CN107922186A - 固体氢存储系统 - Google Patents

固体氢存储系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107922186A
CN107922186A CN201580082492.6A CN201580082492A CN107922186A CN 107922186 A CN107922186 A CN 107922186A CN 201580082492 A CN201580082492 A CN 201580082492A CN 107922186 A CN107922186 A CN 107922186A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
storage system
solid
porous
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.)
Pending
Application number
CN201580082492.6A
Other languages
English (en)
Inventor
C.J.霍尔西
A.J.雷恩鲍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Aviation Systems Ltd
Original Assignee
GE Aviation Systems Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GE Aviation Systems Ltd filed Critical GE Aviation Systems Ltd
Publication of CN107922186A publication Critical patent/CN107922186A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/065—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents from a hydride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0643—Gasification of solid fuel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/065—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D41/00—Power installations for auxiliary purposes
    • B64D2041/005—Fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • 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
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

一种氢存储系统(36)包括界定内部(58)且具有出口的压力密封套管(48)、延伸穿过所述套管(48)的所述内部(58)的轴(60)、沿着所述轴(60)轴向布置且与所述轴(60)同心的一组多孔腔室(64)和氢存储器，其中至少一些氢气被供应到所述出口。

Description

固体氢存储系统
背景技术
氢可以是用于通过在发动机中燃烧或通过例如在燃料电池中的化学反应将化学能转化为电能的方式产生可消耗能量的燃料。在前述实例中，氢燃料通常以气态供应。为了在这样的系统中长时间产生可消耗能量，大量的氢气和因此大量的势能可被存储以供消耗。
用于氢的能量存储系统可包括气体存储槽且可被配置成容纳在接近700巴的高压下的氢气以便存储足够数量的氢以供特定能耗需要。例如存储在接近700巴的压力下的氢气的那些能量存储系统的高压能量存储系统必须包括经设计以处置或考虑此类高压的更加稳固部件。此外，由于氢气可燃，因此容纳高压氢气的气体存储槽或支撑压力系统的任何破裂、裂口或故障包括将周围区域暴露于严重安全风险和危险。
发明内容
一方面，固体氢存储系统包括界定内部且具有出口的压力密封套管、延伸穿过所述套管的所述内部的轴、沿着所述轴轴向布置且与所述轴同心的一组多孔腔室和由所述组多孔腔室容纳的氢存储固体。化学反应通过所述多孔腔室从所述氢存储固体释放氢气，且所述氢气被供应到所述出口。
另一方面，用于飞机的固体氢存储系统包括界定内部且具有出口的压力密封套管；在所述压力密封套管的所述内部中的一组多孔腔室，其中多孔腔室包括围绕轴段布置的多孔篮和多孔盖，且邻近的多孔腔室被配置成轴向连接；以及由所述组多孔腔室的多孔篮和多孔盖容纳的氢存储固体。化学反应通过所述多孔腔室从所述氢存储固体释放氢气，且所述氢气被供应到所述出口。
又一方面，从固体氢存储系统释放氢气的方法包括由控制模块接收指示对氢气的需求的需求信号；且响应于接收到所述需求信号，由控制模块通过选择性地将水或热中的至少一个供应到压力密封套管的子组而控制具有容纳氢存储固体的一组轴向布置的多孔腔室的压力密封套管的子组中化学反应的起始。所述化学反应从氢存储固体释放氢气，且其中所述经释放氢气与对氢气的需求成比例。
附图说明
在附图中：
图1说明了根据本文中所描述的各个方面的飞机和配电系统的俯视示意图。
图2说明了根据本文中所描述的各个方面的燃料电池的操作的示意图。
图3说明了根据本文中所描述的各个方面的固体氢存储系统的透视图。
图4说明了根据本文中所描述的各个方面的图3的固体氢存储系统的横截面图。
图5说明了根据本文中所描述的各个方面的图4的氢存储固体和多孔腔室的透视图。
具体实施方式
本发明可在将氢用作用于例如通过在发动机中燃烧或通过化学反应将化学能转化为电能的方式产生可消耗能量的燃料的任何环境下实施。尽管此描述主要针对用以将用于转化成电能的氢气提供到飞机的电力系统的氢存储系统，但本发明的实施例适用于通过提供用于产生能量的氢气的可消耗能量的任何产生。此外，尽管此描述是针对飞机中的应急发电系统，但本发明的实施例可进一步适用于提供氢气以在例如起飞、着陆或巡航飞行操作等另外的非应急操作中产生独立或补充电力。
如图1中所说明，飞机10展示具有至少一个燃气涡轮发动机，其展示为左发动机系统12和右发动机系统14。或者，电力系统可具有更少或额外的发动机系统。左发动机系统12和右发动机系统14可以是基本相同的，并且可进一步包括至少一个电机，例如发电机18。飞机经展示进一步包括多个耗电部件或电负载20，例如，致动器负载、飞行关键负载和非飞行关键负载。电负载20中的每一个都经由配电系统，例如母线22与至少一个发电机18电连接。在飞机10中，操作的左发动机系统12和右发动机系统14提供机械能，所述机械能可以经由转轴提取，以向发电机18提供驱动力。发电机18又将所产生的电力提供给母线22，母线22将电力递送到电负载20以用于负载操作。
飞机10或电力系统可包括用于向电负载20提供电力的额外电源，并且可包括应急电源16、冲压空气涡轮系统、启动器/发电机、电池、超级电容器等。飞机10，应急电源16，发动机12、14，发电机18，电负载20和母线22的描述仅被提供为一个非限制性实例示意性飞机10配置，且并不旨在将本发明的实施例限于任何特定的飞机10或操作环境。应了解，虽然本发明的一个实施例被展示在飞机环境中，但是本发明不限于此，并且一般地适用于非飞机应用中的电力系统，例如其它移动应用和非移动工业、商业和住宅应用。
另外，虽然已经用飞机的相对位置(例如，飞机10的头部或驾驶舱附近的应急电源16)说明了各种部件，但是本发明的实施例不限于此，并且部件不受限于它们的示意性描绘。例如，应急电源16可以位于飞机10的机翼、尾部或者更靠近飞机机身的后部。可以设想到额外飞机配置。
图2说明了根据本文中所描述的各个方面的展示为燃料电池系统24的应急电源16的操作的实例配置。燃料电池系统24包括燃料电池26，燃料电池26包括由电解质32隔开的阳极28(燃料电池26的正极侧)和阴极30(燃料电池26的负极侧)，电解质32允许带正电的氢离子33在阳极28与阴极30之间移动。燃料电池26可包括与阳极28和阴极30电连接的电压输出34，以提供在阳极28与阴极30之间产生的电流或电力。电压输出34可以例如为由代表性的单个负载20说明的一个或多个电负载20供电。
燃料电池系统24另外包括氢存储系统36，氢存储系统36包括与燃料电池26的阳极28连通的一组氢存储单元47，使得氢存储系统36可以将氢气38提供到阳极28。氢存储单元47中的每一个都可以被配置成独立于其它单元47或与其同时提供氢气38，如基于燃料电池系统24的氢气38需要或需求所设计的那样。氢存储系统36可视需要包括控制器模块37，其被配置成控制存储系统36的操作或所述组氢存储单元47的操作，这将在下面进一步解释。燃料电池系统24可进一步包括配置成向燃料电池26的阴极30提供氧气42的氧气源40以及用于从燃料电池26的阴极30去除水46的出水口44。
燃料电池系统24可视需要包括以虚线轮廓说明的中间氢气存储单元39，其被配置成存储已由氢存储系统36或氢存储单元47提供的氢气38或过量的氢气38。中间氢气存储单元39的一个非限制性实例可包括加压存储槽。
阳极28或阴极30可进一步包括一种或多种催化剂，其引起、促使或促进氢气38发生氧化反应以产生氢离子33和电子。离子33可以接着穿过电解质32，同时电子被吸引到电压输出34或电负载20。在这个意义上，燃料电池26可以产生直流电(DC)。在阴极30处，氢离子33、电子和氧气42形成通过出水口44从燃料电池26去除的水46。
阳极28和阴极30可以选自具有电位差且被配置成产生上述化学反应的各种导电材料。特定的阳极28或阴极30材料与本发明没有密切关系。另外，电解质32可以选自配置用于燃料电池26操作的各种电解质材料，包括但不限于质子交换膜型燃料电池(PEM燃料电池或PEMFC)或固体氧化物型燃料电池。另外，虽然燃料电池26被示意性地说明为具有一个阳极28、一个阴极30和一个电解质32的单个“电池”，但是本发明的实施例可以设想为其中个别电池被“堆叠”或串联放置以形成配置为满足特定操作要求的所需的电压输出34。例如，应急电源16可能需要以270V递送DC电力。设想额外或替代的功率操作要求，其中例如多个堆叠的燃料电池26可以并联配置以提供额外的电流。此外，虽然所说明实施例描述了DC电压燃料电池系统24，但是本申请的实施例同样适用于配置成例如通过逆变器系统(未展示)提供交流(AC)电压输出的燃料电池系统24。
图3说明具有以具有入口52的第一端部50和具有气体出口56的相对第二端部54封端的压力密封套管48的氢存储系统36的实例氢存储单元47(图4中进一步展示)。第一端部50和第二端部54可包括例如配置成将氢存储单元47安装在氢存储系统36内的压力密封配置和安装件。虽然竖直展示的氢存储单元47具有在单元47的顶部处的入口52和在单元47的底部处的气体出口56，但所说明的描绘在氢存储单元47存储于氢存储系统36中时并不限制其定向。
图4说明图3的氢存储单元47的横截面图。如所展示，压力密封套管48界定内部58，其具有与入口52流体连接且延伸穿过套管48的内部58的轴60且封端于接近于气体出口56的密封远端62处。轴60可包括轴向地行进穿过轴60的中空腔，且可进一步支撑沿着轴60的长度定位的一组串联配置或轴向对准的多孔腔室64。如所说明，所述组多孔腔室64可为圆形且与轴60同心，其中轴60延伸穿过个别腔室64。
入口52可与水或蒸汽储集器(未展示)流体连接且被配置成例如借助于轴60将水或蒸汽递送到压力密封套管48的内部58。水或蒸汽可分散在套管48的内部58内且最终到达或与所述组多孔腔室64相互作用。或者，入口52可与热源(未展示)热连接且被配置成例如通过例如导热材料的热接口将热递送到入口52或轴60的壁或热管。所述热可热分散在套管48的内部58内，且同样最终到达或与所述组多孔腔室64相互作用。
所述组多孔腔室64可被制造或配置成包括具有多孔接口的至少一个壁以实现例如水、蒸汽或氢气通过所述壁的渗透。因此，在上文解释的一个实例配置中，当水或蒸汽借助于入口52或轴60分散在套管48的内部58内时，所述水或蒸汽可渗透所述组多孔腔室64使得水或蒸汽可到达腔室64的内部。
所述组多孔腔室64可进一步由至少一个导热壁制成或被配置成包括至少一个导热壁以实现热通过所述壁的热传导。在上文解释的另一实例配置中，当例如通过热接口递送热时，所述热可借助于至少一个导热壁传导以将所述热传输到所述组多孔腔室64的内部。举例来说，如果通过位于轴60中的热管将热递送到套管48的内部58，那么所述组多孔腔室64可被配置成通过轴60且通过腔室64的内部同心壁将从热管接收的热传导到腔室64的内部，其中所述热可通过腔室64辐射。或者，位于套管48的内部58中或递送到所述内部的热可借助于远离轴60定位的导热壁，例如通过腔室64的外部同心壁、顶壁或底壁而接收到所述组多孔腔室64的内部中。
气体出口56可包括被配置成将位于套管48的内部58中的氢气递送到例如中间氢气存储单元39或燃料电池26的流体连接目的地的端口。气体出口56的实施例可进一步被配置成使得仅允许氢气传递通过出口56。举例来说，气体出口可包括被配置成允许氢气渗透膜的气体可透膜等。在此意义上，将防止包括但不限于蒸汽或水的可位于套管48的内部58中的其它材料传递通过气体出口56。
图5说明根据本文中所描述的各个方面的一个实例多孔腔室64的详细视图。如所展示，轴60可包括被配置成与邻近的轴段66轴向地对准且连接到所述邻近轴段的一组轴段66。所述组轴段66可进一步包括提供进入轴60内部或轴段66内部的一组径向或轴向隔开的端口68或孔口。在此意义上，提供到轴60或一组轴段66的水或蒸汽(由箭头70表示)可通过所述组端口68而分散(由箭头72表示)在套管48的内部58内。
轴段66可包括或支撑一个或多个多孔腔室64，其中腔室64进一步包括多孔篮74和多孔盖76。在所说明的轴段66的实施例中，多孔篮74和多孔盖76沿着所述段66的轴向长度固定地经分离。在此意义上，轴段66、多孔腔室64或多孔篮74和多孔盖76可被配置成使得当装配邻近轴段66时，来自第一轴段66的盖76可与来自第二邻接轴段66的篮连接配合。
或者，设想多孔腔室64的实施例，其中多孔篮74或多孔盖76中的至少一个可为可移动的，且其中单个轴段66上的篮74和盖76可连接或配合以形成完整多孔腔室64。此外，多孔篮74和多孔盖76可经键连以在一个或多个已知或预期设计中或定向上连接。在又一额外配置中，多孔腔室64、多孔篮74或多孔盖76中的至少一个可被配置成以此方式配合或连接以便实现已知或预期变形，例如响应于由腔室64、篮74或盖76容纳的材料例如在化学反应中的膨胀。
多孔腔室64被配置成容纳或保持氢存储固体78材料。如本文中所使用，氢存储固体78材料可包括包括氢分子的化学组合物，其中所述组合物呈固态或固体形式。氢存储固体78的非限制性实例可包括金属氢化物，例如氢化锂(LiH)或与金属氢化物混合的氢氧化物，例如氢氧化锂(LiOH)，其可作为粉末或经按压粉末“饼”产生、出现或包括在多孔腔室64中。设想呈额外固态形式的额外的氢存储固体78材料。
氢存储单元47的实施例通过释放(freeing)、放开(releasing)或以其它方式释放(liberating)存储于氢存储固体78中的氢气，例如借助于化学反应且经由气体出口56将经释放氢气递送到燃料电池26而操作(参见图4)。在第一实例实施例中，可经由入口52和通过轴60的中空腔供应水或蒸汽，其中借助于所述组端口68将水或蒸汽释放到压力密封套管48的内部58中。所述水或蒸汽可接着渗透所述组多孔腔室64，其中所述水或蒸汽化学上可与氢存储固体78反应。举例来说，在其中氢存储固体78为氢化锂的实施例中，化学反应释放氢气和氢氧化锂，如下：
LiH+H2O→LiOH+H2.
可将氢气递送到燃料电池26，以产生用于应急电源16的电力，如本文中所解释。
氢存储固体78的量或所述组多孔腔室64、一组端口68、数个部件的配置或引入到套管48的内部58中的水或蒸汽的形式和量可选择性地被配置成符合一组预定准则。举例来说，所述组预定准则可包括但不限于释放的总体氢气的目标量、每一时间段释放的氢气的目标量(例如每小时1kg氢的流速等等)、尽可能快地释放氢气的目标时间(例如最快化学反应)、尽可能缓慢地释放氢气的目标时间(例如最慢化学反应)或压力密封套管48中的目标压力(例如将压力维持在6巴与15巴之间)。
在第二实例实施例中，可经由入口52和通过轴60的中空腔或在具有固体且导热配置的轴60中供应热，其中借助于热传导将热释放到压力密封套管48的内部58中。所述热可接着渗透所述组多孔腔室64，其中所述热可起始氢存储固体78的化学反应。举例来说，在其中氢存储固体78为氢化锂和氢氧化锂的实施例中，化学反应释放氢气和氧化锂的副产物，如下：
LiH+LiOH→Li2O+H2.
可将氢气递送到燃料电池26，如上文所解释。
以上化学反应也为放热的，尽管需要热来起始所述反应，且热从进行中的化学反应的释放可在压力密封套管48中产生其中化学反应自行持续的环境。正如在上文解释的第一实施例中，本申请的实施例的各个方面和部件可选择性地被配置成符合一组预定准则。
氢存储单元47的又一实例实施例，可进行上文解释的两个化学反应的混合。举例来说，多孔腔室64的第一子组可包括氢化锂作为氢存储固体78，且多孔腔室64的第二子组可包括氢氧化锂和氢化锂作为氢存储固体78。在此实例实施例中，多孔腔室64的第一子组的氢化锂化学上可与水或蒸汽反应以产生氢气和热以及氢氧化锂作为副产物，如上文所解释。举例来说，套管48可经定向以通过重力将水位、水取用等限于仅多孔腔室64的第一子组使得第一反应可在套管48的第一部分中进行。
可接着将由放热第一反应产生的热传输到具有多孔腔室64的第二子组的套管48的第二部分以起始上文解释的化学反应中多孔腔室64的第二子组中的化学反应。或者，在此混合配置中，多孔腔室64的第二子组可仅包括氢化锂作为氢存储固体78，且氢氧化锂可供应为来自第一化学反应的产物。因此，所述混合配置可被配置成需要应用热和水以操作两个反应，从而产生控制所述反应或起始所述两个反应的两个独立机构。
本文中所描述的化学反应的实施例为非可逆的。在此意义上，一旦完成上文所描述的化学反应，其无法经“重新充电”以恢复氢存储固体78中的氢气。因此，设想本申请的实施例，其中氢存储单元47以可拆卸方式安装在氢存储系统36中，使得经耗费(例如先前已反应的)氢存储单元47可在维护操作期间经更换。经耗费氢存储单元47可例如返回翻新或用新或未耗费的氢存储固体78再填充。或者，本发明的实施例可包括氢存储固体78或被配置成包括可再充电或化学上可逆的氢存储固体78的氢存储单元47。
氢存储系统36的控制器模块37可被配置成控制存储系统36的操作或所述组氢存储单元47的操作以释放存储于氢存储固体78中的氢气。控制器模块37可以基于例如接收到指示对氢气的需求的需求信号来控制这些操作。需求信号可来源于飞机系统，指示请求补充量的电力由燃料电池系统24产生(和因此对氢气的需要)，或飞机10在应急操作期间需要来自应急电源16的电力。在此实例中，响应于接收到所述需求信号，控制器模块37可通过选择性地将水、蒸汽或热中的至少一个供应到氢存储单元47的子组而控制氢存储单元47的子组中前述化学反应的起始。所得化学反应可接着从氢存储固体78释放氢气，如本文中所解释。
氢存储单元47的子组中化学反应的起始可借助于按需要选择性地实现水、蒸汽或热的取用或输送路径而进行。在此意义上，控制器模块37可以可控地与例如提供水或蒸汽的水源或控制水或蒸汽出入具有基于氢化锂的氢存储固体78的氢存储单元47的选择性子组的一组阀连接。在另一实例中，控制器模块37可以可控地与热源连接以可控地将热递送到具有基于氢氧化锂的氢存储固体78的存储系统36中的氢存储单元47的选择性子组。
另外，需求信号的实施例可以包括提供对氢气的需求的二元指示的信号，并且控制器模块37可以操作具有用于根据预定简档、预定设计或操作特性控制来自氢存储单元47的氢气的释放的可执行指令集的计算机程序的一部分，如上所述。燃料电池26可以接着由释放的氢气发电。
具有可执行指令集的计算机程序可以作为控制器模块37的一部分被包括在机器可读介质中以便携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构或者可由所述控制器模块访问。这样的机器可读介质可以是任何可用介质，其可由通用或专用计算机或带有处理器的其它机器访问。通常，这样的计算机程序可以包括例程、程序、对象、部件、数据结构等，其具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果。机器可执行指令、相关联数据结构和程序表示如本文中所公开的用于执行信息交换的程序代码的实例。
或者，设想需求信号的实施例，其中需求信号可进一步包括对氢气的需求的定量要素，例如高需求、中等需求或低需求。对氢气的需求的定量要素可以进一步与例如用于补充功率的不同操作分布(例如，少量的补充功率对比大量的补充功率)相关。对氢气的需求的定量要素可以具有操作不同计算机程序或者修改计算机程序的执行以适应特定需求的技术效果。
控制器模块37还可通过例如基于燃料电池系统24的预定简档、预定设计或操作特性可控地错开相应氢存储单元47中化学反应的起始而操作，如上文所解释。本发明涵盖除了上图中所展示的实施例和配置之外的许多其它可能的实施例和配置。另外，可重新布置各个部件的设计和放置，使得可实现许多不同同轴式配置。
本文中所公开的实施例提供用于从氢存储固体释放氢气的方法和设备。技术效果在于，根据本文中所描述的设计考虑和操作特性，上述实施例实现受控的氢气释放。在以上实施例中可以实现的一个优点在于，上述实施例具有优异的氢存储能力，而没有在高压下存储气态氢的安全顾虑。固态氢存储使氢存储系统的势能最小化，消除了高压存储时危险的氢气泄漏，并确保了存储的氢的长寿命。存储的氢的长寿命导致用于维持整个系统的维护操作更少。
另外，因为本发明的上述实施例在低压下操作，所以不需要高压氢基础设施，从而降低了制造和认证成本。因此，按需供应氢气的能力实现更安全的处置、更低的压力系统和多种控制化学反应的方法，从而确保了低压环境。
上述实施例的另一优点在于，个别化的氢存储单元连同各单元的选择性控制导致氢存储系统可以针对所供应的氢气的量缩放，从而提供大小和重量的效率以适合需要。另外，本文中所描述的氢存储固体具有高的氢存储能力，从而提供高重量的存储氢，以及较低的系统总重量。在又一优点中，非可逆或非可再充电的氢存储固体可以单独更换，如本文中所描述。在设计飞机部件时，要解决的重要因素是大小、重量和可靠性。上述氢存储系统导致重量更轻、大小更小、性能更高、系统可靠性更高。固态氢的稳定存储降低了维护需要，并将导致更低的产品成本和更低的运营成本。飞行期间重量和大小的减小与竞争性优点相关。
在尚未描述的程度上，各种实施例的不同特征和结构可根据需要彼此组合使用。不会在所有实施例中说明一个特征并非意味着被理解为它不能这样，而是为了简化描述。因此，按需要可以混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新的实施例，无论是否已明确描述所述新的实施例。此外，虽然已描述“一组”各个元件，但应了解，“一组”可包括任何数目的相应元件，包括仅一个元件。本发明涵盖本文中所描述的特征的所有组合或排列。
本书面描述用实例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使所属领域的技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种固体氢存储系统，包括：
压力密封套管，其界定内部且具有出口；
轴，其延伸穿过所述套管的所述内部；
一组多孔腔室，其沿着所述轴轴向布置且与所述轴同心；以及
氢存储固体，其由所述组多孔腔室容纳；
其中化学反应通过所述多孔腔室从所述氢存储固体释放氢气，且所述氢气被供应到所述出口。
2.根据权利要求1所述的存储系统，其特征在于：所述轴为与水储集器流体连接的中空轴并且进一步包括被配置成将从所述水储集器接收的水递送到所述压力密封套管的所述内部的一组端口。
3.根据权利要求2所述的存储系统，其特征在于：所述多孔腔室为水可渗透的或蒸汽可渗透的中的至少一个。
4.根据前述权利要求中任一项所述的存储系统，其特征在于：所述氢存储固体为金属氢化物、氢化锂或氢氧化锂中的至少一个。
5.根据前述权利要求中任一项所述的存储系统，其特征在于：所述多孔腔室包括多孔篮和多孔盖。
6.根据权利要求5所述的存储系统，其特征在于：所述轴进一步包括被配置成与邻近轴段轴向连接的一组轴段，且轴段包括所述多孔篮和所述多孔盖。
7.根据权利要求6所述的存储系统，其特征在于：所述多孔腔室由第一轴段的所述多孔盖和第二邻近轴段的所述多孔篮组成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的存储系统，其特征在于：所述氢存储固体为粉末。
9.根据前述权利要求中任一项所述的存储系统，其特征在于：所述化学反应为非可逆的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的存储系统，其特征在于：所述出口与燃料电池流体连接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的存储系统，其特征在于：所述压力密封套管被配置成暴露于至多15巴的压力。
12.根据前述权利要求中任一项所述的存储系统，其特征在于：所述多孔腔室被配置成响应于所述氢存储固体归因于所述化学反应的膨胀而变形。
13.一种用于飞机的固体氢存储系统，包括：
压力密封套管，其界定内部且具有出口；
一组多孔腔室，其在所述压力密封套管的所述内部中，其中多孔腔室包括围绕轴段布置的多孔篮和多孔盖，且邻近的多孔腔室被配置成轴向连接；以及
氢存储固体，其由所述组多孔腔室的所述多孔篮和多孔盖容纳；
其中化学反应通过所述多孔腔室从所述氢存储固体释放氢气，且所述氢气被供应到所述出口。
14.根据权利要求13所述的存储系统，其特征在于：所述轴为与水储集器流体连接的中空轴并且进一步包括被配置成将从所述水储集器接收的水递送到所述压力密封套管的所述内部的一组端口。
15.根据权利要求13或14中任一项所述的存储系统，其特征在于：所述压力密封套管被配置成暴露于6巴与15巴之间的压力。
16.一种从固体氢存储系统释放氢气的方法，包括：
由控制模块接收指示对氢气的需求的需求信号；以及
响应于接收到所述需求信号，由所述控制模块通过选择性地将水或热中的至少一个供应到压力密封套管的子组而控制具有容纳氢存储固体的一组轴向布置的多孔腔室的压力密封套管的所述子组中化学反应的起始，其中所述化学反应从所述氢存储固体释放氢气，且其中所述经释放氢气与对氢气的所述需求成比例。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述控制进一步包括错开在压力密封套管的所述子组中的所述化学反应的所述起始以将所述氢气的压力维持在6巴与15巴之间。
18.根据权利要求16或17中任一项所述的方法，其特征在于：进一步包括将所述经释放氢气递送到燃料电池且由所述经释放氢气在所述燃料电池中产生电力。
19.根据权利要求16到18中任一项所述的方法，其特征在于：所述接收所述需求信号进一步指示飞机中的应急电力需求。
20.根据权利要求16到19中任一项所述的方法，其特征在于：进一步包括在所述化学反应已停止之后更换压力密封套管的所述子组。
CN201580082492.6A 2015-08-20 2015-08-20 固体氢存储系统 Pending CN107922186A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/069166 WO2017028929A1 (en) 2015-08-20 2015-08-20 Solid hydrogen storage system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107922186A true CN107922186A (zh) 2018-04-17

Family

ID=54014796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580082492.6A Pending CN107922186A (zh) 2015-08-20 2015-08-20 固体氢存储系统

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10934165B2 (zh)
CN (1) CN107922186A (zh)
GB (1) GB2556595B (zh)
WO (1) WO2017028929A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017028929A1 (en) * 2015-08-20 2017-02-23 Ge Aviation Systems Limited Solid hydrogen storage system
US10214417B2 (en) 2016-02-25 2019-02-26 Ge Aviation Systems Llc Solid hydrogen reaction system and method of liberation of hydrogen gas
US10044410B1 (en) * 2017-04-18 2018-08-07 Simmonds Precision Products, Inc. Rotorcraft tail boom health management system
CN111216901A (zh) * 2018-11-26 2020-06-02 本田技研工业株式会社 电源装置以及飞行体
US11828417B2 (en) 2020-05-12 2023-11-28 Universal Hydrogen Co. Systems and methods for storing, transporting, and using hydrogen
AU2021329801A1 (en) 2020-08-21 2023-04-20 Universal Hydrogen Co. Systems and methods for multi-module control of a hydrogen powered hybrid electric powertrain
US11940097B2 (en) 2020-10-30 2024-03-26 Universal Hydrogen Co. Systems and methods for storing liquid hydrogen

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050175868A1 (en) * 1999-05-10 2005-08-11 Mcclaine Andrew W. Storage, generation, and use of hydrogen
CN101680599A (zh) * 2007-05-10 2010-03-24 株式会社丰田自动织机 氢气存储装置
CN102292282A (zh) * 2008-12-16 2011-12-21 国家科学研究中心 用于金属氢化物的绝热罐
CN104106017A (zh) * 2011-12-23 2014-10-15 法商Bic公司 制氢燃料电池盒
CN104487757A (zh) * 2012-07-26 2015-04-01 祖迪雅克航空技术公司 用于诸如航空器之类的乘客运输工具上的氢的可移除存储
GB2522865A (en) * 2014-02-06 2015-08-12 Ge Aviat Systems Ltd Fuel cell-based auxiliary power unit
CN104852067A (zh) * 2015-04-17 2015-08-19 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 基于燃料电池的飞机发电系统

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6991770B2 (en) * 2000-04-11 2006-01-31 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Hydrogen storage tank
US6770186B2 (en) * 2001-11-13 2004-08-03 Eldat Communication Ltd. Rechargeable hydrogen-fueled motor vehicle
CN1196523C (zh) * 2001-11-19 2005-04-13 乐金电子(天津)电器有限公司 蓄氢合金反应器
US7431756B2 (en) * 2002-05-09 2008-10-07 Ovonic Hydrogen Systems Llc Modular metal hydride hydrogen storage system
US7651554B2 (en) * 2007-10-26 2010-01-26 Ovonic Hydrogen Systems Llc Hydrogen storage system
TWI437756B (zh) * 2010-12-23 2014-05-11 Asia Pacific Fuel Cell Tech The structure of the bearing module
WO2013052553A1 (en) * 2011-10-06 2013-04-11 Greatpoint Energy, Inc. Hydromethanation of a carbonaceous feedstock
US9548507B2 (en) * 2013-08-28 2017-01-17 Elwha Llc Systems and methods for hydrogen fuel storage and hydrogen powered vehicles
WO2017028929A1 (en) * 2015-08-20 2017-02-23 Ge Aviation Systems Limited Solid hydrogen storage system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050175868A1 (en) * 1999-05-10 2005-08-11 Mcclaine Andrew W. Storage, generation, and use of hydrogen
CN101680599A (zh) * 2007-05-10 2010-03-24 株式会社丰田自动织机 氢气存储装置
CN102292282A (zh) * 2008-12-16 2011-12-21 国家科学研究中心 用于金属氢化物的绝热罐
CN104106017A (zh) * 2011-12-23 2014-10-15 法商Bic公司 制氢燃料电池盒
CN104487757A (zh) * 2012-07-26 2015-04-01 祖迪雅克航空技术公司 用于诸如航空器之类的乘客运输工具上的氢的可移除存储
GB2522865A (en) * 2014-02-06 2015-08-12 Ge Aviat Systems Ltd Fuel cell-based auxiliary power unit
CN104852067A (zh) * 2015-04-17 2015-08-19 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 基于燃料电池的飞机发电系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20210155477A1 (en) 2021-05-27
US20180208463A1 (en) 2018-07-26
US11718520B2 (en) 2023-08-08
WO2017028929A1 (en) 2017-02-23
GB2556595A (en) 2018-05-30
GB201802473D0 (en) 2018-04-04
US10934165B2 (en) 2021-03-02
GB2556595B (en) 2020-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107922186A (zh) 固体氢存储系统
CN111326764B (zh) 一体式燃料电池和燃烧系统
US20210309514A1 (en) Solid state delivery system
US6854688B2 (en) Solid oxide regenerative fuel cell for airplane power generation and storage
US6887596B2 (en) Portable disposable fuel-battery unit for a fuel cell system
US20060024564A1 (en) Manclaw-Harrison fuel cell
US20180191011A1 (en) Fuel cell emergency power system
CA2438064A1 (en) Hydrogen generation cartridge and portable hydrogen generator
Meadowcroft et al. Testing micro-tubular SOFCs in unmanned air vehicles (UAVs)
CN103456976B (zh) 用于提供电功率的系统和方法
CA2452657C (en) A power source with solid oxide fuel cells
CN111162303B (zh) 一种固体氧化物燃料电池堆、基于该固体氧化物燃料电池堆的无人机增程控制系统及方法
US20120129039A1 (en) Electrical energy storage device
US10822232B2 (en) Solid hydrogen reaction system and method of liberation of hydrogen gas
JP5168431B2 (ja) ２次電池型固体酸化物燃料電池システム
Geliev et al. Conceptual design of an electric propulsion system based on fuel cells for an ultralight manned aircraft
CN109314255B (zh) 用于运输相关辅助动力装置的熔融金属阳极固体氧化物燃料电池
JP6378508B2 (ja) 燃料電池システム
JP3382912B2 (ja) 併合発電システム
Cataldo et al. Design of a 35-kilowatt bipolar nickel-hydrogen battery for low Earth orbit application
KR20160115472A (ko) 레독스 플로우 전지
KR20160017832A (ko) 튜브형 고체산화물 이차전지
KR20130112384A (ko) 플로우 이차 전지

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination