CN113488686B - 一种流量可控型制储氢系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种流量可控型制储氢系统及其方法，其中，制储氢系统包括储水罐；输水泵分别与储水罐、铝水反应器相连通；分散介质设置于铝水反应器的容腔中；反应用水由输水泵输送至分散介质中，在分散介质的作用下进行扩散；铝基复合材料设置于分散介质之间，用于与扩散后的反应用水进行铝水反应制氢；散热系统对铝水反应器进行降温处理；气水分离器的进气端与铝水反应器的出气端相连，出水端与储水罐的进水端相连；气体缓冲罐进气端与气水分离器的出气端相连通；压力传感器设置于气体缓冲罐上；气体缓冲罐依次与稳压阀、氢气流量控制器相连；制储氢控制器的输入端与压力传感器电连接，输出端分别与输水泵、氢气流量控制器电连接。

Description

一种流量可控型制储氢系统及其方法

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，具体而言，涉及一种流量可控型制储氢系统及其方法。

背景技术

近年来，铝水反应制氢受到社会各界人们的广泛关注，被认为是一种潜在的高安全、高储氢密度的制储氢技术。铝作为地壳中含量最多的元素，来源广泛，价格低廉，且铝水反应制氢过程中不产生有害物质，反应物可回收再利用，产物环境友好。此外，金属铝水解具有很高的氢气产量，储氢密度高，且金属铝结构稳定，在常规存储过程中不存在安全性问题，更安全可靠。由于具有以上优势，使得制氢系统更加小型化且更加安全，在燃料电池应用领域极具优势。

一方面，由于铝水反应是放热反应，反应放出的热量如果不能得到有效控制，存在因反应仓内部温度过高而引起爆炸的危险，但是，在现有技术中并未针对反应仓内的铝水反应进行散热处理。另一方面，由于燃料电池系统在额定工况下工作时，其所需的氢气流量为固定值，而制氢材料与水反应时的产氢速率并非固定值，且受反应热力学和反应动力学等相关因素的影响会产生较大幅度的波动，并不能实现氢气流量的稳定供应，故而在现有技术中常常采用存储氢气的方式，保证燃料电池系统充足的氢气供给量，但是不管采用气态高压储氢还是液态储氢都存在安全性差、储氢密度低等限制。

发明内容

本说明书提供一种流量可控型制储氢系统及其方法，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。

一方面，根据本说明书实施例，提供了一种流量可控型制储氢系统，所述制储氢系统包括：

用于储存反应用水的储水罐；

输水泵，所述输水泵的进水口与所述储水罐的出水口相连通；

铝水反应器，所述输水泵的出水口与所述铝水反应器的进水口相连通；

分散介质，所述分散介质设置于所述铝水反应器的容腔中；反应用水由所述输水泵输送至所述分散介质中，在所述分散介质的作用下进行扩散；

铝基复合材料，所述铝基复合材料设置于所述铝水反应器容腔中所述分散介质之间，用于与扩散后的反应用水进行铝水反应制氢；

用于对所述铝水反应器进行降温处理的散热系统；

气水分离器，所述气水分离器的进气端与所述铝水反应器的出气端相连通；所述气水分离器的出水端与所述储水罐的进水端相连通；

气体缓冲罐，其进气端与所述气水分离器的出气端相连通；

压力传感器，所述压力传感器设置于所述气体缓冲罐上，用于监测所述气体缓冲罐内压力；

稳压阀，所述稳压阀与所述气体缓冲罐相连通；

氢气流量控制器，所述氢气流量控制器与所述稳压阀相连通；

继电器，所述继电器与所述输水泵电连接；

制储氢控制器，所述制储氢控制器的输入端与所述压力传感器电连接；所述制储氢控制器的输出端分别与所述输水泵、继电器、氢气流量控制器电连接；

直流电源，所述直流电源分别为所述散热系统、压力传感器、氢气流量控制器以及所述制储氢控制器供电；所述直流电源通过所述继电器为所述输水泵供电。

可选地，所述制储氢系统还包括第一单向阀；所述第一单向阀设置于所述输水泵与所述铝水反应器之间，用于防止反应用水倒流。

可选地，所述铝基复合材料为铝合金类材料、铝/无机盐复合材料、铝/金属氢化物材料、铝/铋/氢化物类材料中的一种；所述分散介质为钛网、不锈钢网、脱脂棉、亲水性纤维网、亲水性纤维布中的一种。

可选地，所述铝水反应器包括反应容器、上盖及密封圈；所述密封圈设置于所述反应容器与所述上盖之间，使得所述上盖与所述铝水反应器之间形成密封空间。

进一步可选地，所述反应容器的外壁与内壁之间形成中空结构的散热通道。

进一步可选地，所述散热系统包括散热箱以及设置于所述散热箱内的S型散热管、变频水泵、膨胀水箱、多组扇叶、温度传感器、风扇控制器、散热控制器、电源分线器；

所述S型散热管、变频水泵、膨胀水箱依次相连接；所述S型散热管的进水口与所述散热通道的冷却水出口相连通；所述膨胀水箱的出水口与所述散热通道的冷却水进口相连通；多组所述扇叶设置于所述散热箱朝向所述S型散热管的相应位置处；所述温度传感器设置于所述S型散热管的入口处；

所述风扇控制器的输出端与多组所述扇叶电连接；所述散热控制器的输入端与所述温度传感器电连接；所述散热控制器的输出端分别与所述变频水泵、风扇控制器电连接；所述直流电源通过所述电流分线器分别为所述变频水泵、温度传感器、风扇控制器、散热控制器供电。

可选地，所述制储氢系统还包括干燥管、第二单向阀；所述干燥管设置于所述气水分离器与所述气体缓冲罐之间，用于干燥分离后氢气的残余水分；所述第二单向阀设置于所述干燥管与所述气体缓冲罐之间，用于防止氢气倒流。

可选地，所述制储氢系统还包括上位机界面以及直流电源充电接口；所述直流电源为所述上位机界面供电；所述上位机界面与所述制储氢控制器电连接；所述直流电源充电接口配置于所述直流电源上，用于通过外电路为所述直流电源充电。

可选地，所述散热系统为恒温循环水浴装置。

另一方面，根据本说明书实施例，提供了一种流量可控型制储氢方法，所述流量可控型制储氢方法应用于如上所述的流量可控型制储氢系统；所述流量可控型制储氢方法包括：

直流电源开启，输水泵满功率运行；储水罐中的反应用水经输水泵输送至铝水反应器中，并与所述铝水反应器中的铝基复合材料发生水解反应生成氢气；散热系统将所述铝水反应器在水解反应过程中产生的热量导出；铝水反应器中所生成的氢气进入气水分离器进行氢气与水的分离作业；分离后的液态水回流至所述储水罐中；分离后的氢气经干燥管干燥后，通过第二单向阀进入气体缓冲罐中；所述气体缓冲罐上设置的压力传感器将所述气体缓冲罐内的压力值发送至所述制储氢控制器；所述气体缓冲罐中的氢气依次经稳压阀、氢气流量控制器进行输送；

当氢气实际流量超过所述氢气流量控制器的设定流量后，所述气体缓冲罐内的压力值逐渐升高；当所述气体缓冲罐内的压力值超过压力下限阈值时，所述制储氢控制器降低所述输水泵功率，直至所述气体缓冲罐内的压力值超过压力上限阈值时，所述输水泵功率降至为零，停止供应反应用水，暂停制氢作业；

当反应用水停止供应，暂停制氢作业后，所述气体缓冲罐内的压力值随着氢气的消耗逐渐降低；当所述气体缓冲罐内的压力值降低至所述压力下限阈值时，所述制储氢控制器控制所述输水泵再次启动，所述输水泵满功率运行；当所述气体缓冲罐内的压力值超过所述压力下限阈值时，所述制储氢控制器降低所述输水泵功率，直至所述气体缓冲罐内的压力值超过压力上限阈值时，所述输水泵功率降至为零，停止供应反应用水，暂停制氢作业，以此循环，直至所述直流电源关闭。

应用本说明书实施例，采用集散热、制氢反应于一体的制氢系统，可通过控制温度保证铝水反应的安全性。此外，本流量可控型制储氢系统将不可控的氢气生成速率转化为可控的氢气流速，既可实现燃料电池氢气流量的稳定供应，又可尽量降低氢气的存储量，以保证制储氢系统整体的安全性。且本制储氢系统采用基于规则的状态预测的控制策略，通过判断压力和温度的上升下降斜率，提前预测下一段时间内的反应速率，从而提前对水泵转速进行控制，实现压力、温度、流量的精准控制。

本说明书实施例的创新点包括：

1、本实施例中，采用散热系统将铝水反应器中的热量有效导出，一方面，可避免铝水反应器由于局部温度过高引起爆炸，保证了铝水反应器的运行安全性；另一方面，铝水反应器处于恒温的环境中，使得制氢反应速率可控，有利于后续氢气流量的控制。

2、本实施例中，在氢气输送系统中增设压力控制系统，可使制氢系统内的氢气压力始终保持在预设的压力范围内，足以满足尾端氢气排除流量的需求，保证了氢气流量的持续供应。

3、本实施例中，在氢气输送系统中增设压力控制系统，不仅能够使得燃料电池氢气流量的稳定供应，又能避免高压氢气的存在，提高了系统整体的安全性。

4、本实施例中，将氢气经过气水分离器分离后的液态水输送回储水罐，可实现液态水的循环利用，节约水资源。

5、本实施例中，采用分散介质将水扩散后再与制氢材料反应，增大了反应用水与制氢材料的接触面积，使得铝水制氢反应更迅速更彻底。

6、本实施例中，采用铝基复合材料作为制氢材料，能够有效克服现有技术中氧化铝薄膜以及水解沉淀所带来的限制产氢率问题。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例提供的流量可控型制储氢系统的结构示意图；

图2为本说明书实施例提供的流量可控型制储氢系统的铝水反应系统的结构示意图；

图3为本说明书实施例提供的流量可控型制储氢系统其中一种散热系统的结构示意图；

附图标记说明：10为储水罐、11为输水管路、12为输水泵、13为第一单向阀、20为铝水反应器、201为上盖、202为密封圈、203为外壁、204为散热通道、205为内壁、206为分散介质、207为铝基复合材料、208为冷却水出口、209为冷却水进口、210为反应容器、21为冷却水管路、22为散热箱、220为变频水泵、221为散热控制器、222为温度传感器、223为风扇控制器、224为扇叶、225为电源分线器、226为膨胀水箱、30为输氢管路、31为气水分离器、32为液态水输送管路、33为干燥管、34为气体缓冲罐、35为压力传感器、36为稳压阀、37为氢气流量控制器、38为第二单向阀、40为直流电源充电接口、41为直流电源、42为电源线、43为上位机界面、44为制储氢控制器、45为电控线、46为继电器。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本说明书实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书实施例公开了一种流量可控型制储氢系统，使其能够满足移动装置内燃料电池系统的用氢需求。以下结合附图分别进行详细说明。

图1是示出了根据本说明书实施例提供的一种流量可控型制储氢系统。如图1所示，该制储氢系统主要由储供水系统、铝水反应系统、散热系统、氢气输送系统及电控系统组成，其中，氢气输送系统中增设有压力控制系统，反应用水从储供水系统输送至铝水反应系统中进行铝水制氢反应生成氢气，之后，氢气经干燥后通过压力控制系统实现流量的稳定输出。与此同时，在铝水反应系统中引入散热系统，以实现有效的散热，使铝水反应系统尽可能处于恒温环境中，避免其由于局部过热而发生爆炸，保证铝水反应系统及制储氢系统整体的运行安全。

具体的，储供水系统用于储存并为制储氢系统中的铝水反应系统供给反应用水。在一个具体的实施例中，储供水系统包括储水罐10、输水泵12及第一单向阀13，储水罐10用于储存反应用水，输水泵12用于调整进水速率，其优选为PWM调速水泵，第一单向阀13用于防止铝水反应器20内压力过高而引起反应用水倒流现象的发生。详细的，输水泵12的进水口与储水罐10的出水口之间通过输水管路11相连通，出水口则通过输水管路11与铝水反应系统中铝水反应器20的进水口相连通，在输水泵12的作用下，反应用水从储水罐10中经输水管路11输送至铝水反应系统中，从而为铝水反应系统持续供给反应用水。而第一单向阀13设置于输水泵12与铝水反应器20之间的输水管路11上，以避免发生倒流现象，保证储供水系统运行的安全性及可靠性。

铝水反应系统为制储氢系统的重要组成部分，反应用水在铝水反应系统中与制氢材料进行铝水反应制氢。在一个具体的实施例中，如图2所示，铝水反应系统包括铝水反应器20、铝基复合材料207及分散介质206。其中，铝水反应器20作为铝水制氢反应的反应仓，提供反应场所，进一步的，铝水反应器20包括反应容器210，在反应容器210的容腔中进行铝水制氢反应，为保证所制氢气能够全部进行输送，避免氢气的泄漏，需对反应容器210进行密封处理，故在反应容器210的上端开口处设置上盖201，并在反应容器210与上盖201之间设置密封圈202，使得上盖201与铝水反应器20之间形成密封空间，同时，在上盖201或反应容器210侧壁上穿设输氢管路30，从而将铝水反应所制得的氢气尽可能多的输送至后序作业中，避免由于氢气泄漏造成不必要的危险，提高制储氢系统整体的安全性。

为增加反应用水与制氢材料的接触面积，使其能更快更充分的进行铝水制氢反应，在铝水反应器20的容腔中设置有用于反应用水扩散的分散介质206，储供水系统将反应用水输送至分散介质206中，从而可使输送来的反应用水扩散后再与制氢材料反应。分散介质206可选用钛网、不锈钢网、脱脂棉、亲水性纤维网、亲水性纤维布中的一种，但并不仅限于此。

本说明书实施例中的制储氢系统采用水解制氢的铝基复合材料207作为制氢材料，设置于铝水反应器20容腔中分散介质206之间，能够有效克服氧化铝薄膜以及水解沉淀带来的限制产氢率问题，促进了铝水制氢在制氢领域中的推广与使用，更安全可靠。铝基复合材料207可选用铝合金类材料、铝/无机盐复合材料、铝/金属氢化物材料、铝/铋/氢化物类材料中的一种，但铝基复合材料207的选材并不仅限于此。

由于铝水反应是放热反应，反应放出的热量若不能及时得到有效控制，易造成反应仓内局部温度过高而引起爆炸的危险，故而，在本说明书实施例的流量可控型制储氢系统中引入与铝水反应系统相连的散热系统，对铝水反应系统进行降温作业，以实现有效的散热。一方面，可避免由于铝水反应器20内局部温度过高而引起爆炸，保证了铝水反应器20的运行安全性；另一方面，可使铝水反应器20处于恒温环境中，进而使得制氢反应速率可控，有利于后续氢气流量的控制。

在一个具体的实施例中，如图3所示，散热系统包括散热箱22以及设置于散热箱22内的S型散热管(图中未示出)、变频水泵220、膨胀水箱226、多组扇叶224、风扇控制器223、散热控制器221、温度传感器222。其中，S型散热管为S型盘绕，散热面积较大，其可选用散热系数较高的铜制或铝制水管，高温水在S型散热管内部流通，利用多组扇叶224对其表面进行吹风散热，从而可有效对S型散热管内的流通水进行降温。冷却后的水在变频水泵220的作用下输送至铝水反应系统中，为铝水反应系统中的铝水反应器20进行冷却。并且在本说明书实施例中，散热控制器221根据温度传感器222所检测的冷却回水温度控制变频水泵220及多组扇叶224，当温度传感器222所检测的冷却回水温度较高时，则控制变频水泵220满功率运行，并通过风扇控制器223控制多组扇叶224满功率运行；当温度传感器222所检测的冷却回水温度较低时，则降低变频水泵220及风扇控制器223的运行功率，减少电量的消耗，节约用电。此外，由于冷却液的密度随着温度的变化而变换，一般温度越高，冷却液的密度越小，体积越大，为避免冷却液在升温状态下撑破管路，在散热系统中设置有为冷却液体积膨胀预留空间的膨胀水箱226。

详细的，铝水反应器20的外壁203与内壁205之间形成中空结构的散热通道204，散热系统所供给的冷却水通过在散热通道204中流通，对铝水反应器20进行降温。S型散热管、变频水泵220、膨胀水箱226依次相连接，S型散热管的进水口与散热通道204的冷却水出口208之间、膨胀水箱226的出水口与散热通道204的冷却水进口209之间均通过冷却水管路21相连通，在变频水泵220的作用下，在S型散热管中冷却后的冷却水经膨胀水箱226后，通过冷却水管路21从冷却水进口209流入散热通道204中，在其内流通并带走铝水反应所产生的热量，之后从冷却水出口208经冷却水管路21再流回S型散热管。多组扇叶224设置于朝向S型散热管的散热箱22相应位置处，风扇控制器223的输出端与多组扇叶224电连接，通过风扇控制器223控制多组扇叶224转动，对S型散热管表面进行吹风降温。温度传感器222设置于S型散热管的入口处，利用温度传感器222实时监测冷却回水的温度，以便据此控制变频水泵220及风扇控制器223的运行功率，以避免电量的浪费。散热控制器221的输入端与温度传感器222电连接，输出端分别与变频水泵220、风扇控制器223电连接，温度传感器222将所检测的冷却回水温度值发送至散热控制器221，散热控制器221将所接收的冷却回水温度值与预设温度阈值进行比较，当监测温度高于预设温度阈值时，散热控制器221控制变频水泵220及风扇控制器223满功率运行，当监测温度低于预设温度阈值时，降低变频水泵220及风扇控制器223的运行功率。在具体实施过程中，预设温度阈值可选取50℃至80℃之间的某一数值。

在另一个具体的实施例中，散热系统可选用恒温循环水浴装置，利用恒温循环水浴装置为铝水反应器20提供恒温环境，并达到散热的目的。

铝水反应系统所制得的氢气经输氢管路30输送至氢气输送系统。由于燃料电池系统在额定工况下作业时，其所需氢气流量为一固定值，而铝基复合材料207与反应用水反应时的产氢速率非固定值，且其受反应热力学与反应动力学等相关因素的影响会有较大幅度的波动，故而，为实现燃料电池氢气流量的稳定供应的同时尽可能降低氢气的存储量，本说明书实施例中的氢气输送系统增设压力控制系统，通过压力控制系统控制制储氢系统内的氢气压力始终保持在预设的压力范围内，既保证了氢气流量的持续稳定供应，又能尽可能减少氢气的存储量，避免高压氢气的存在，提高了系统整体的安全性。

在一个具体的实施例中，氢气输送系统包括依次连接的缓冲组件、氢气流量控制器37，其中，缓冲组件与铝水反应系统的出气端相连通。进一步的，缓冲组件与铝水反应系统之间沿氢气输送方向依次设置有气水分离器31、干燥管33，利用气水分离器31对铝水反应器20内铝水反应所制得的氢气进行氢气与液态水的分离，并将气水分离器31的出水端通过液态水输送管路32与储供水系统相连通，从而将分离后的液态水通过液态水输送管路32输送回储供水系统的储水罐10中，以实现液态水的循环利用，节约水资源。分离后的氢气再经由干燥管33进一步干燥，干燥掉分离后氢气的残余水分，以保证所输送氢气的干燥度，避免后续设备被氧化，提高设备的使用寿命。再进一步的，缓冲组件包括依次连接的第二单向阀38、气体缓冲罐34、压力传感器35及稳压阀36，主要利用压力传感器35、稳压阀36及电控系统相关部分构成压力控制系统，第二单向阀38与干燥管33相连，利用第二单向阀38避免氢气回流，造成不必要的危险，稳压阀36与氢气流量控制器37相连，利用稳压阀36将其后氢气压力在进口压力不断变化的情况下保持出口压力在设定的范围内，保护氢气流量控制器37，压力传感器35设置于气体缓冲罐34上，利用压力传感器35实时监测气体缓冲罐34内的氢气压力，以便于据此进行预测控制。

此外，为实现流量可控型制储氢系统自动智能控制，本说明书实施例中的制储氢系统还设置有分别与储供水系统、散热系统、氢气输送系统电连接的电控系统。在一个具体的实施例中，电控系统包括直流电源41、上位机界面43、制储氢控制器44、继电器46，其中，直流电源41通过电源线42为储供水系统、散热系统、氢气输送系统、上位机界面43、制储氢控制器44及继电器46供电，即直流电源41分别为散热系统、压力传感器35、氢气流量控制器37以及制储氢控制器44供电，并通过继电器46为输水泵12供电。同时，由于散热系统所涉及的电器较多，需在散热箱22中设置电源分线器225，以分别为变频水泵220、风扇控制器223、散热控制器221、温度传感器222供电。可为直流电源41配置直流电源充电接口40，从而可通过外电路对直流电源41进行充电。制储氢控制器44通过电控线45分别与储供水系统、散热系统、氢气输送系统、上位机界面43及继电器46电连接。可通过上位机界面43控制氢气流量控制器37中的设定流量，并可通过上位机界面43显示压力传感器35中的实时压力信号。

以上是对本实施例提供的流量可控型制储氢系统的各个部件、它们之间的连接关系进行了介绍，下面结合图1–图3，对流量可控型制储氢系统的工作原理进行详述。

在本说明书实施例中，储水罐10中的反应用水经输水泵12定量输送至铝水反应器20中，由分散介质206扩散后，与反应容器210中的铝基复合材料207发生水解反应生成氢气。所制得的氢气经输氢管路30进入气水分离器31进行氢气与水的分离，分离后的液态水经液态水输送管路32重新返回至储水罐10中用于反应用水，而分离后的氢气进入干燥管33中，对氢气中的残留水分进行干燥，随后经第二单向阀38进入气体缓冲罐34中，气体缓冲罐34上的压力传感器35实时监测罐内的氢气压力。压缩氢气经稳压阀36进入到氢气流量控制器37中。

在此过程中，散热系统将铝水反应器20在工作过程中产生的热量导出。其中，流经铝水反应器20的冷却水经过S型散热管入口处的温度传感器222，散热控制器221获取所监测温度值。当监测温度高于预设温度阈值时，散热控制器221控制变频水泵220及风扇控制器223满功率运行，当监测温度低于预设温度阈值时，降低变频水泵220及风扇控制器223的运行功率，节省电量。

在本说明书实施例中，氢气流量的稳定输出需借助电控系统实现。

直流电源41可利用直流电源充电接口40通过外电路充电，并通过电源线42为储供水系统、散热系统、氢气输送系统、上位机界面43、制储氢控制器44及继电器46供电。制储氢控制器44通过电控线45采集压力传感器35中的压力信号，控制氢气流量控制器37中的流量及输水泵12的流量，并控制继电器46的开关。

当直流电源41开启，输水泵12满功率运行，反应用水进入铝水反应器20与铝基复合材料207反应生成氢气。氢气生成速率达到并超过氢气流量控制器37设定流量后，气体缓冲罐34的压力逐渐升高。当气体缓冲罐34的压力高于压力下限阈值时，制储氢控制器44通过电控线45降低输水泵12功率，直至气体缓冲罐34的压力高于压力上限阈值时，输水泵12功率变为零，即停止供应反应用水，暂时停止制氢反应。

当反应用水停止供应、制氢反应暂时停止后，气体缓冲罐34中的氢气压力随着氢气的消耗而逐渐降低。当降低至压力下限阈值时，制储氢控制器44再次启动输水泵12满功率运行。当气体缓冲罐34中的氢气压力高于压力下限阈值时，制储氢控制器44通过电控线45降低输水泵12功率，直至气体缓冲罐34的压力高于压力上限阈值时，输水泵12功率变为零，即停止供应反应用水，暂时停止制氢反应。以此循环，实现氢气在制储氢系统中的“即产即用”，尽可能的降低了氢气存储量，提高了系统整体安全。

在具体实施过程中，压力下限阈值可选取表压80kPa–200kPa，而压力上限阈值可选取表压200kPa–300kPa。

本说明书实施例还公开了一种应用于如上所述的流量可控型制储氢系统的流量可控型制储氢方法，该流量可控型制储氢方法包括：

直流电源开启，输水泵满功率运行；储水罐中的反应用水经输水泵输送至铝水反应器中，并与铝水反应器中的铝基复合材料发生水解反应生成氢气；散热系统将铝水反应器在水解反应过程中产生的热量导出；铝水反应器中所生成的氢气进入气水分离器进行氢气与水的分离作业；分离后的液态水回流至储水罐中；分离后的氢气经干燥管干燥后，通过第二单向阀进入气体缓冲罐中；气体缓冲罐上设置的压力传感器将气体缓冲罐内的压力值发送至制储氢控制器；气体缓冲罐中的氢气依次经稳压阀、氢气流量控制器进行输送。

制储氢控制器接收压力传感器所传输的气体缓冲罐内的压力值，并据此控制输水泵功率，以调节氢气生成速率。

当氢气实际流量超过氢气流量控制器的设定流量后，气体缓冲罐内的压力值逐渐升高；当气体缓冲罐内的压力值超过压力下限阈值时，制储氢控制器降低输水泵功率，直至气体缓冲罐内的压力值超过压力上限阈值时，输水泵功率降至为零，停止供应反应用水，暂停制氢作业。当反应用水停止供应，暂停制氢作业后，气体缓冲罐内的压力值随着氢气的消耗逐渐降低；当气体缓冲罐内的压力值降低至压力下限阈值时，制储氢控制器控制输水泵再次启动，输水泵满功率运行；当气体缓冲罐内的压力值超过压力下限阈值时，制储氢控制器降低输水泵功率，直至气体缓冲罐内的压力值超过压力上限阈值时，输水泵功率降至为零，停止供应反应用水，暂停制氢作业，以此循环，直至直流电源关闭。

制储氢控制器通过控制输水泵的运行功率调节氢气生成速率，从而实现氢气在制储氢系统中的“即产即用”，尽可能的降低了氢气存储量，提高了系统整体安全。

其中，上述中的压力下限阈值可选取表压80kPa–200kPa，而压力上限阈值可选取表压200kPa–300kPa。

综上所述，本说明书公开一种流量可控型制储氢系统及其方法，采用集散热、制氢反应于一体的制氢系统，可通过控制温度保证铝水反应的安全性。此外，本流量可控型制储氢系统将不可控的氢气生成速率转化为可控的氢气流速，既可实现燃料电池氢气流量的稳定供应，又可尽量降低氢气的存储量，以保证制储氢系统整体的安全性。且本制储氢系统采用基于规则的状态预测的控制策略，通过判断压力和温度的上升下降斜率，提前预测下一段时间内的反应速率，从而提前对水泵转速进行控制，实现压力、温度、流量的精准控制。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种流量可控型制储氢系统，其特征在于，所述制储氢系统包括：

用于储存反应用水的储水罐；

输水泵，所述输水泵的进水口与所述储水罐的出水口相连通；

铝水反应器，所述输水泵的出水口与所述铝水反应器的进水口相连通；

分散介质，所述分散介质设置于所述铝水反应器的容腔中；反应用水由所述输水泵输送至所述分散介质中，在所述分散介质的作用下进行扩散；所述分散介质为钛网、不锈钢网、脱脂棉、亲水性纤维网、亲水性纤维布中的一种；

铝基复合材料，所述铝基复合材料设置于所述铝水反应器容腔中所述分散介质之间，用于与扩散后的反应用水进行铝水反应制氢；

用于对所述铝水反应器进行降温处理的散热系统；

气水分离器，所述气水分离器的进气端与所述铝水反应器的出气端相连通；所述气水分离器的出水端与所述储水罐的进水端相连通；

气体缓冲罐，其进气端与所述气水分离器的出气端相连通；

压力传感器，所述压力传感器设置于所述气体缓冲罐上，用于监测所述气体缓冲罐内压力；

稳压阀，所述稳压阀与所述气体缓冲罐相连通；

氢气流量控制器，所述氢气流量控制器与所述稳压阀相连通；

继电器，所述继电器与所述输水泵电连接；

制储氢控制器，所述制储氢控制器的输入端与所述压力传感器电连接；所述制储氢控制器的输出端分别与所述输水泵、继电器、氢气流量控制器电连接；

直流电源，所述直流电源分别为所述散热系统、压力传感器、氢气流量控制器以及所述制储氢控制器供电；所述直流电源通过所述继电器为所述输水泵供电；

其中，所述铝水反应器包括反应容器、上盖及密封圈；所述密封圈设置于所述反应容器与所述上盖之间，使得所述上盖与所述铝水反应器之间形成密封空间；

所述反应容器的外壁与内壁之间形成中空结构的散热通道；

所述散热系统包括散热箱以及设置于所述散热箱内的S型散热管、变频水泵、膨胀水箱、多组扇叶、温度传感器、风扇控制器、散热控制器、电源分线器；所述S型散热管、变频水泵、膨胀水箱依次相连接；所述S型散热管的进水口与所述散热通道的冷却水出口相连通；所述膨胀水箱的出水口与所述散热通道的冷却水进口相连通；多组所述扇叶设置于所述散热箱朝向所述S型散热管的相应位置处；所述温度传感器设置于所述S型散热管的入口处；所述风扇控制器的输出端与多组所述扇叶电连接；所述散热控制器的输入端与所述温度传感器电连接；所述散热控制器的输出端分别与所述变频水泵、风扇控制器电连接；所述直流电源通过电流分线器分别为所述变频水泵、温度传感器、风扇控制器、散热控制器供电。

2.根据权利要求1所述的流量可控型制储氢系统，其特征在于，所述制储氢系统还包括第一单向阀；所述第一单向阀设置于所述输水泵与所述铝水反应器之间，用于防止反应用水倒流。

3.根据权利要求1所述的流量可控型制储氢系统，其特征在于，所述铝基复合材料为铝合金类材料、铝/无机盐复合材料、铝/金属氢化物材料、铝/铋/氢化物类材料中的一种；所述分散介质为钛网、不锈钢网、脱脂棉、亲水性纤维网、亲水性纤维布中的一种。

4.根据权利要求1所述的流量可控型制储氢系统，其特征在于，所述制储氢系统还包括干燥管、第二单向阀；所述干燥管设置于所述气水分离器与所述气体缓冲罐之间，用于干燥分离后氢气的残余水分；所述第二单向阀设置于所述干燥管与所述气体缓冲罐之间，用于防止氢气倒流。

5.根据权利要求1所述的流量可控型制储氢系统，其特征在于，所述制储氢系统还包括上位机界面以及直流电源充电接口；所述直流电源为所述上位机界面供电；所述上位机界面与所述制储氢控制器电连接；所述直流电源充电接口配置于所述直流电源上，用于通过外电路为所述直流电源充电。

6.一种流量可控型制储氢方法，其特征在于，所述流量可控型制储氢方法应用于根据权利要求1–5任一项所述的流量可控型制储氢系统；所述流量可控型制储氢方法包括：

直流电源开启，输水泵满功率运行；储水罐中的反应用水经输水泵输送至铝水反应器中，并与所述铝水反应器中的铝基复合材料发生水解反应生成氢气；散热系统将所述铝水反应器在水解反应过程中产生的热量导出；铝水反应器中所生成的氢气进入气水分离器进行氢气与水的分离作业；分离后的液态水回流至所述储水罐中；分离后的氢气经干燥管干燥后，通过第二单向阀进入气体缓冲罐中；所述气体缓冲罐上设置的压力传感器将所述气体缓冲罐内的压力值发送至所述制储氢控制器；所述气体缓冲罐中的氢气依次经稳压阀、氢气流量控制器进行输送；

当氢气实际流量超过所述氢气流量控制器的设定流量后，所述气体缓冲罐内的压力值逐渐升高；当所述气体缓冲罐内的压力值超过压力下限阈值时，所述制储氢控制器降低所述输水泵功率，直至所述气体缓冲罐内的压力值超过压力上限阈值时，所述输水泵功率降至为零，停止供应反应用水，暂停制氢作业；

当反应用水停止供应，暂停制氢作业后，所述气体缓冲罐内的压力值随着氢气的消耗逐渐降低；当所述气体缓冲罐内的压力值降低至所述压力下限阈值时，所述制储氢控制器控制所述输水泵再次启动，所述输水泵满功率运行；当所述气体缓冲罐内的压力值超过所述压力下限阈值时，所述制储氢控制器降低所述输水泵功率，直至所述气体缓冲罐内的压力值超过压力上限阈值时，所述输水泵功率降至为零，停止供应反应用水，暂停制氢作业，以此循环，直至所述直流电源关闭。

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