气储放系统，其特征在于，还包括传感器（3），所述储氢容器（1）与所述传感器（3）连接，所述传感器（3）与所述水阀门（2）相连。

7.根据权利要求1至6任一项所述的氢气储放系统，其特征在于，所述储氢容器（1）能够旋转。

8.根据权利要求1至6任一项所述的氢气储放系统，其特征在于，在所述储氢容器（1）的出口设置有恒温器（10）。