CN115852402A - 基于安全储氢的供能单元的热能利用系统及热能利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于安全储氢的供能单元的热能利用系统及热能利用方法；包括依次连通的电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元，电解水装置与清洁能源供电装置电连接；还包括冷却水供应装置、热水箱和太阳能加热器，冷却水供应装置分别通过管路与电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元的冷却水进口连通，电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元的冷却水出水口通过管路与热水箱连通，热水箱的出水口分别通过管路与太阳能加热器、热水利用装置和冷却水供应装置连通，太阳能加热器的热水出口通过管路与固态储氢装置连通；通过基于安全储氢的供能单元的热能利用系统的结构设计以解决安全储氢、氢气和热能利用的技术问题。

Description

基于安全储氢的供能单元的热能利用系统及热能利用方法

技术领域

本发明涉及热能再利用技术领域，尤其是涉及一种基于安全储氢的供能单元的热能利用系统及热能利用方法。

背景技术

全球变暖、环境恶化等问题的出现让人们深刻意识到需要新的清洁能源来替换石油能源以改变现状，经过各个领域的研究实验，发现氢能源是最符合的清洁能源之一。国家、地方政府、企业都随之开始实施能源转换战略和推进清洁能源、可再生能源政策落地。

氢在常态下的密度仅是空气的四分之一，利用好有效的储存方式能够确保氢能的寿命和性能。为了保证储存氢能的高效和稳定，必须将氢放在相同的空间内(即以密度高的空间)，以保证储藏的稳定性和安全性。最新的储氢方式是固态储氢，固态储氢合金可以在一定的压力和温度下吸收大量的氢气生成金属氢化物，从而达到储氢的效果，金属氢化物受热分解，形成储氢合金和氢气，达到释放氢气的目的。固态储氢合金具有储氢量大、储氢安全、循环寿命性能优异等特点，根据储氢合金自身可逆的吸放氢气的现象，它可以有效的解决氢气的储存、运输和使用等多方面问题。

然而，固态储氢系统在充氢时，会放出大量的热量，造成余热的浪费，同时在放氢时又需要吸收大量的热量，还得为固态储氢系统提供热能，能耗高。由此缺乏一套能源综合利用效率高、结构紧凑的热和氢多功能供应系统。

因此，针对上述问题本发明急需提供一种基于安全储氢的供能单元的热能利用系统及热能利用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于安全储氢的供能单元的热能利用系统及热能利用方法，通过基于安全储氢的供能单元的热能利用系统的结构设计以解决现有技术中存在的现有的固态储氢系统与可再生能源制氢系统集成度较低，没有一套能源综合利用效率高、结构紧凑的热和氢多功能供应系统，同时，固态储氢系统储氢安全性较差，产生的热能直接排放出，造成热能的浪费。

本发明提供的一种基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，包括依次连通的电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元，电解水装置与清洁能源供电装置电连接；

还包括冷却水供应装置、热水箱和太阳能加热器，冷却水供应装置分别通过管路与电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元的冷却水进口连通，电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元的冷却水出水口通过管路与热水箱连通，热水箱的出水口分别通过管路与太阳能加热器、热水利用装置和冷却水供应装置连通，太阳能加热器的热水出口通过管路与固态储氢装置连通。

优选地，热水箱还通过管路与灭火装置连通。

优选地，氢气应用功能单元包括燃料电池或加氢装置中的至少一个。

优选地，清洁能源供电装置包括风能供电装置或太阳能供应装置中的至少一种。

优选地，热水箱内部设有电子液位计，热水箱与热水利用装置连通的管路上连通有热水利用电控阀，电子液位计与控制器电连接，热水利用电控阀与控制器电连接。

优选地，太阳能加热器与固态储氢装置间连通的管路上连通有供热水电控阀，还包括操控台，操控台与控制器电连接，供热水电控阀与控制器电连接。

优选地，固态储氢装置为固态合金储氢装置；压缩装置为氢气压缩机。

优选地，热水箱放置位置与固态储氢装置放置位置的垂直高度差为3h。

本发明还提供了一种热能利用方法，包括如下步骤：

将电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元通过管路连通，将电解水装置与清洁能源供电装置电连接；

将冷却水供应装置的出水口分别通过管路与电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元的冷却水进口连通，将电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元的冷却水出水口通过管路与热水箱进水口连通，将热水箱的出水口分别通过管路与太阳能加热器和热水利用装置连通，将太阳能加热器的热水出口通过管路与固态储氢装置连通。

优选地，还包括安装控制器，在热水箱中安装液位计，在热水箱和热水利用装置连通的管路上安装热水利用电控阀，当液位计探测到设定的液位下限时，控制器控制热水利用电控阀关闭。

本发明提供的一种基于安全储氢的供能单元的热能利用系统及热能利用方法与现有技术相比具有以下进步：

1、本发明提供的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，通过包括依次连通的电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元，电解水装置与清洁能源供电装置电连接；还包括冷却水供应装置、热水箱和太阳能加热器，冷却水供应装置分别通过管路与电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元的冷却水进口连通，电解水装置、固态储氢装置、压缩装置和氢气应用功能单元的冷却水出水口通过管路与热水箱连通，热水箱的出水口分别通过管路与太阳能加热器、热水利用装置和冷却水供应装置连通，太阳能加热器的热水出口通过管路与固态储氢装置连通的设计，提供一个完整的制氢、储氢和氢气应用和热能应用系统，通过冷却水供应装置提供冷水，对电解水装置、固态储氢装置、压缩装置、氢气应用功能单元进行冷却，可以确保氢气固态存储的安全和氢气应用过程的安全。同时冷却水经过电解水装置、固态储氢装置、压缩装置、氢气应用功能单元后，冷却水被加热，进入热水箱，一部分被热水利用装置利用，另一部分送给太阳能加热器进一步对水加热，在固态储氢装置需要释放氢气时，太阳能加热器的内部的热水输送给固态储氢装置，实现氢气的释放，由于进入太阳能热水器的水已经被加热，可以完全利用太阳能的加热方式对水进行加热，可以达到能源的最大化利用。上述结构的设计，可以实现高效的安全储氢和释氢，同时可以将制氢和储氢的热量进行全面的利用，达到节能的目的。可应用于高原哨所、海岛营地等孤立电网，以及医院、酒店、灾备等场景，可提供应急电力及热力供应的分布式供能系统，集可再生能源电解制氢、安全储存以及燃料电池发电、供热为一体的零碳、静音、低红外电力及热力供应模块，以及配套的加氢、供氢、供氧选项模块的工艺设计、控制、安全监测、系统运行、生产制造、可靠运输及灵活组合的集成布置方案及装备。

2、本发明提供的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，热水箱还通过管路与灭火装置连通，为了保证系统的安全性，热水箱还通过管路与灭火装置连通，在遇到火灾时，可以及时灭火，保证安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明中所述基于安全储氢的供能单元的热能利用系统的结构示意图；

图2为所述基于安全储氢的供能单元的热能利用系统的电路连接关系图。

附图标记说明：

1、电解水装置；2、固态储氢装置；3、压缩装置；4、氢气应用功能单元；5、冷却水供应装置；6、热水箱；7、太阳能加热器；8、清洁能源供电装置；9、热水利用装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供了一种基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，包括依次连通的电解水装置1、固态储氢装置2、压缩装置3和氢气应用功能单元4，电解水装置1与清洁能源供电装置8电连接；还包括冷却水供应装置5、热水箱6和太阳能加热器7，冷却水供应装置5分别通过管路与电解水装置1、固态储氢装置2、压缩装置3和氢气应用功能单元4的冷却水进口连通，电解水装置1、固态储氢装置2、压缩装置3和氢气应用功能单元4的冷却水出水口通过管路与热水箱6连通，热水箱6的出水口分别通过管路与太阳能加热器7、热水利用装置9和冷却水供应装置连通，太阳能加热器7的热水出口通过管路与固态储氢装置2连通。

本发明提供的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，通过包括依次连通的电解水装置1、固态储氢装置2、压缩装置3和氢气应用功能单元4，电解水装置1与清洁能源供电装置8电连接；还包括冷却水供应装置5、热水箱6和太阳能加热器7，冷却水供应装置5分别通过管路与电解水装置1、固态储氢装置2、压缩装置3和氢气应用功能单元4的冷却水进口连通，电解水装置1、固态储氢装置2、压缩装置3和氢气应用功能单元4的冷却水出水口通过管路与热水箱6连通，热水箱6的出水口分别通过管路与太阳能加热器7、热水利用装置9和冷却水供应装置连通，太阳能加热器7的热水出口通过管路与固态储氢装置2连通的设计，提供一个完整的制氢、储氢和氢气应用和热能应用系统，通过冷却水供应装置5提供冷水，对电解水装置、固态储氢装置、压缩装置、氢气应用功能单元进行冷却，可以确保氢气固态存储的安全和氢气应用过程的安全。同时冷却水经过电解水装置、固态储氢装置、压缩装置、氢气应用功能单元后，冷却水被加热，进入热水箱，一部分被热水利用装置利用，另一部分送给太阳能加热器进一步对水加热，在固态储氢装置需要释放氢气时，太阳能加热器的内部的热水输送给固态储氢装置，实现氢气的释放，由于进入太阳能热水器的水已经被加热，可以完全利用太阳能的加热方式对水进行加热，可以达到能源的最大化利用。上述结构的设计，可以实现高效的安全储氢和释氢，同时可以将制氢和储氢的热量进行全面的利用，达到节能的目的。可应用于高原哨所、海岛营地等孤立电网，以及医院、酒店、灾备等场景，可提供应急电力及热力供应的分布式供能系统，集可再生能源电解制氢、安全储存以及燃料电池发电、供热为一体的零碳、静音、低红外电力及热力供应模块，以及配套的加氢、供氢、供氧选项模块的工艺设计、控制、安全监测、系统运行、生产制造、可靠运输及灵活组合的集成布置方案及装备。

如图1所示，本实施例的热水箱6还通过管路与灭火装置10连通，为了保证系统的安全性，热水箱6还通过管路与灭火装置10连通，在遇到火灾时，可以及时灭火，保证安全性。

如图1所示，本实施例的氢气应用功能单元4包括燃料电池或加氢装置中的至少一个。

本发明的氢气应用功能单元4包括燃料电池或加氢装置中的至少一个。氢气可以为燃料电池提供氢气，燃料电池工作后，转换为电能，为外接提供电能。加氢装置可以直接给新能源汽车提供氢气，保证汽车的运行。

本发明的清洁能源供电装置8包括风能供电装置或太阳能供应装置中的至少一种。

如图2所示，本发明通过热水箱6内部设有电子液位计，热水箱6与热水利用装置9连通的管路上连通有热水利用电控阀，电子液位计与控制器电连接，热水利用电控阀与控制器电连接的设计，通过电子液位计检测热水箱6的水位，当电子液位计探测到热水箱6内的水位低于设定值后，控制器自动关闭热水利用电控阀，避免热水箱6内的水位过低，无法保证对太阳能加热器提供热水。

如图2所示，本发明的太阳能加热器与固态储氢装置间连通的管路上连通有供热水电控阀，还包括操控台，操控台与控制器电连接，供热水电控阀与控制器电连接。

本发明通过太阳能加热器与固态储氢装置间连通的管路上连通有供热水电控阀，还包括操控台，操控台与控制器电连接，供热水电控阀与控制器电连接的设计，当操控台输入释放氢气的指令后，控制器控制供热水电控阀的开启，实现氢气的释放。

本发明的压缩机可以保证气态氢气快速的进入氢气应用功能单元中。

具体地，固态储氢装置为我公司委托有研科技集团有限公司开发的的固态合金储氢装置，固态合金为二元合金体系，AB2储氢合金。

具体地，压缩装置为麦格思维特(上海)流体工程有限公司生产的氢气压缩机

具体地，电解水装置为pem质子交换膜制氢装置。

本发明还提供了一种热能利用方法，包括如下步骤：

S1)将电解水装置1、固态储氢装置2、压缩装置3和氢气应用功能单元4通过管路连通，将电解水装置1与清洁能源供电装置8电连接；

S2)将冷却水供应装置5的出水口分别通过管路与电解水装置1、固态储氢装置2、压缩装置3和氢气应用功能单元4的冷却水进口连通，将电解水装置1、固态储氢装置2、压缩装置3和氢气应用功能单元4的冷却水出水口通过管路与热水箱6进水口连通，将热水箱6的出水口分别通过管路与太阳能加热器7和热水利用装置9连通，将太阳能加热器7的热水出口通过管路与固态储氢装置2连通。

进一步地，还包括安装控制器，在热水箱中安装液位计，在热水箱和热水利用装置连通的管路上安装热水利用电控阀，当液位计探测到设定的液位下限时，控制器控制热水利用电控阀关闭。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，其特征在于：包括依次连通的电解水装置(1)、固态储氢装置(2)、压缩装置(3)和氢气应用功能单元(4)，电解水装置(1)与清洁能源供电装置(8)电连接；

还包括冷却水供应装置(5)、热水箱(6)和太阳能加热器(7)，冷却水供应装置(5)分别通过管路与电解水装置(1)、固态储氢装置(2)、压缩装置(3)和氢气应用功能单元(4)的冷却水进口连通，电解水装置(1)、固态储氢装置(2)、压缩装置(3)和氢气应用功能单元(4)的冷却水出水口通过管路与热水箱(6)连通，热水箱(6)的出水口分别通过管路与太阳能加热器(7)、热水利用装置(9)和冷却水供应装置连通，太阳能加热器(7)的热水出口通过管路与固态储氢装置(2)连通。

2.根据权利要求1所述的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，其特征在于：热水箱(6)还通过管路与灭火装置(10)连通。

3.根据权利要求1所述的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，其特征在于：氢气应用功能单元(4)包括燃料电池或加氢装置中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，其特征在于：清洁能源供电装置(8)包括风能供电装置或太阳能供应装置中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，其特征在于：热水箱(6)内部设有电子液位计，热水箱(6)与热水利用装置(9)连通的管路上连通有热水利用电控阀，电子液位计与控制器电连接，热水利用电控阀与控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，其特征在于：太阳能加热器(7)与固态储氢装置(2)间连通的管路上连通有供热水电控阀，还包括操控台，操控台与控制器电连接，供热水电控阀与控制器电连接。

7.根据权利要求1所述的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，其特征在于：固态储氢装置为固态合金储氢装置；压缩装置为氢气压缩机。

8.根据权利要求1所述的基于安全储氢的供能单元的热能利用系统，其特征在于：热水箱(6)放置位置与固态储氢装置放置位置的垂直高度差为3h。

9.一种热能利用方法，其特征在于：包括如下步骤：

将电解水装置(1)、固态储氢装置(2)、压缩装置(3)和氢气应用功能单元(4)通过管路连通，将电解水装置(1)与清洁能源供电装置(8)电连接；

将冷却水供应装置(5)的出水口分别通过管路与电解水装置(1)、固态储氢装置(2)、压缩装置(3)和氢气应用功能单元(4)的冷却水进口连通，将电解水装置(1)、固态储氢装置(2)、压缩装置(3)和氢气应用功能单元(4)的冷却水出水口通过管路与热水箱(6)进水口连通，将热水箱(6)的出水口分别通过管路与太阳能加热器(7)和热水利用装置(9)连通，将太阳能加热器(7)的热水出口通过管路与固态储氢装置(2)连通。

10.根据权利要求9所述的热能利用方法，其特征在于：还包括安装控制器，在热水箱中安装液位计，在热水箱和热水利用装置连通的管路上安装热水利用电控阀，当液位计探测到设定的液位下限时，控制器控制热水利用电控阀关闭。

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