CN112856223B - 使用固态氢气储存材料的热循环氢气储存方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种通过热循环结构有效地重复使用热量以提高能源效率的氢气储存方法。具体的，该氢气储存方法包括：由供应装置供应氢气；由压缩装置压缩从供应装置接收的氢气；储存装置接收由压缩装置压缩的氢气并将所接收的氢气储存在储存装置中；以及将从储存装置产生的热量传递至压缩装置，其中压缩装置和储存装置分别包括固态氢气储存材料，当储存氢气时固态氢气储存材料发生放热反应并且当释放氢气时固态氢气储存材料发生吸热反应。

Description

使用固态氢气储存材料的热循环氢气储存方法
技术领域
本公开涉及一种通过热循环结构重复使用从包括固态储氢材料的氢气压缩机产生的热量以提高能源效率的氢气储存方法。
背景技术
由于工业化的加速，作为能源的不可再生化石能源的使用迅速增加。因此，不可再生化石能源有被耗尽的风险。另外，在燃烧期间产生的有害物质使自然环境和自然生态系统受到威胁的形势恶化。
作为用于解决这个问题的可再生能源，氢气可以持续从地球上普遍存在的大量的水产生。因此，没有必要担心氢气的原料的耗尽。另外，氢气是清洁能源，当燃烧时氢气几乎不产生污染物并且氢气是再次产生水的元素。
为了提供这种氢气作为燃料，氢气储存装置是必需的。在氢气储存装置中主要使用三种典型方法：高压气体储存方法，液态氢气储存方法和固态氢气储存方法。
高压气体储存方法是在700巴(bar)下储存高压气体的最常见的方法，但是具有由于每单位体积储存密度低和高压而产生风险的缺点。
液态氢气储存方法具有通过使氢气液化以储存大量氢气的优点。然而，缺点在于由于在极低温下液化氢气，因此应当维持极低温。
在另一方面，固态氢气储存方法是通过使氢气与用于储存氢气的固态材料反应来储存氢气的方法，并且与高压气体储存方法相比，该方法在相对较低的压力下执行。另外，与液态氢气储存方法相反，固态氢气储存方法在高温而不是极低温下执行，因此该方法相对容易进行，且氢气的储存量很大。
然而，在传统的固态氢气储存方法中，需要用于在氢气储存材料中储存氢气或从氢气储存材料释放氢气的单独的热交换器。由于结构复杂，这种装置和工艺很难实现且具有制造成本高的问题。
前述内容仅旨在帮助理解本公开的背景，并不意味着本公开落入本领域技术人员已知的现有技术的范围。
发明内容
因此，本公开旨在解决现有技术中出现的上述问题，并且本公开的目的是提供一种通过热循环结构有效地重复使用热量以提高能源效率的热循环氢气储存方法。
本公开的目的不限于上述提及的目的。另外，根据以下描述，本公开的目的将变得更明显，且将通过在权利要求及其结合中描述的方法实现。
根据本公开的一个方面，为了到达上述目的，提供一种氢气储存方法，该方法包括：由供应装置提供氢气；由压缩装置压缩从供应装置接收的氢气；储存装置接收由压缩装置压缩的氢气并将所接收的氢气储存在储存装置中；以及将从储存装置产生的热量传递至压缩装置，其中压缩装置和储存装置分别可以包括固态氢气储存材料，当储存氢气时固态氢气储存材料发生放热反应并且当释放氢气时固态氢气储存材料发生吸热反应。
供应装置可以以大于两巴的压力供应氢气。
固态氢气储存材料可以包括由下面的化学式1表示的化合物，
化学式1：
MHx
其中，M是Mg、BaRe、KB、NaAl、NaB、Li、LiN、LiB、Mg2Ni、LaNi5、FeTi、FeMn2、NH3B和N之中选择的，并且x是0.9到10。
压缩装置可以将在固态氢气储存材料中储存的氢气释放到有限的空间内，从而将氢气压缩到至少10巴。
可以通过流过安装在压缩装置和储存装置之间的闭合流路回路的流体，在压缩装置和储存装置之间进行热交换。
在储存装置中储存氢气时储存装置产生的热量可以通过流体传递至压缩装置，并且所传递的热量可以引起从压缩装置的固态氢气储存材料释放氢气。
该方法可以进一步包括通过流体将在压缩装置中储存氢气时压缩装置产生的热量传递至储存装置，从储存装置的固态氢气储存材料释放氢气。
如上所述，根据本公开的氢气储存方法通过在压缩装置和储存装置之间的热循环有效地重复使用在氢气的储存和释放过程中产生的热量，从而大大地提高能源效率。
本公开的效果不限于上述提及的效果。相反，要理解，本公开的效果包括从下面的描述可以推论的所有效果。
附图说明
图1是示意性地示出根据本公开的氢气储存系统的示图。
具体实施方式
通过下列与附图相关联的示例性的实施例，本公开的上述目的、其它目的、特征和优点将是容易地理解的。然而，本公开不限于在本文中描述的实施例且可以以其他形式实施。相反，本文中引入的实施例使得该公开可以是透彻的和完整的，并将本公开的思想完全传达给本领域技术人员。
在附图描述中，相似的附图标记用于相似的元件。在附图中，为了使该公开清楚，结构的尺寸以大于实际的比例示出。诸如第一、第二等的术语可以用于描述各种组件，但是该组件不受该术语限制。该术语仅用于区分一个组件和另一个组件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一组件可以被认为是第二组件，且相似地，第二组件可以被认为是第一组件。除非上下文另有明确指示，否则单数表示形式包括复数表示形式。
在该说明书中使用的术语“包括”、“具有”等意为表明在说明书中描述的特征、数量、步骤、作用、组件、零件part或它们的组合的存在，且被理解为不排除数量、步骤、作用、组件、零件或它们的组合中至少一个的存在或增加所述至少一个的可能性。当诸如层、薄膜、区域、板等的零件被描述为在另一个零件“上”时，不仅包括一个零件直接放在另一个零件上的情况，而且包括在所述两个零件之间还有另一个零件的情况。相反，当诸如层、薄膜、区域、板等的零件被描述为在另一个零件“下”时，不仅包括一个零件直接放在另一个零件下的情况，而且包括在所述两个零件之间还有另一个零件的情况。
图1是示意性地示出根据本公开的氢气储存系统的示图；参照图1，氢气储存系统包括：供应装置10，被配置为供应氢气；压缩装置20，被配置为从供应装置10接收氢气并将氢气压缩至预定的压力；储存装置30，被配置为从压缩装置20接收压缩后的氢气并储存压缩后的氢气；以及热交换装置40，被配置为包括闭合流路回路，使得在压缩装置20和储存装置30之间进行热交换。
供应装置10可以被配置为储存和供应氢气，或被配置为产生和供应氢气。例如，前一种配置可以是氢气储存罐，而后一种配置可以是水电解系统或改性(reforming)系统。
压缩装置20可以是压缩气体的通常的压缩器，而且可以使用被配置为包括固态氢气储存材料的压缩器。具体地，压缩装置20可以包括作为由下面的化学式1表示的化合物的固态氢气储存材料。可以使用包括固态氢气储存材料的压缩装置20将氢气增压至预定的压力，该过程稍后将进行描述。
化学式1：
MHx
其中，M是从Mg、BaRe、KB、NaAl、NaB、Li、LiN、LiB、Mg2Ni、LaNi5、FeTi、FeMn2、NH3B和N之中选择的，并且x是0.9至10。
储存装置30被配置为将从压缩装置20接收的氢气储存在固态氢气储存材料中，或释放所储存的氢气并将其供应至使用其的装置50，诸如燃料电池、车辆、氢气站。固态氢气储存材料是当储存氢气时发生放热反应并且当释放氢气时发生吸热反应的物质。因此，当将氢气储存在储存装置30中的固态氢气储存材料中时，固态氢气储存材料产生热。储存装置30的固态氢气储存材料可以包括由上面的化学式1表示的化合物。储存装置30的固态氢气储存材料可以与压缩装置20的固态氢气储存材料相同或不同。
本公开没有将从固态氢气储存材料释放的热量散发到外部，而是使热量在氢气储存系统内循环，从而提高热效率。具体地，安装一种在压缩装置20和储存装置30之间循环的闭合流路回路，并且热交换装置40被配置为使得能够携带热交换装置40中的热量的流体流动，从而提高热效率。另外，如上所述，因为压缩装置20也包括固态氢气储存材料，所以当在压缩装置20中储存氢气时也产生热量。因此，从压缩装置20产生的热量可以循环至储存装置30并且用于释放储存装置30中储存的氢气。在根据本公开的氢气储存方法中将更详细地对此进行描述。
使用氢气储存系统的氢气储存方法包括：由供应装置10供应氢气；由压缩装置20压缩从供应装置10接收的氢气；储存装置30接收由压缩装置20压缩的氢气并将所接收的氢气储存在储存装置30中；以及将储存装置30产生的热量传递至压缩装置20。
供应装置10可以是以两巴至八巴的压力供应氢气的装置。由于供应源以高压供应氢气存在局限性，所以一般供应上述低压的氢气。因此，为了储存从供应装置10供应的氢气，有必要使用压缩装置20将氢气压缩至高压。
压缩装置20是包含固态氢气储存材料的装置，并且特别地，可以是具有预定的空间的腔室，在该空间中填充固态氢气储存材料。当将一定量的热量施加至压缩装置20时，从固态氢气储存材料释放氢气。
另外，将从供应装置10供应的氢气和所释放的氢气一起引入腔室。即，因为在预定的空间中填充氢气，所以氢气的压力增加。这时，从在压缩装置20中填充的固态氢气储存材料释放氢气所需的热量使用从储存装置30释放的热量。即，当在储存装置30的固态氢气储存材料中储存氢气时所释放的热量通过热交换装置40收集并且被传递至压缩装置20，从而允许热量在氢气储存系统内循环。
压缩装置20可以将氢气压缩到至少10巴的高压。
此后，向储存装置30供应由压缩装置20压缩的氢气，并且储存装置30储存氢气。
此外，氢气储存方法可以进一步包括通过热交换装置40收集在压缩装置20的氢气储存时产生的热量并且将该热量传递至储存装置30以释放在储存装置30的固态氢气储存材料中储存的氢气。
根据本公开的氢气储存方法允许压缩装置20和储存装置30中分别填充固态氢气储存材料。另外，当固态氢气储存材料在储存或释放氢气的过程中释放热量或吸收热量时，氢气储存方法允许通过适当地循环在系统中产生的热量以满足必要条件，从而提高热效率。在下文中，将针对每种情况对此进行描述。
首先，描述在储存装置30中储存氢气的方法。由压缩装置20将氢气压缩到至少10巴并且将氢气引入储存装置30。这时，当将氢气储存在储存装置30中填充的固态氢气储存材料中时，产生热量。然后，流过安装在压缩装置20和储存装置30之间的闭合流路回路的流体接收从储存装置30释放的热量并将该热量传递至压缩装置20。在接收热量的压缩装置20中，从固态氢气储存材料释放大量的氢气，如上所述可以将氢气压缩至高压。
其次，描述从储存装置30中释放氢气的方法。当将热量施加至储存装置30时，从固态氢气储存材料释放氢气。施加至储存装置30的热量可以从压缩装置20供应。具体地，当在压缩装置20中填充的固态氢气储存材料中储存的氢气耗尽时，必须再次储存氢气。即，当供应装置10将处于预定压力的氢气供应至压缩装置20并且压缩装置20将氢气储存在固态氢气储存材料中时，从固态氢气储存材料释放热量。当压缩装置20的热量通过流过闭合流路回路的流体吸收并被供应至储存装置30时，可以释放在储存装置30中储存的氢气。
已在上面详细描述本公开。然而，本公开的权利范围不限于上述描述，且本领域技术人员使用在随附权利要求书中定义的本公开的基本概念进行的各种修改和改进也包括在本公开的权利范围内。

Claims (7)

1.一种氢气储存方法，包括：
由供应装置供应氢气；
由压缩装置压缩从所述供应装置接收的所述氢气；
储存装置接收由所述压缩装置压缩的所述氢气并将所接收的氢气储存在所述储存装置中；以及
将从所述储存装置产生的热量传递至所述压缩装置；
其中所述压缩装置和所述储存装置分别包括固态氢气储存材料，当储存氢气时所述固态氢气储存材料发生放热反应并且当释放氢气时所述固态氢气储存材料发生吸热反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述供应装置以两巴至八巴的压力供应氢气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述固态氢气储存材料包括化学式MHx表示的化合物；
其中，M是从Mg、BaRe、KB、NaAl、NaB、Li、LiN、LiB、Mg2Ni、LaNi5、FeTi、FeMn2、NH3B和N之中选择的，并且x是0.9到10。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述压缩装置将在所述固态氢气储存材料中储存的氢气释放到有限的空间内，从而将所述氢气压缩到至少10巴。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，
通过流过安装在所述压缩装置和所述储存装置之间的闭合流路回路的流体，在所述压缩装置和所述储存装置之间进行热交换。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
在所述储存装置中储存氢气时产生的热量通过所述流体传递至所述压缩装置，并且传递的所述热量引起从所述压缩装置的固态氢气储存材料释放氢气。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
通过所述流体将在所述压缩装置中储存氢气时所述压缩装置产生的热量传递至所述储存装置，从所述储存装置的固态氢气储存材料释放氢气。
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