CN110061272B - 一种基于固体氢技术的独立式供氢系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，包括制氢系统、气氢输送系统、液氢输送系统以及供电系统，制氢系统用于氢气制取的系统，供电系统,满足整个系统的供电需求，气氢输送系统，输送气态氢气的系统，液氢输送系统，输送液态氢气的系统。该发明以固体氢为原料，构建了一套独立的，可满足各种供氢需求的供氢装置。

Description

一种基于固体氢技术的独立式供氢系统

技术领域

本发明属于氢气技术领域，特别涉及一种基于固体氢技术的独立式供氢系统。

背景技术

随着社会的发展，人们越来越注重可再生能源的发展。氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展。在氢能发展的过程中，氢能研究实验室发挥着至关重要的作用。目前市面上大都还是用电解水制取氢气，效率低，能耗大，所以本方案提出了一种基于固体氢的独立式供氢系统，在提高了效率的基础上，更为安全，方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于固体氢技术的独立式供氢系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，包括：

制氢系统，其包括氢发舱、反应水存储槽、固体氢存储槽、冷却水槽，所述氢发舱通过进水管与所述反应水存储槽连接，所述氢发舱通过固体管与所述固体氢存储槽连接，所述氢发舱通过出氢管与所述缓冲罐连接；

供电系统，其包括燃料电池和电池组，所述冷却水槽通过冷却管依次连接所述燃料电池、所述氢发舱，最后回流到所述冷却水槽中；

液氢输送系统，其包括氢液化装置、液态氢存储罐、液态氢输送装置；

气氢输送系统，其包括缓冲罐、高压储氢瓶以及气体氢输送装置，所述缓冲罐分别通过第一供氢管、第二供氢管、第三供氢管与所述燃料电池、所述高压储氢瓶、所述氢液化装置连接。

优选的是，所述氢发舱包括第一壳体和第二壳体，所述第二壳体内从下至上依次设有自加热式舱体和氢气存储舱体，所述氢气存储舱体外靠近顶端的一侧面穿透所述第一壳体和第二壳体设有进水口、固体氢口以及支流管，另一相对侧面设有氢气口，且所述支流管穿过所述氢气存储舱体与所述自加热式舱体连通。

优选的是，所述进水口和所述支流管分别通过第一进水管和第二进水管与三通阀连通，所述三通阀与所述进水管连通，所述固体氢口与所述固体管连通，所述氢气口与所述供氢管连通，所述第一壳体靠近顶端的两个侧面上分别开设有与所述冷却管连通的回流口。

优选的是，所述氢发舱还包括上盖板，且所述壳体上方设有与所述上盖板密封配合的槽道。

优选的是，所述氢气存储舱体内还设有温度计和压力计，所述氢气存储舱体和所述自加热式舱体中间设有隔板，所述隔板材质为金属。

优选的是，所述自加热式舱体为抽拉式结构，其包括过水室以及多个并列设置的反应室，所述反应室包括反应腔以及围绕反应腔设置的进水腔，其中，所述反应腔深度大于进水腔的深度。

优选的是，所述过水室设于所述自加热式舱体的右侧且位于所述支流管正下方，其中，所述过水室底面从右向左向下倾斜，且所述过水室底面最左侧与所述进水腔底面齐平。

优选的是，所述进水腔通过设置在所述反应腔上方的多个进水孔连通。

优选的是，所述过水室通过两个过水口与所述进水腔连通，所述过水口上设有第四电磁阀。

优选的是，还包括控制系统，所述控制系统控制供氢系统的运行。

本发明的有益效果是：

1.固体氢技术直接从固态氢化物中提取氢气，并在反应过程中能将水中氢离子带出，增加氢气产量，且制氢过程安全，无大量能源消耗，使氢气的制取及氢气的供应更为便利；

2.氢发舱内温度计监控氢发舱温度，与控制系统相连，控制系统控制冷却回路的运行，使氢发舱内温度控制在最适温度周围，提高制氢气效率，同时燃料电池内液也设有温度计，该温度计也与控制系统连接，控制燃料电池温度，防止燃料电池温度过高而损坏；

3.缓冲罐与燃料电池相连，缓冲罐为燃料电池提供氢气，燃料电池发电为电池组充电，电池组为整个系统提供工作所需电力，无需电网的介入，完成系统自我供电；

4.可即时分别提取气态氢和液态氢，供氢方式更为全面。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中氢发舱一个视角结构示意图；

图3为本发明中氢发舱另一个视角结构示意图；

图4为本发明中氢发舱左侧剖面结构示意图；

图5为本发明中氢发舱的上盖板结构示意图；

图6为本发明中氢发舱的自加热式舱体结构示意图。

附图标记说明：

1—制氢系统；2—供电系统；3—气氢输送系统；4—液氢输送系统；5—氢发舱；6—反应水存储槽；7—进水管；8—水泵；9—三通阀；10—第一进水管；11—第二进水管；12—固体氢存储槽；13—固体管；14—固体泵；15—冷却水槽；16—循环泵；17—冷却管；18—出氢管；19—限压阀；20—缓冲罐；21—第一供氢管；22—第一电磁阀；23—燃料电池；24—电池组；25—第二供氢管；26—氢气增压泵；27—第二电磁阀；28—高压储氢瓶；29—第一输送管；30—气体氢输送装置；31—第三供氢管；32—第三电磁阀；33—氢液化装置；34—第二输送管；35—液态氢存储罐；36—液态氢输送装置；51—第二壳体；52—氢气存储舱体；53—自加热式舱体；54—进水口；55—支流管；56—氢气口；57—槽道；58—隔板；59—上盖板；60—第一壳体；61—回流口；62—固体氢口；531—过水室；532—反应腔；533—进水腔；534—进水孔；535—第四电磁阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-6所示，本实施例提供一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，包括制氢系统1、气氢输送系统3、液氢输送系统4以及供电系统2。

制氢系统1用于氢气制取的系统，其包括氢发舱5、反应水存储槽6、固体氢存储槽12、冷却水槽15，氢发舱5通过进水管7与反应水存储槽6连接，且在进水管7上设有水泵8和第一流量计，氢发舱5通过固体管13与固体氢存储槽12连接，且在固体管13上设有固体泵14和第二流量计，氢发舱5通过出氢管18与缓冲罐20连接，出氢管18上设有限压阀19，冷却水槽15通过冷却管17依次连接燃料电池23、氢发舱5，最后回流到冷却水槽15中，冷却管17上设有循环泵16和第三流量计。

供电系统2,满足整个系统的供电需求，包括燃料电池23和电池组24，燃料电池23与设有压力计的缓冲罐20通过第一供氢管21相连，且在第一供氢管21上设有第一电磁阀22，燃料电池23与电池组24相连，电池组24为整个系统提供工作所需电力，无需电网的介入，完成系统自我供电。

气氢输送系统3，输送气态氢气的系统，包括缓冲罐20、高压储氢瓶28以及气体氢输送装置30，缓冲罐20与氢气增压泵26通过第二供氢管25相连，在第二供氢管25上设有氢气增压泵26和第二电磁阀27，氢气增压泵26带有压力计，高压储氢瓶28与气体氢输送装置30通过第一输送管29相连，并设有第三流量计于第一输送管29中。

液氢输送系统4，输送液态氢气的系统，包括氢液化装置33、液态氢存储罐35、液态氢输送装置36，缓冲罐20与氢液化装置33通过第三供氢管31相连，在第三供氢管31上设有第三电磁阀32；氢液化装置33通过第二输送管34依次连接液态氢存储罐35和液态氢输送装置36，第二输送管34上设有液氢流量计。

控制系统与水泵8、第一电磁阀22、第二电磁阀27、第三电磁阀32、第四电磁阀535、氢发舱5、第一流量计、第二流量计、第三流量计、氢气增压泵26、压力计、温度计相连，用于接收各类工况信息，发出工作指令。

如图2-6所示，氢发舱5包括第一壳体60和第二壳体51，第二壳体51内从下至上依次设有自加热式舱体53和氢气存储舱体52，氢气存储舱体52外靠近顶端的一侧面穿透第一壳体60和第二壳体51设有进水口54、固体氢口62以及支流管55，另一相对侧面设有氢气口56，且支流管55穿过氢气存储舱体52与自加热式舱体53连通，进水口54和支流管55分别通过第一进水管10和第二进水管11与三通阀9连通，三通阀9与进水管7连通，固体氢口62与固体管13连通，氢气口56与供氢管连通，第一壳体60靠近顶端的两个侧面上分别开设有与冷却管17连通的回流口61，通过自加热式舱体53能快速达到固体氢与水反应时的温度，快速产生氢气，通过冷却管可以将氢发舱5内的温度稳定控制在最适温度周围，提高氢气效率，同时还可以控制燃料电池23温度，防止燃料电池23温度过高而损坏。通过利用固体氢技术，将氢以固态形式存储起来，即使用专用的氢化装置(氢化炉)在高温高压环境下使镁(Mg)与氢其发生反应获得固态储氢物MgH2，该技术增加了单位体积储氢的容量，无需高压及隔热容器，常温常压下即可存储，安全性好，无爆炸危险。

氢发舱5还包括上盖板59，且壳体上方设有与上盖板59密封配合的槽道57，氢气存储舱体52和自加热式舱体53中间设有隔板58，隔板58材质为金属，金属材质比热容小，热的传导效率高，可以将热量快速传递，打开上盖板用于清理回收氢发舱5内反应过后的反应物。

自加热式舱体53为抽拉式结构，其包括过水室531以及多个并列设置的反应室，反应室包括反应腔532以及围绕反应腔532设置的进水腔533，其中，反应腔532深度大于进水腔533的深度。反应腔533内放置的反应物为生石灰、果酸等与水反应产生大量热的物质，自加热式舱体53为抽拉式结构，方便更换体内的反应物，通过查询固体氢与水反应时的温度，产生氢气的速度快，温度过高或者低都会影响氢气产生的速度，故需要精确产生的热量，通过多个反应室来控制热量的产生。

如图6所示，一种实施案例，两个并列设置的反应室，过水室531设于自加热式舱体53的右侧且位于支流管55正下方，其中，过水室531底面从右向左向下倾斜，且过水室531底面最左侧与进水腔533底面齐平，进水腔533通过设置在反应腔532上方的多个进水孔534连通，过水室531通过两个过水口与进水腔533连通，过水口上设有第四电磁阀535，这样设置保证水可以从两侧进去反应腔532内，保证反应物充分与水接触，通过多个位于反应腔532上方的进水孔534来保证水是从上方流入到反应物上，保证反应腔532内的反应物与水充分反应；过水口上设有第四电磁阀535，来控制需要启动几个反应腔532。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (8)

1.一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，其特征在于，包括：

制氢系统，其包括氢发舱、反应水存储槽、固体氢存储槽、冷却水槽，所述氢发舱通过进水管与所述反应水存储槽连接，所述氢发舱通过固体管与所述固体氢存储槽连接，所述氢发舱通过出氢管与缓冲罐连接；

供电系统，其包括燃料电池和电池组，所述冷却水槽通过冷却管依次连接所述燃料电池、所述氢发舱，最后回流到所述冷却水槽中；

液氢输送系统，其包括氢液化装置、液态氢存储罐、液态氢输送装置；

气氢输送系统，其包括缓冲罐、高压储氢瓶以及气体氢输送装置，所述缓冲罐分别通过第一供氢管、第二供氢管、第三供氢管与所述燃料电池、所述高压储氢瓶、所述氢液化装置连接；

所述氢发舱包括第一壳体和第二壳体，所述第二壳体内从下至上依次设有自加热式舱体和氢气存储舱体，所述氢气存储舱体外靠近顶端的一侧面穿透所述第一壳体和第二壳体设有进水口、固体氢口以及支流管，另一相对侧面设有氢气口，且所述支流管穿过所述氢气存储舱体与所述自加热式舱体连通；

所述进水口和所述支流管分别通过第一进水管和第二进水管与三通阀连通，所述三通阀与所述进水管连通，所述固体氢口与所述固体管连通，所述氢气口与所述供氢管连通，所述第一壳体靠近顶端的两个侧面上分别开设有与所述冷却管连通的回流口。

2.根据权利要求1的一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，其特征在于，所述氢发舱还包括上盖板，且所述壳体上方设有与所述上盖板密封配合的槽道。

3.根据权利要求2的一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，其特征在于，所述氢气存储舱体内还设有温度计和压力计，所述氢气存储舱体和所述自加热式舱体中间设有隔板，所述隔板材质为金属。

4.根据权利要求3的一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，其特征在于，所述自加热式舱体为抽拉式结构，其包括过水室以及多个并列设置的反应室，所述反应室包括反应腔以及围绕反应腔设置的进水腔，其中，所述反应腔深度大于进水腔的深度。

5.根据权利要求4的一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，其特征在于，所述过水室设于所述自加热式舱体的右侧且位于所述支流管正下方，其中，所述过水室底面从右向左向下倾斜，且所述过水室底面最左侧与所述进水腔底面齐平。

6.根据权利要求5的一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，其特征在于，所述进水腔通过设置在所述反应腔上方的多个进水孔连通。

7.根据权利要求6的一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，其特征在于，所述过水室通过两个过水口与所述进水腔连通，所述过水口上设有第四电磁阀。

8.根据权利要求1的一种基于固体氢技术的独立式供氢系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统控制供氢系统的运行。

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