CN110573790A - 氢气储存和供应系统 - Google Patents

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迈克尔·弗朗西斯·莱维
乔恩·奥伯拉姆
卡斯滕·波尔曼
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Aquis & Aquis Co Ltd
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Abstract

一种用于储存氢气并将氢气供应至氢气利用单元(130)的系统，所述系统包括：第一氢气储存罐(110)，包括通过吸着来亚稳态地储存氢气的第一材料(111)，和第二氢气储存罐(120)，包括通过吸着来可逆地储存氢气的第二材料(121)，从所述第一罐至所述第二罐和/或所述氢气利用单元的氢气输出部(1101)，从所述第二罐至所述氢气利用单元的氢气输出部(1201)，以允许所述第一罐向所述氢气利用单元供应第一氢气流，且所述第二罐向所述氢气利用单元供应第二氢气流，所述第二流补足和/或替代所述第一流。

Description

氢气储存和供应系统
技术领域
本发明涉及一种氢气储存和供应系统。本发明还涉及一种与之相关的方法。
背景技术
存在氢气储存和供应系统。这些系统至少包括储存氢气的固体材料。该固体材料可为亚稳态材料。这种材料储存相当大量的氢气。但这种材料在使用时必须加热以提供显著的储存率。此外，即使在存放时，该亚稳态的材料也总是随着时间的流逝而释放少量氢气。
这些系统必须遵从与其预期用途例如在机动车辆中的用途(例如燃料电池)有关的多重限制。
需要足够的储存容量及储存率以确保计划的用途。但是，在启动时，该储存率无法通过常规系统达到且需要电池的存在。此外，对于氢气需求的快速及实质增加的情形，必须突然升高该材料的温度，这难以实现而且可能造成氢气生产过剩。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于解决以上缺点中的至少一个的系统。本发明的目的尤其是提供一种安全同时又实用的系统。
为此目的，提供一种用于储存氢气并将氢气供应至氢气利用单元的系统，包括：
第一氢气储存罐，包括通过吸着来亚稳态地储存氢气的第一材料，和
第二氢气储存罐，包括通过吸着来可逆地储存氢气的第二材料，
从所述第一罐至所述第二罐和/或所述氢气利用单元的氢气输出部，
从所述第二罐至所述氢气利用单元的氢气输出部，
以允许所述第一罐向所述利用单元供应第一氢气流，且所述第二罐向所述利用单元供应第二氢气流，所述第二流补足和/或替代所述第一流。
这些特征有利地通过以下特征单独或以其技术上任何可能的组合来补充：
所述系统配置为允许所述第一罐向所述第二罐供应所述第一流以用氢气再填充所述第二罐，
所述系统配置为至少在操作位置时，所述第一罐、所述第二罐和所述氢气利用单元保持流体连通，且由所述第二材料所储存的氢气量的变化根据所述氢气利用单元的氢气需求被动地被控制，
所述第二材料适于形成氢化物，优选金属氢化物，优选LaNi5、FeTi、TiCr、TiV、TiZr和/或TiMn2类的金属氢化物。
所述第一材料适于形成氢化物，优选金属氢化物，例如铝烷，例如至少铝烷相，例如α铝烷，例如α主铝烷(alpha prime alane)和/或氨硼烷和/或1,2-二胺硼烷，和/或氢化锂和/或氢化铝锂。
所述第二罐例如配置为在环境温度下供应所述第二氢气流以允许操作所述利用单元，
从所述第一罐至所述第二罐和/或所述氢气利用单元的氢气输出部设置有止回阀，
所述氢气利用单元包括燃料电池和/或废气处理系统和/或氢气马达，
对于每个第二罐，所述系统包括从所述第二罐至所述氢气利用单元的氢气输出部和所述第二罐的氢气输入部，所述输入部至少部分地与所述输出部分开，配置为实施下文所述方法的控制构件。
本发明还涉及一种用于向氢气消耗单元供应氢气的方法，该方法由根据本发明的系统来实施。
这些特征有利地通过以下特征单独或以其技术上任何可能的组合来补充：
使所述第一材料的温度升高以达到操作温度，
在该温度升高之前和/或期间，由所述第二罐向所述利用单元供应代替所述第一流的所述第二氢气流，
一旦所述第一材料达到所述操作温度，便通过所述第一罐供应所述第一氢气流，并且优选停止供应所述第二流，
通过所述第一罐向所述利用单元供应所述第一氢气流，
除所述第一流之外，通过所述第二罐向所述利用单元供应所述第二氢气流，通过所述第一罐用氢气再填充所述第二罐，
在通过所述第二罐供应所述第二氢气流的至少一个步骤结束时，所述第二罐具有足以执行供应所述第二氢气流的新步骤的填充量。
附图说明
本发明的其他特性及优点将从对实施方式的以下描述中显现。在附图中：
图1示出根据本发明示例性实施方式的系统的实例，
图2示出在实施根据本发明示例性实施方式的方法实例期间系统行为的实例，和
图3示出可逆储存材料与亚稳态储存材料之间行为差异的实例。
具体实施方式
氢气储存和/或供应系统
一般性说明
参考图1，该图描述了氢气储存和/或供应系统100。
系统100例如是用于储存和/或供应氢气至例如至少氢气利用单元130的系统。系统100例如是用于装置的氢气储存和/或供应系统。
系统100是例如用于车辆的氢气储存和/或供应系统。该车辆是例如机动车辆。该机动车辆例如是例如由燃料电池供电的电动车辆。机动车辆例如是热力发动机车辆。
系统100例如是用于固定装置的氢气储存和/或供应系统。该固定装置例如是电力供应单元，例如发电机，例如用于供应备用和/或紧急电力的单元，例如照明单元，例如用于照明建筑物的单元。电力供应单元例如是可携带的。
系统100包括例如至少一个第一氢气储存罐110，例如多个第一罐110。第一罐110包括例如第一氢气储存材料111。
除非另有说明，否则术语第一、第二和其他序数仅用于列出元件，并不影响这些元件之间的顺序。
第一材料111可为固体材料或呈凝胶形式。第一材料111可为吸附和/或吸收储存材料。第一材料111可为氢化/脱氢储存材料。
该第一材料111是例如通过吸着的氢气亚稳态储存材料。
亚稳态意指在标准压力场(即，小于200巴)中一直处于氢气解吸状态中的材料。
图3因此示出在例如铝烷的亚稳态材料与例如TiMn2类的可逆材料(非亚稳态)之间的差异。该图示出吸收或吸附或脱附平衡曲线，即，表示吸收、吸附或脱附平衡压力的曲线，在此情形中在例如80℃的给定温度下，该压力的自然对数(logarithme népérien)根据在该材料内的例如以重量百分比表示的氢气浓度而变化。在该曲线上方，该材料在填充区域中且因此捕捉氢气。在该曲线下方，该材料在排放区域中且因此释放氢气。应注意的是该图是示意图且事实上该吸收或吸附曲线及该脱附曲线不一定合并而是保持类似轮廓及类似数量级。
该可逆储存材料的平衡曲线通常取决于温度：温度越高，平衡压力越高且排放区域越大。该曲线具有：低压增加的第一段；平均压力的实质稳定或稍微增加的第二段；及再次增加高压的第三段。该第二段通常比200巴低很多。
该亚稳态储存材料的平衡曲线具有：低压增加的第一段；平均压力的实质稳定或稍微增加的第二段；及还是增加高压的第三段。该第二段通常比可逆储存材料大很多，例如比200巴大很多，例如数千巴的数量级。因此，在平常或操作条件下，该亚稳态储存材料通常一直在解吸氢气而不捕捉氢气的过程中。
系统100包括例如至少一个第二氢气储存罐120。第二罐120包括例如第二氢气储存材料121。第二材料121例如是例如通过吸着的可逆氢气储存材料。
吸着(sorption)意指将物质吸附或吸收于另一物质上或中的过程。吸收(absorption)意指材料将分子保持于其体积中的能力。吸附(adsorption)意指材料将分子保持于其表面上的能力。
第二材料121可为固体材料或呈凝胶形式。第二材料121可为通过吸附作用和/或吸收作用的储存材料。第二材料121可为通过氢化和/或脱氢的储存材料。
可逆意指起初被填充且已至少部分地释放的材料可至少部分地用该材料置于其中的介质(例如由气态氢气组成的介质)进行再填充。
部分再填充可按照惯例定义为在小于或等于200巴的压力下且在适于再填充材料的温度范围内，例如在用于在所考虑的压力下再填充该材料的最佳温度下进行再填充，例如以便达到给定填充率，例如50％，例如以便使该填充率增加给定百分比，例如至少10％。
该系统包括从第一罐至第二罐和/或氢气利用单元的氢气输出部1101。该系统包括例如从第二罐至氢气利用单元的氢气输出部1201，例如以便允许第一罐向利用单元供应第一氢气流，且第二罐向利用单元供应第二氢气流，第二流补足和/或替代第一流。
例如，该系统配置为和/或第一罐和第二罐设置为和/或第一材料和第二材料设置为例如当系统正在操作时，例如在第一操作位置，允许第一罐110向利用单元130供应第一氢气流。
例如，该系统配置为和/或第一罐和第二罐设置为和/或第一材料和第二材料设置为例如当系统正在操作时，例如在第一操作位置，允许第二罐120向利用单元130供应第二氢气流，该第二流例如补足和/或替代第一流。
因此可利用第一罐生产安全且紧凑的系统，该第一罐由于使用亚稳态储存材料而可验证压力极限标准且具有大氢气储存容量并且更为紧凑，同时该第二罐具有更具反应性的单元，解决与使用亚稳态储存材料相关的问题。
该单元例如允许启动该系统以达到足够供该第一罐使用的温度。具体地，第二罐120例如适于供应第二氢气流以便允许例如除第一氢气流之外，例如在无第一氢气流的情况下，例如在环境温度下，例如在小于或等于15℃，例如小于或等于10℃，例如小于或等于0℃，例如小于或等于-10℃，例如小于或等于-20℃的环境温度下操作上述利用单元，例如以便允许启动和/或操作该利用单元，例如直到该第一罐110可供应足以独自操作该氢气利用单元的第一流为止。因此，可在所选择的应用的所有可能的温度下，例如不适于该第一罐的低温下，例如当加热该第一罐时，快速地启动该系统。
因此可使用需要例如大于或等于90℃的高操作温度的材料，如形成铝烷的材料作为储存材料(例如作为主储存库)来实现在启动时快速且有效的系统。
替代地或除此之外，当需求突然增加时，例如当该氢气利用单元处于高需求时或在扫气时，该单元快速地供应需求过剩的氢气。具体地，该装置配置为，特别是例如该第一材料和该第二材料适于使得与氢气需求相关的该第一罐的压力降低造成由该第二罐产生氢气。
可以提供一种在较低压力下有效运行的系统，其减小了罐壁的厚度且改善了其体积密度和/或其重量储存密度。
具体地，可以在第二罐中获得足够的平衡压力，确保在高压力下的氢气供应和/或第二材料内氢气的高填充率和/或高可获得性。
替代地或除此之外，当通过冷却区域时或在未充分加热该第一罐而使该第一材料冷却并因此至少暂时减少由该第一罐产生氢气的情形中，该单元供应氢气流。
也有可能省去该第一罐的预热装置，或限制该预热装置的尺寸，或限制其使用。这是特别有利的，因为在低温下工作的电池可能占据相当大的空间和/或具有相当大的质量用以加热亚稳态储存材料。这亦简化该系统，因为与预热有关的限制较少，特别是对于包括亚稳态储存材料的第一罐来讲，尤其是因为不再必须通过加热以使同一罐必须突然生产过剩，且这对于该第一罐的加热及预热本质上不同的情形尤然。这与在预热期间功率受限相比可以更快速或甚至立即具有相当大的功率。特别是在低温时，这进一步减少与电加热相关的能量损失。这进一步简化该系统的控制。
可生产有效且反应性的系统。相对于具有较小效率、高惯性并因此在突然有需求时的低反应性及返回到较少氢气产生状态下的低反应性的相当大尺寸的储罐，该系统特别有利。由于其效率，该系统消耗较少的能量，例如燃料。
这也有可能省去处于低压下的第一罐中的过压释放阀，或减少与阀相关联的泄漏。亦有可能省去第二罐中的过压阀或泄压阀，该第二罐尺寸更加适度，可设计成具有增加的抗性，或降低与阀相关联的泄漏。例如如果来自罐的元件堵塞了阀和/或使此过程限制于紧急情况下，有可能减少与此类阀相关联的氢气损失和/或在氢气释放期间相关的安全风险。
有可能在不会引起操作或安全问题的情况下不受系统的最低和/或最高温度限制。
亦有可能相对于尺寸设计成高度耐高压的高度稳定的罐来修改罐设计。这大大提高了体积和/或重量储存容量，和/或效能及热传递，因为存在更少需要加热的材料，和/或降低罐的重量，和/或减少与罐相关联的其他元件，诸如不再需要耐高压的连接构件。
系统100例如配置为当系统正在操作时使用第一罐110再填充第二罐120。该系统例如配置为例如在第二操作位置时允许第一罐110向第二罐120供应第一流以用氢气再填充第二罐120。这例如操作该系统直到它完全停止而没有与氢气生产过剩相关的损失及风险，因为到最后产生的氢气可被该第二罐捕捉。该系统例如配置为在停止时该第二罐可吸收该第一罐所产生的全部氢气。
因此，该系统更安全，因为它需要更少的控制，无论是通过自动方式还是由在工作的操作员进行控制。它也不需要抽空在氢气利用单元未使用的条件下(例如在停止期间)产生的氢气。
有可能在第一罐110不能够或不足以充分确保氢气需求时替代性地使用第二罐120，然后在平稳或较平静阶段期间再填充第二罐120，以用于第二罐120的新用途。
该第二罐120例如配置为供应该第二氢气流和/或根据在该第二罐内的压力和/或该系统的压力而被动地被再填充。该第二罐120例如配置为供应该第二氢气流和/或根据在该第二罐内的压力和/或该系统的压力与该第二材料的平衡压力(例如该脱附和/或吸着平衡压力)之间的压力差，例如根据温度，例如根据填充率而被动地被再填充。相对于氢气的需求量该第二罐120形成例如该第一罐110的补偿单元。
在给定温度及给定填充率下材料的脱附平衡压力意指施加在该材料上使得不存在氢气释放的最小气体压力。在极低压力下，氢气会释放。
在给定温度和给定填充率下材料的吸收或吸附平衡压力意指施加于材料上以使得不存在氢气吸收或吸附的最大气体压力。在极高压力下，会吸收或吸附氢气。
该填充率例如以百分比表示。
该填充率可定义为在给定温度下引入该系统的氢气质量与该系统可容纳的最大氢气质量的比。
按照惯例，可以定义在例如200巴的参考压力下计算最大质量及填充率。
氢气利用单元
系统100包括例如至少一个氢气利用单元130，例如多个氢气利用单元。
至少一个氢气利用单元130是或包括例如氢气消耗单元。
至少一个氢气利用单元130是或包括例如用于处理来自马达的气体，例如在排气管线区域中的气体的系统。
至少一个氢气利用单元130是或包括例如燃料电池，例如质子交换膜燃料电池。
至少一个氢气利用单元130可包括燃料电池和/或适于由燃料电池供电的电动马达。至少一个氢气利用单元是或包括例如氢气马达，例如适于被供应氢气的热力发动机，例如内燃机和/或混合动力发动机。
该系统例如配置为第一罐110和/或第二罐120可为氢气利用单元供应氢气。氢气利用单元具有例如大于或等于1.5巴，例如2.5巴，例如5巴，例如10巴的输入压力。
流体连接
例如，如图1中所示，第一罐110和/或第二罐120和/或氢气利用单元130例如流体连接。
“两个元件之间的流体连接”意指适于使该两个元件处于流体连通的所有流体连通构件。流体连通构件可例如包括一个或多个管和/或一个或多个阀。
例如，第一罐110与第二罐120流体连接，例如使得可选择地阻断该流体连接。例如，第二罐120与氢气利用单元130流体连接，例如使得可选择地阻断该流体连接。
该第二罐120例如设置在该第一罐110与该氢气利用单元130之间，该第一罐110及该氢气利用单元130经由该第二罐120流体地连接。
系统100包括例如从第一罐110至第二罐120和/或氢气利用单元130，例如经由第二罐120至氢气利用单元130的氢气输出部1101。输出部1101例如设置有例如至少可在打开位置与闭合位置之间移动的输出阻断构件1102，其包括例如阀，例如电磁阀。在打开位置时，输出部1101准许来自第一罐110的氢气流动。在闭合位置时，输出部1101不允许来自第一罐110的氢气流动。或者，输出部1101例如不具有阻断构件。输出部1101包括例如一个或多个管和/或一个或多个壁。输出部1101可设置有止回阀，例如以防止氢气从第二罐120和/或氢气利用单元130回流。该输出部1101形成在该第一罐110与该第二罐120间的流体连接，例如直接流体连接，例如使得当该阻断构件1101在打开位置时或当该输出部1101没有阻断构件时，该第一罐110内的压力实质等于该第二罐120内的压力。
系统100包括例如从第二罐120至氢气利用单元130的氢气输出部1201。输出部1201形成例如第二罐120的自第一罐110的氢气输入部。例如是压力来决定该输出部的行为是输出行为还是输入行为。替代性地或除此之外，第二罐120的自第一罐110的氢气输入部可至少部分地与输出部1201分开。输出部1201例如设置有例如至少可在打开位置与闭合位置之间移动的输出阻断构件1202，其包括例如阀，例如电磁阀。在打开位置时，输出部1201准许氢气从第二罐120向利用单元130流动。在闭合位置时，输出部1201不允许来自第二罐120的氢气流动。输出部1201包括例如一个或多个管和/或一个或多个壁。输出部1201包括例如压力传感器1203，例如设置在第二罐120与阻断构件1202之间。
系统110包括例如氢气利用单元130的自第一罐110和/或第二罐120的氢气输入部1301。第一输入部1301形成例如输出部1201。第一输入部1301例如设置有例如至少可在打开位置与闭合位置之间移动的输入阻断构件1302，其包括例如阀，例如电磁阀。阻断构件1302形成例如阻断构件1202。在打开位置时，输入部1301准许至消耗单元130的氢气流动。在闭合位置时，输入部1301不允许至消耗单元130的氢气流动。输入部1301可设置有计量构件，输入阻断构件1302形成该计量构件或该计量构件不同于输入阻断构件1302。输入部1301包括例如一个或多个管和/或一个或多个壁。输入部1301可设置有止回阀，例如以防止氢气从氢气利用单元130返回。
第二罐120包括例如不同于第一罐110的氢气再填充构件。该不同的氢气再填充构件包括例如专用输入部，包括例如一个或多个管和/或一个或多个壁。该专用输入部例如设置有专用阻断构件，其包括例如阀，例如电磁阀，且例如至少可在打开位置与闭合位置之间移动。
该第一罐110、该第二罐120及该氢气利用单元130例如流体连接，使得至少在操作位置时该第一罐110、该第二罐120及该氢气利用单元130保持流体连通。该系统因此配置成使得在该第一罐110及该第二罐120内的压力相同，且该氢气利用单元130内的压力影响该第一罐110及该第二罐120内的压力。
罐可拆卸性
第一罐110例如是可拆卸的。
第二罐120例如是不可拆卸的。可拆卸意指可以在不拆卸系统其余部分(拆卸系统其余部分将会使系统无法正常工作)的情况下进行更换。不可拆卸意指在不拆卸系统其余部分(拆卸系统其余部分将会使系统无法正常工作)的情况下不可进行更换。或者，第二罐120例如是可拆卸的以便于更换。
第一罐110与第二罐120之间的流体连接因此可以例如在不停止装置(例如车辆)的操作的情况下或在第二罐120不可拆卸的情况下再填充第二罐120。
可以独立于第二罐来确定第一罐的尺寸，这简化了系统的尺寸设计，并且改善了第一罐的紧凑性，这在第一罐是可拆卸的情况下尤其引人关注。
多数第二罐
该系统可包括多个第二罐120。该第一罐110和/或该第二罐120和/或该氢气利用单元130例如流体地连接。
罐
第一罐110包括例如第一罩壳112、例如设置于第一罩壳112内的第一材料111。
第二罐120包括例如第二罩壳122，例如设置于第二罩壳122内的第二材料121。第二罩壳122与第一罩壳112相比具有例如较高的耐压性。
氢化物
该第一材料111包括或是氢气储存材料，例如以便形成氢化物，优选金属氢化物，例如铝烷，例如至少为铝烷相，例如α铝烷，例如α主铝烷，和/或氨硼烷(BH6N)和/或1,2-二胺硼烷(亦称为EDAB，BH3NH2CH2CH2NH2BH3)，和/或氢化锂(LiH)和/或氢化铝锂(LiAlH4)。
该第一材料111包括例如粉末。
该第二材料121包括或是例如适于形成氢化物，例如金属氢化物的氢气储存材料。
该第二材料121包括或是例如适于例如在环境温度下形成氢化物的金属合金。
该第二材料121包括例如粉末。
第二材料121可包括金属合金或由金属合金组成，例如AnBm类型的金属间化合物，例如ABm类型，例如AB2或AB5，例如AnB类型，例如A2B，例如AB，其中A和B是金属化学元素，且n和m是大于或等于1的自然数。
第二材料121可包括或其组成为金属合金，例如包括铁和/或钒和/或钛和/或锆和/或镁。第二材料121可包括或其组成为以下中的至少一种合金：LaNi5和/或FeTi和/或TiCr和/或TiV和/或TiZr和/或TiMn2的合金，和/或相应的氢化物。第二材料121亦可包括或其组成为以下中的至少一种氢化物：NaAlH4和/或LiNH2和/或LiBH4类型，以及相应的脱氢形式。第二材料121可包括或其组成为Ti(1–y)Zry(MnVFe)2类型的合金，其中y大于或等于0且y小于或等于1。
具体地，该第二材料121可包括或其组成为如下合金：该第二材料121具有在1％与15％之间，例如在1％与10％之间，例如实质等于3％的锆质量分数。使用这样的质量分数尤其适用于与车辆的燃料电池有关的应用。
加热构件
系统100包括例如第一材料111的专用第一加热构件113，例如加热器，例如电阻器，例如热交换器。因此，可以加热第一罐，然后使用第一罐作为用于氢气利用单元和/或用以再填充第二罐的主要或唯一氢气源。
第一加热构件113是例如适于从氢气利用单元130接收用于其操作所必需的全部或部分能量或热量。例如借助于自氢气利用单元130至第一罐110的热交换器直接供应热量。热量包括或其组成为当氢气利用单元130是燃料电池时来自在该氢气利用单元130内发生的还原的热量。热量包括或其组成为例如热量，例如来自气体排出管线和/或来自热力发动机例如氢气马达的热量。热量包括或其组成为例如来自选择性催化还原的反应和/或马达例如氢气马达的操作的热量。替代性地或除此之外，能量例如是氢气利用单元130产生的电能，加热构件113包括至少一个电阻器。
具体地，系统可配置为在给定环境温度下，第二罐120以足够量和/或速率和/或持续时间向氢气利用单元130供应氢气以允许通过第一加热构件113加热第一罐110，具体地自环境温度加热至具体地能够自第一罐110解吸氢气的操作温度，具体地以便允许氢气利用单元130在没有通过第二罐120的氢气供应的情况下操作。该系统可具体地配置为在给定环境温度下，第二罐在必需的能量和/或功率和/或速率下以大于至少20％，例如至少40％，例如至少100％，例如小于300％的量供应氢气。因此有可能提供用于若干连续使用的足够余量。
该第一罩壳的操作温度例如是该第一材料111的氢气释放速度足以供应该氢气利用单元130时的温度。氢气利用单元130的输入部的压力例如小于或等于10巴，例如小于或等于6巴，例如小于或等于5巴。该第一材料111的标称操作温度例如在60℃与300℃之间，例如在80℃与200℃之间，例如大约150℃。该开始温度例如在-40℃与80℃之间，例如在-30℃与50℃之间，例如从大约-20℃开始。
系统100可例如包括第二材料121的专用第二加热构件123，例如加热器，例如电阻器，例如热交换器。有可能甚至更快速地供应大量氢气，例如以便促进氢气利用单元130的操作。
第二加热构件123是例如适于从氢气利用单元130接收用于其操作所必需的全部或部分能量或热量，例如在启动系统过程中。例如借助于自氢气利用单元130至第二罐120的热交换器直接供应热量。热量包括或其组成为当氢气利用单元130是燃料电池时来自在该氢气利用单元130内发生的还原的热量。热量包括或其组成为例如热量，例如来自气体排出管线和/或来自热力发动机例如氢气马达的热量。热量包括或其组成为例如来自选择性催化还原的反应和/或马达例如氢气马达的操作的热量。替代性地或除此之外，能量例如是氢气利用单元130产生的电能，加热构件123包括至少一个电阻器。
该第二加热构件123包括例如适于利用环境热量供应该第二罐120的风扇。
冷却构件
系统100包括例如第二材料121的专用第二冷却构件125，例如冷却单元。第二加热构件123形成例如第二冷却构件125。该冷却例如通过循环冷却流体例如空气和/或通过帕耳贴效应实现。
第二罐120的氢气储存容量例如小于第一罐110的氢气储存容量。第二罐120具有例如小于或等于第一罐110的氢气储存容量的50％，例如小于或等于其氢气储存容量的30％，例如小于或等于其氢气储存容量的20％的氢气储存容量。第二罐120具有例如大于或等于第一罐110的氢气储存容量的10％的氢气储存容量。
第二罐120具有例如小于第一罐110的体积。第二材料121具有例如小于第一材料111的体积。事实上，由于第二罐仅用于有限的时段，因此其容量以及因而其体积可为有限的。这也通过限制其在安全方面存在的风险而有效地设计其大小。以此方式，不必依赖于使用涉及氢气损失的阀，或在任何情况下皆有可能限制该阀在特定情形中的应用。而且，有可能限制与电池相关的能量损失，该能量损失将随时间和在温度变化过程中引起相当大的损失。
操作条件
第二材料121例如适于例如根据例如来自诸如在下文描述的控制构件的对利用单元的需求，在小于或等于0℃，例如小于或等于-10℃，例如小于或等于-20℃的温度T最低下，例如在介于1巴与15巴之间，例如针对燃料电池介于1巴与10巴之间，例如针对内燃机或热力发动机介于5巴与15巴之间，例如针对气体处理应用介于1巴与2巴之间的压力下，例如在例如约为1巴的环境压力下供应氢气，例如以便允许操作利用单元130。
第一罐110例如第一罩壳112例如适于耐受在1与100巴之间，例如在1与50巴之间，例如在1与25巴之间的内部压力，该压力是相对和/或绝对压力。
第一罐110例如第一罩壳112例如适于耐受在60℃与300℃之间，例如在80℃与200℃之间，例如大约150℃的温度。
系统100例如适于使得第一罐110和/或第一罩壳112仅经受小于或等于100巴，例如小于或等于50巴，例如小于或等于25巴的压力。
第二罐120例如具有严格小于第一罐110的质量。第二材料121例如具有严格小于第一材料111的质量。
第二罩壳122中的第二材料121的填充水平例如大于或等于第二罩壳122体积的5％，例如25％，例如50％。
第二罐具有例如大于或等于10℃，例如小于或等于15℃，例如小于或等于20℃的操作温度，例如标称操作温度。
第二罐120例如第二罩壳122例如适于耐受介于20巴与130巴，例如介于50巴与110巴之间，例如介于70巴与90巴之间，例如约80巴的内部压力，该压力是相对和/或绝对压力。
第二罐120例如第二罩壳122例如适于耐受介于40℃与120℃之间，例如介于50℃与90℃之间，例如介于60℃与85℃之间的温度。
过滤构件
第一罐110和/或第二罐120可包括使气体粒子进入和/或离开的过滤构件，例如一个或多个过滤器。
热传递
第一罐110和/或第二罐120具有例如用于快速热传递的内部构造。
控制构件
系统可包括控制构件170，例如控制单元。该控制构件可包括至少一个处理器和/或RAM和/或ROM和/或显示构件，例如终端机。
控制构件170可包括适用于例如实时地测量和提供系统状态的一个或多个测量值的一个或多个传感器。控制构件170可包括第一罐的第一温度传感器114，和/或第二罐的第二温度传感器124，和/或氢气利用单元的第三温度传感器134，和/或压力传感器1203。控制构件170可包括第一罐的第一压力传感器114，和/或第二罐的第二压力传感器124，和/或氢气利用单元的第三压力传感器134。控制构件170可包括第一罐的第一氢气浓度传感器114，和/或第二罐的第二氢气浓度传感器124。
控制构件170例如配置为通过控制第一罐110内的压力和/或第二罐120的压力，例如通过控制第一罐110和/或第二罐120的热量供应，来控制第一罐110和/或第二罐120的氢气填充状态。
控制构件170可例如控制第一罐110，例如第一加热构件113。控制构件170可例如控制第二罐120，例如第二加热构件123。控制构件170可例如控制冷却构件125。控制构件170可例如控制氢气利用单元130。控制构件170可例如控制阻断构件1102。控制构件170可例如控制阻断构件1202。控制构件170可例如控制阻断构件1302。
控制构件例如配置为实施诸如在下文描述的方法。
替代地或除此之外，该系统配置为使得由该第二材料储存的氢气量的变化可根据该氢气利用单元130的氢气需求被动地被控制。以此方式，通过材料的选择，特别是该第二材料，可提供仅需要待控制的压力管理的系统。
特别地，该控制构件例如配置为可控制该系统以便使该系统处于或将该系统保持为如下：该第一罐110、该第二罐120及该氢气利用单元130，如前所述，保持流体连通，及例如通过该第一加热构件113为该第一罐提供固定氢速度的控制。在这种情况下，若该氢气利用单元130的氢需求改变，该氢气利用单元130会使该系统中的压力改变，且通过该第二罐120的产生氢气或捕捉氢气会由于该第二罐120内压力变化的实际传递而改变，以便根据该第二材料121的温度、该第二材料121的填充率及该第一罐110所提供的速度来调整氢气的产生及重设预定压力。例如，因为该氢气利用单元130，例如由于该氢气利用单元130的扫气而导致的压力下降会造成通过该第二罐120供应需求过剩的氢气，同时该第一罐110的速度保持实质不变。
燃料电池
参考图1，该图1描述了氢气利用单元130包括或是燃料电池的系统100。系统100因此是用于储存氢气并将氢气供应至燃料电池，例如用于装置，例如用于车辆或固定装置的系统。还描述了包括系统100的燃料电池系统。
燃料电池是例如质子交换膜燃料电池。燃料电池例如适于在输出时提供足以用于给定应用的标称电功率。
排气管线
氢气利用单元130可包括或是排气管线或用于通过选择性催化还原处理废气的装置。系统100是用于储存氢气并将氢气供应至排气管线和/或装置的催化剂，例如车辆或固定装置的催化剂的系统。还描述了用于自装置例如车辆或固定装置排出气体的系统，该系统包括系统100。
热力发动机
氢气利用单元130可包括或是热力发动机。有可能直接为热力发动机供应氢气。系统100是用于储存氢气并将氢气供应至热力发动机(例如用于车辆或固定装置)的系统。还描述了用于通过热力发动机供应能量的系统，例如车辆或固定装置，该系统包括系统100。
方法
参考图2，该图描述了用于向例如如在上文所描述的氢气消耗单元供应氢气的方法。该方法例如适于由上文描述的系统100实施或由上文描述的系统100实施。
所描述的各步骤可重复一次或多次或与所描述的一个或多个其他步骤组合，若该组合在技术上可行。
该方法是或包括例如用于启动系统的方法和/或用于例如在操作期间利用系统的方法。
该方法包括例如通过控制构件170接收利用单元130对氢气的需求和/或计算利用单元130对氢气的需求的步骤。
例如在控制构件170的控制下和/或根据对氢气的需求进行在下文描述的步骤。例如以规则的间隔时间，例如实时地例如更新对氢气的需求。
该方法包括步骤800：例如将第一材料111的温度升高例如以达到操作温度。
该方法例如包括例如在步骤800期间和/或在第一材料111的温度升高期间进行的步骤802。步骤802包括例如通过第二罐120向利用单元供应第二氢气流以代替第一流。
例如通过第一加热构件113进行温度升高。第一加热构件113接受来自利用单元130的用于操作第一加热构件113所必需的所有或部分能量或热量，该热量例如部分地或全部来自利用单元130的热量排放。
该方法可包括：例如在步骤800和/或步骤802至少一部分的同时，不存在供应第一流和/或通过第一阻断构件1102阻断输出部1101的步骤8001。
该方法可包括，例如在与步骤800和/或802的至少一部分的同时，例如在步骤8001后，用以供应第一流，例如增加该第一流和/或减少该第二流，例如该第一流保持小于预定的标称流和/或该第一材料的温度小于标称温度，和/或通过该第一阻断构件1102解除该输出部1101的阻断的步骤8002。
该方法可例如包括：一旦第一材料达到标称操作温度，通过第一罐110向利用单元130供应第一氢气流的步骤804。该方法可包括：例如与步骤804同时或在步骤804开始之后，停止向利用单元130供应第二流的步骤806。
有可能在例如系统启动期间，第一罐尚末准备好对利用单元的操作所必需的氢气需求作出响应的情况下，启动或操作该系统。
该方法因此包括例如启动该系统的步骤，且该启动步骤包括步骤800和/或步骤802和/或步骤8001和/或步骤8002。
在该启动步骤结束后，考虑例如在给定温度下，例如在环境温度下，例如在20℃下，该第二罐120可具有小于或等于该第二罐120最大氢气容量的50％，例如小于或等于40％，优选小于或等于30％的填充量。该第二材料可吸收可选地被第一材料释放的氢气，例如当该利用单元不打算使用这些氢气时，例如停止该系统期间。
最大容量意指对应于在给定温度下100％的填充率的容量。
该方法可进一步包括通过第一罐110用氢气再填充第二罐120的步骤810。因此有可能用已在前一步骤中使用的氢气再填充第二罐。
步骤810例如与通过第一罐110向利用单元130供应第一氢气流的步骤同时发生。因此有可能保持利用单元130的正常操作，同时为需要使用第二罐120的新的特定控制的可能事件做准备。然后实施步骤810例如至该第二罐120的预定填充程度，例如以便获得相当于在最终实施如下所述的步骤808之前在该第二罐120内的氢气含量，例如在给定温度，例如50℃，例如20℃下，例如小于或等于该第二罐120的最大氢气容量的50％，优选40％，优选30％，优选大于或等于10％，例如大于或等于15％，例如大于或等于25％。
该方法可包括通过该第一罐向该利用和供应单元供应第一氢气流，且除了该第一流以外，亦通过该第二罐向该利用单元供应第二氢气流的步骤808。步骤808例如在对该第一罐110的需求过度时，即该第一罐在氢气流方面无法满足或超出标称氢气流的需求时实施。可同时组合两股氢气流以便例如在扫气时，响应于氢气的特别大和/或突然的需求。在例如选自前述和/或下述步骤中的一个或多个步骤之后实施步骤808。例如在步骤808之后实施停止该第二流的步骤。
在通过第二罐供应第二氢气流的至少一个供应步骤结束时，例如步骤800，例如步骤8001和/或步骤8002，和/或步骤810结束时，第二罐可具有足以执行新的供应第二氢气流的步骤的填充量。有可能连续数次使用第二罐120，即使其间该第二罐未被再填充或仅部分再填充。该填充量例如大于或等于例如在给定温度下，例如在环境温度下考虑的第二罐120的最大填充量的50％，例如大于或等于30％。或者，该第二罐无法具有足以实行供应该第二氢气流的新步骤的填充量，该方法基于通过该第一罐进行再填充。
该方法可还包括通过该第一罐110用氢气再填充该第二罐120的步骤812。因此可使用已在前一步骤中使用过的氢气再填充该第二罐。
步骤812例如在没有和/或减少通过该第一罐110供应第一氢气流至该利用单元130的同时实行，例如在没有该利用单元130的使用控制时和/或没有使用该利用单元130时实施。
因此，可在该利用单元不再需要氢气供应时为需要使用该第二罐120的新的特定控制的可能事件做准备。
该方法可包括停止例如通过第一罐110例如向利用单元130供应氢气的步骤，该停止步骤包括例如步骤812。因此有可能受益于在供应步骤结束时通过第一罐的不可避免的氢气产生。
该方法可包括停止利用单元130的步骤，该停止步骤包括例如步骤812。
该方法可包括停止系统的步骤，该停止步骤包括例如步骤812。因此有可能进行停止系统的步骤，例如通过为需要使用第二罐120的新的特定控制的可能事件做准备，例如在下一次启动期间。
该方法可包括自动地控制该第二罐120所储存的氢气量的步骤，以便保持和/或使该第二罐储存的氢气含量低于某一阈值，例如以便保持和/或使该第二罐储存的氢气含量高于某一阈值，例如以便保持和/或使该第二罐储存的氢气含量在某一临界值。该控制例如只在操作状态下实行，且该操作状态在该启动步骤与该停止步骤之间。因此除了启动、停止和/或大量需求以外，亦可在有大量需求时产生有限的氢气储量，且保持储量足够低以吸收在停止期间释放出的氢气。
该控制可包括在该操作阶段期间限制该第二罐120的使用，例如限制一个或多个步骤808的实施。
该控制步骤的目的在于例如考虑例如在给定温度，例如在环境温度，例如20℃下，保持或使该第二罐120所储存的氢气量优选在该第二罐120的最大氢气容量的10％与90％之间，例如在15％与85％之间，在20％与80％之间，且该控制例如在启动步骤和/或操作阶段和/或停止步骤期间实施。
该控制步骤的目的在于例如保持或使该第二罐120所储存的氢气量在或达到足够低以吸收在停止该系统期间该第一罐110释放出的第一氢气流的程度，优选在或达到小于或等于该第二罐120的最大氢气容量的50％，优选40％，优选30％的程度，优选在或达到大于或等于10％，例如15％，例如25％的程度。该控制例如在操作阶段期间实施。
该方法可包括自动控制该第二罐120内的温度的步骤，例如以便保持和/或使该温度在或低于某一阈值和/或高于某一阈值，例如以便保持和/或使该第二罐所储存的氢气含量在预定值，例如具有小于或等于20℃，例如小于或等于15℃，例如小于或等于10℃的容许度。
该控制步骤的目的在于例如保持或使该第二罐120内的温度例如在10℃与50℃之间，优选在15℃与50℃之间，优选在20℃与50℃之间。
自动控制的步骤包括例如根据该氢气利用单元的氢气需求被动地控制该第二材料121所储存的氢气量的步骤。该被动控制步骤例如在该第一罐、该第二罐及该氢气利用单元保持流体连通的操作位置时实施。
该被动控制步骤包括例如在该操作位置时移动该系统或在该操作位置时保持该系统。
该被动控制步骤包括例如通过第一加热构件主动控制该第一罐110的供应速度为固定。
该被动控制步骤包括例如通过第二加热构件主动控制供应固定热量至该第二罐120和/或在固定温度加热该第二罐120。
该被动控制步骤包括例如根据由该氢气利用单元130所导致的压力变化来被动地控制该第二罐120供应或捕捉氢气。
该被动控制步骤可包括实施步骤804和/或步骤806和/或步骤808和/或步骤810和/或步骤812。这种实施特别容易，因为例如通过固定控制来简单地控制该第一罐以及对该第二罐提供简单的加热控制，使得该系统本身根据该氢气利用单元的需求而运行及调整就可以。
参考图2，该图描述了在实施该方法时该系统的行为实例。
在该图的第一部分31上，示出来自该第一罐110的氢气流311及来自该第二罐120的氢气流312，及氢气需求313。该氢气流以百分比表示，100％对应于该系统配置为分别经由第一罐110或第二罐120供应的标称流量。
在该图的第二部分32上，示出按巴计的压力321，该压力是例如在该第二罐120中和/或与该氢气利用单元130共同和/或例如与罐110和罐120这两个罐共同和/或与该氢气利用单元130共同的压力。
在该图的第三部分33上，该第一罐110内的温度331及该第二罐120内的温度332以摄氏度表示。
在该图的第四部分34上，该第一罐110内的氢气341含量及该第二罐120内的氢气填充率342以百分比显示。
第一部分31至第四部分34表示例如第一阶段8001，接着是步骤8002，接着是进行步骤804、步骤806和步骤810的阶段，接着是进行步骤808的步骤，接着是进行步骤804、步骤806和步骤810的阶段，接着是停止步骤812。

Claims (14)

1.一种用于储存氢气并将氢气供应至氢气利用单元(130)的系统，所述系统包括：
第一氢气储存罐(110)，包括通过吸着来亚稳态地储存氢气的第一材料(111)，和
第二氢气储存罐(120)，包括通过吸着来可逆地储存氢气的第二材料(121)，从所述第一罐至所述第二罐和/或所述氢气利用单元的氢气输出部(1101)，
从所述第二罐至所述氢气利用单元的氢气输出部(1201)，
以允许所述第一罐向所述利用单元供应第一氢气流，且所述第二罐向所述利用单元供应第二氢气流，所述第二流补足和/或替代所述第一流。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统配置为允许所述第一罐向所述第二罐供应所述第一流以用氢气再填充所述第二罐。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述系统配置为至少在操作位置时，所述第一罐(110)、所述第二罐(120)和所述氢气利用单元(130)保持流体连通，且由所述第二材料所储存的氢气量的变化根据所述氢气利用单元(130)的氢气需求被动地被控制。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第二材料(121)适于形成氢化物，优选金属氢化物，优选LaNi5、FeTi、TiCr、TiV、TiZr和/或TiMn2类的金属氢化物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第一材料(111)适于形成氢化物，优选金属氢化物，例如铝烷，例如至少铝烷相，例如α铝烷，例如α主铝烷和/或氨硼烷和/或1,2-二胺硼烷，和/或氢化锂和/或氢化铝锂。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第二罐(120)配置为在环境温度下供应所述第二氢气流以允许操作所述利用单元。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，从所述第一罐至所述第二罐和/或所述氢气利用单元的氢气输出部设置有止回阀。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述氢气利用单元包括燃料电池和/或废气处理系统和/或氢气马达。
9.一种用于向氢气消耗单元供应氢气的方法，所述方法由根据前述权利要求中任一项所述的系统来实施。
10.根据前一权利要求所述的方法，包括以下步骤：
使所述第一材料的温度升高以达到操作温度，
在该温度升高之前和/或期间，由所述第二罐向所述利用单元供应代替所述第一流的所述第二氢气流，
一旦所述第一材料达到所述操作温度，便通过所述第一罐供应所述第一氢气流，并且优选停止供应所述第二流。
11.根据权利要求9或10所述的方法，包括以下步骤：
通过所述第一罐向所述利用单元供应所述第一氢气流，
除所述第一流之外，通过所述第二罐向所述利用单元供应所述第二氢气流。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，还包括通过所述第一罐用氢气再填充所述第二罐的步骤。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，在通过所述第二罐供应所述第二氢气流的至少一个步骤结束时，所述第二罐具有足以执行供应所述第二氢气流的新步骤的填充量。
14.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，还包括配置为实施根据权利要求9至13中任一项所述的方法的控制构件(170)。
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