CN115893314A - 一种铝水制氢装置与储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种铝水制氢装置与储能系统。铝水制氢装置包括：反应室，用于提供反应场所；吸热室，吸热室内充有气体介质，吸热室能与反应室进行热量交换；热量回收组件，包括涡轮、冷却器、电机与压缩机，涡轮、电机与压缩机三者同轴连接，吸热室的出口与涡轮的入口连通，涡轮的出口与冷却器的高温入口连通，冷却器的低温出口与压缩机的入口连通，压缩机的出口与吸热室的入口连通；吸热室内的气体介质能吸收反应室的热量，以驱动涡轮做功，涡轮用于带动电机发电并用于带动压缩机工作，流出涡轮的气体介质经冷却器降温后经压缩机压缩，并回流至吸热室。储能系统包括铝水制氢装置。该铝水制氢装置能将反应过程中产生的热量回收再利用，减少资源浪费。

Description

一种铝水制氢装置与储能系统

技术领域

本发明涉及铝水制氢技术领域，特别是涉及一种铝水制氢装置与储能系统。

背景技术

氢气作为一种清洁能源，在诸多领域得到了越来越广泛的应用，通过铝基复合材料与水反应，即可制取氢气，这是目前常见的一种氢气获取方式。通常，在铝水反应制氢过程中，会放出大量的热量，然而，这些热量被直接放出至外界环境，造成较大的资源浪费。

发明内容

基于此，本发明提出一种铝水制氢装置，能够将反应过程中产生的热量回收再利用，提高能量利用率，减少资源浪费。

铝水制氢装置，包括：

反应室，用于提供反应所需的场所；

吸热室，所述吸热室内充有气体介质，所述吸热室能够与所述反应室进行热量交换；以及

热量回收组件，包括涡轮、冷却器、电机与压缩机，所述涡轮、所述电机与所述压缩机三者同轴连接，所述吸热室的出口与所述涡轮的入口连通，所述涡轮的出口与所述冷却器的高温入口连通，所述冷却器的低温出口与所述压缩机的入口连通，所述压缩机的出口与所述吸热室的入口连通；

所述吸热室内的所述气体介质能够吸收所述反应室的热量，以驱动所述涡轮做功，所述涡轮用于带动所述电机发电并用于带动所述压缩机工作，流出所述涡轮的所述气体介质经所述冷却器降温后经所述压缩机压缩，并回流至所述吸热室。

在其中一个实施例中，所述热量回收组件还包括换热器，所述涡轮、所述冷却器与所述压缩机均与所述换热器通过管路连接，流出所述涡轮的所述气体介质能够流经所述换热器放热后流入所述冷却器进行降温，经所述压缩机压缩后的所述气体介质能够流经所述换热器吸热后回流至所述吸热室。

在其中一个实施例中，所述铝水制氢装置还包括热量存储件，所述冷却器与所述热量存储件连接，所述热量存储件内低温的冷却介质能够流经所述冷却器，以吸收流经所述冷却器的所述气体介质的热量。

在其中一个实施例中，所述铝水制氢装置包括多组并联设置的所述热量回收组件。

在其中一个实施例中，所述铝水制氢装置包括外壳，所述外壳套设于所述反应室的外部，所述外壳与所述反应室之间形成所述吸热室。

在其中一个实施例中，所述铝水制氢装置包括用于为所述反应室供水的储水件，所述储水件与所述反应室的气体出口之间连接有冷凝分水器，所述冷凝分水器用于使所述气体出口流出的气体中的水蒸气冷凝并流入所述储水件。

在其中一个实施例中，所述反应室内设有粉末承载器，所述粉末承载器呈多孔状，所述粉末承载器用于承载反应粉末。

在其中一个实施例中，所述反应室的上方设有用于存储反应粉末的粉料存储器，所述粉料存储器的出料口设有隔板，所述隔板能够相对于所述粉料存储器移动以打开或封堵所述出料口。

在其中一个实施例中，所述铝水制氢装置包括动力电池与电机控制器，所述电机控制器电连接于所述电机与所述动力电池之间，所述电机控制器用于将所述电机输出的电力输入至所述动力电池。

上述铝水制氢装置，反应室提供了制取氢气所需的场所，铝基复合材料与水能在反应室内反应，从而产生氢气。吸热室与反应室能进行热交换，因此，吸热室内的气体介质能够吸收铝水制氢过程中产生的热量。吸热后的气体介质流经涡轮时，将会带动涡轮转动，涡轮将会带动与其同轴连接的电机工作，从而实现对外做功，实现部分热能的回收再利用。流出涡轮的气体在经冷却器降低温度后，流经压缩机进行压缩，在压缩后再次回流至吸热室。由于涡轮还会带动与其同轴连接的压缩机工作，使得压缩机无需额外的驱动件，实现了部分热能的回收再利用。在气体介质循环流动过程中，可以不断的吸收反应室内反应产生的热量，并通过涡轮驱动压缩机与电机工作实现能量的回收再利用，可以提高能量利用率，减少资源浪费。

本发明提出一种储能系统，包括上述的铝水制氢装置。

上述储能系统，通过应用上述的铝水制氢装置及热能发电装置，储能系统具有较高的能量利用率，减少了资源浪费。

附图说明

图1为本申请一实施例中的铝水制氢装置的结构示意图。

附图标记：

反应室100；

吸热室200、外壳210；

热量回收组件300、涡轮310、冷却器320、压缩机330、电机340、换热器350、动力电池361、电机控制器362、第一管路371、第二管路372、第三管路373、第四管路374、第五管路375、第六管路376、供暖管道377；

储水件400；

水泵500；

冷凝分水器600。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

图1为本申请一实施例中的铝水制氢装置的结构示意图。

参阅图1，本发明一实施例提供的铝水制氢装置包括反应室100、吸热室200与热量回收组件300。反应室100用于提供反应所需的场所，吸热室200内充有气体介质，吸热室200能够与反应室100进行热量交换。热量回收组件300包括涡轮310、冷却器320、压缩机330与电机340。涡轮310、电机340与压缩机330三者同轴连接。吸热室200的出口与涡轮310的入口连通，涡轮310的出口与冷却器320的高温入口连通，冷却器320的低温出口与压缩机330的入口连通，压缩机330的出口与吸热室200的入口连通。吸热室200内的气体介质能够吸收反应室100内铝水反应时产生的热量，以驱动涡轮310做功，涡轮310用于带动电机340发电并用于带动压缩机330工作，流出涡轮310的气体介质经冷却器320降温后经压缩机330压缩，并回流至吸热室200。

上述铝水制氢装置，反应室100提供了反应所需的场所，铝基复合材料的粉末与水能在反应室100内反应，从而产生氢气，反应过程中会产生大量的热量。吸热室200与反应室100能进行热交换，因此，吸热室200内的气体介质能够吸收铝水制氢过程中产生的热量。吸热后的高温高压气体介质流经涡轮310时，将会带动涡轮310转动，涡轮310将会带动与其同轴连接的电机340工作，将热能转换为电能，实现部分热能的回收再利用。流出涡轮310的气体温度虽然有所降低，但依然处于较高的状态，为降低压缩难度，在流入压缩机330压缩前，先经冷却器320降低温度，然后再流经压缩机330进行压缩，在压缩后再次回流至吸热室200。由于涡轮310还会带动与其同轴连接的压缩机330工作，使得压缩机330无需额外的驱动件，实现了部分热能的回收再利用。在气体介质循环流动过程中，可以不断的吸收反应室100内铝水反应产生的热量，并通过涡轮310驱动压缩机330与电机340工作实现能量的回收再利用，从而提高能量利用率，减少资源浪费。

优选地，在一些实施例中，热量回收组件300还包括换热器350，涡轮310、冷却器320与压缩机330均与换热器350通过管路连接，流出涡轮310的气体介质能够流经换热器350放热后流入冷却器320进行降温，经压缩机330压缩后的气体介质能够流经换热器350吸热后回流至吸热室200。

具体地，流经涡轮310的高温气体介质经过换热器350时，对从压缩机330流出的低温气体介质进行加热。相当于高温气体在流经换热器350时，先暂存一部分热量在换热器350内，然后流经冷却器320进行冷却后流入压缩机330，经压缩机330压缩后，再次流经换热器350，取走之前暂存在换热器350的这部分热量，然后回流进入吸热室200。为了降低压缩难度，进入压缩机330的气体温度不能过高。通过增设换热器350，气体无需在经过冷却器320时将超出压缩机入口所需温度的这部分热量全部散发出去，可以减少经冷却器320冷却时浪费掉的热量，使尽量多的热量再次回到吸热室200，减少了资源浪费。

前述的热量回收组件300中各部件之间通过管路实现连接。具体地，吸热室200的出口与涡轮310的入口之间通过第一管路371连接，涡轮310的出口与换热器350的高温入口之间通过第二管路372连接，换热器350的低温出口与冷却器320的高温入口之间通过第三管路373连接，冷却器320的低温出口与压缩机330的入口之间通过第四管路374连接，压缩机330的出口与换热器350的低温入口之间通过第五管路375连接，换热器350的高温出口与吸热室200的入口之间通过第六管路376连接。

从冷却器320流出的低温低压气体介质流经压缩机330压缩后，温度与压力均升高，流经换热器350吸热后温度再次升高，然后流入吸热室200，吸收铝水制氢反应过程中放出的热量，使气体介质温度再次升高。之后高温高压的气体介质流出至涡轮310膨胀做功，驱动电机340与压缩机330，从涡轮310流出的气体介质温度与压力都有所降低。上述过程不断循环进行。

在该铝水制氢装置刚开始运行还未产热时，涡轮310无法带动压缩机330工作，因此，可以另外设置一个启动电机，该启动连接能够连接于压缩机330。用于在铝水制氢装置刚开始运行的阶段驱动压缩机330工作，待反应进行一段时间，涡轮310能够带动压缩机330工作时，关闭启动电机即可。

在一些实施例中，可以增设多个压缩机330，通过多次压缩逐步提高气体介质的温度与压力，以降低压缩难度。增设的多个压缩机330可以由其他驱动件进行驱动。

在一些实施例中，冷却器320可以为液冷散热器，例如冷板散热器，冷却介质可以为水或其他液体。

在一些实施例中，铝水制氢装置还包括热量存储件，冷却器320与热量存储件连接，热量存储件内低温的冷却介质能够流经冷却器320，以吸收流经冷却器320的温度较高的气体介质的热量，从而降低气体介质的温度。

具体地，热量存储件可以为供暖管道377，冷却器320设置于供暖管道377上，供暖管道377内的冷却水流经冷却器320时，对流经冷却器320的温度较高的气体介质再次降温，冷却水吸收气体介质的热量后温度升高，使得供暖管道377内的冷却水温度更高，从而使得这部分热量也能够被回收利用，用于市政供暖，进一步减少了资源浪费。

在一些实施例中，铝水制氢装置包括多组并联设置的热量回收组件300。具体地，吸热室200内的气体介质可以分流流入多组热量回收组件300，当其中一组热量回收组件300出现故障时，其他组热量回收组件300依然能够实现能量的回收再利用，装置的可靠性较高。

在一些实施例中，铝水制氢装置包括外壳210，外壳210套设于反应室100的外部，外壳210与反应室100之间形成吸热室200。具体地，外壳210套设于反应室100的外部，则反应室100内产生的热量能够通过反应室100的外壁均匀的传递至吸热室200，传热速度快且均匀。在其他实施例中，吸热室200也可并排设置于反应室100的一侧，且二者接触，以实现热传导。

优选地，在外壳210的外部包裹有一层保温层，保温层可以选用保温棉等材质。通过增设保温层，可以减少吸热室200温度朝外界环境的散失，使热量能尽量多的到达涡轮310处进行做功。

类似地，在前述各管路的外部也可以包裹一层保温层，以减少流经管路的气体介质的热量朝外界环境的散失。

在一些实施例中，铝水制氢装置包括用于为反应室100供水的储水件400，储水件400与反应室100的气体出口之间连接有冷凝分水器600，冷凝分水器600用于使气体出口流出的气体中的水蒸气冷凝并流入储水件400。

具体地，储水件400与反应室100的进水口之间通过水泵500连接，水泵500用于将储水件400内存储的水抽入反应室100内。反应结束后，反应室100内残留的水蒸气以及反应生成的氢气会一起从气体出口流出，流出的混合气体流经冷凝分水器600时，冷凝分水器600对其中混杂的水蒸气进行冷凝，形成液态水并分离出来，这部分水将再次流入储水件400，以供后续反应所用。如此便能实现水的回收利用，减少水资源的浪费。

在一些实施例中，反应所需的铝基复合材料的粉末可以预先放入反应室100内。

具体地，在一些实施例中，反应室100内设有粉末承载器，粉末承载器呈多孔状，粉末承载器用于承载反应粉末。将粉末承载器设置为多孔状可以尽量避免粉末在反应室100内堆积压实而导致的反应不充分，从而能提高产氢率。

或者，在其他实施例中，也可以通过粉末输送装置在装置开启后输入反应室100内。

具体地，在一些实施例中，可以在反应室100的上方设置粉料存储器，待反应的粉末被放置于粉料存储器内，粉料存储器的出料口处设置有隔板，隔板能相对于粉料存储器移动，以打开或封堵出料口。具体地，无需进料时，隔板封堵于出料口，需要进料时，可以手动或通过驱动件驱动隔板移动，将出料口打开，使得粉末能够在重力作用下落入反应室100。通过调节隔板移动的距离，可以调节隔板遮挡出料口的程度，从而调节进料量，以免一次进料过多而导致反应不充分，以及一次进料过少而导致反应无法持续进行。

优选地，可以在粉料存储器的一侧设置振动杆，振动杆与粉料存储器的外壁接触，进料之前，可以通过振动杆将粉料存储器内存储的粉末振动打散，以免粉末堆积而导致进料不顺畅。

具体地，铝基复合材料可以为铝合金类材料、铝/无机盐复合材料、铝/金属氢化物材料、铝/铋/氢化物类材料等。气体介质可以为空气。

在一些实施例中，铝水制氢装置包括动力电池361与电机控制器362，电机控制器362电连接于电机340与动力电池361之间，电机控制器362用于将电机340输出的电力输入至动力电池361。动力电池361可以将所存储的电力供用电单元使用。

或者，也可以直接通过电机驱动一些有运动需求的部件运动，将电能转换为机械能。

在一些实施例中，反应室100上还设有吹扫入口与吹扫出口，吹扫入口处安装有吹扫管路，吹扫管路与吹扫气源连接，吹扫气源用于提供吹扫气体。吹扫气源内的吹扫气体可以经吹扫管路从吹扫入口流入反应室100，并从吹扫出口流出。吹扫气体可以选用氮气等化学性质稳定的气体。在反应开始前，通过吹扫气体对反应室100进行吹扫，可以将反应室100内残留的其他气体排出，以减少对应反应过程的影响。

在一些实施例中，储能系统包括前述任意一个实施例中的铝水制氢装置，通过应用上述的铝水制氢装置，储能系统具有较高的能量利用率，减少了资源浪费。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种铝水制氢装置，其特征在于，包括：

反应室(100)，用于提供反应所需的场所；

吸热室(200)，所述吸热室(200)内充有气体介质，所述吸热室(200)能够与所述反应室(100)进行热量交换；以及

热量回收组件(300)，包括涡轮(310)、冷却器(320)、电机(340)与压缩机(330)，所述涡轮(310)、所述电机(340)与所述压缩机(330)三者同轴连接，所述吸热室(200)的出口与所述涡轮(310)的入口连通，所述涡轮(310)的出口与所述冷却器(320)的高温入口连通，所述冷却器(320)的低温出口与所述压缩机(330)的入口连通，所述压缩机(330)的出口与所述吸热室(200)的入口连通；

所述吸热室(200)内的所述气体介质能够吸收所述反应室(100)的热量，以驱动所述涡轮(310)做功，所述涡轮(310)用于带动所述电机(340)发电并用于带动所述压缩机(330)工作，流出所述涡轮(310)的所述气体介质经所述冷却器(320)降温后经所述压缩机(330)压缩，并回流至所述吸热室(200)。

2.根据权利要求1所述的铝水制氢装置，其特征在于，所述热量回收组件(300)还包括换热器(350)，所述涡轮(310)、所述冷却器(320)与所述压缩机(330)均与所述换热器(350)通过管路连接，流出所述涡轮(310)的所述气体介质能够流经所述换热器(350)放热后流入所述冷却器(320)进行降温，经所述压缩机(330)压缩后的所述气体介质能够流经所述换热器(350)吸热后回流至所述吸热室(200)。

3.根据权利要求1所述的铝水制氢装置，其特征在于，所述铝水制氢装置还包括热量存储件，所述冷却器(320)与所述热量存储件连接，所述热量存储件内低温的冷却介质能够流经所述冷却器(320)，以吸收流经所述冷却器(320)的所述气体介质的热量。

4.根据权利要求1所述的铝水制氢装置，其特征在于，所述铝水制氢装置包括多组并联设置的所述热量回收组件(300)。

5.根据权利要求1所述的铝水制氢装置，其特征在于，所述铝水制氢装置包括外壳(210)，所述外壳(210)套设于所述反应室(100)的外部，所述外壳(210)与所述反应室(100)之间形成所述吸热室(200)。

6.根据权利要求1所述的铝水制氢装置，其特征在于，所述铝水制氢装置包括用于为所述反应室(100)供水的储水件(400)，所述储水件(400)与所述反应室(100)的气体出口之间连接有冷凝分水器(600)，所述冷凝分水器(600)用于使所述气体出口流出的气体中的水蒸气冷凝并流入所述储水件(400)。

7.根据权利要求1所述的铝水制氢装置，其特征在于，所述反应室(100)内设有粉末承载器，所述粉末承载器呈多孔状，所述粉末承载器用于承载反应粉末。

8.根据权利要求1所述的铝水制氢装置，其特征在于，所述反应室(100)的上方设有用于存储反应粉末的粉料存储器，所述粉料存储器的出料口设有隔板，所述隔板能够相对于所述粉料存储器移动以打开或封堵所述出料口。

9.根据权利要求1所述的铝水制氢装置，其特征在于，所述铝水制氢装置包括动力电池(361)与电机控制器(362)，所述电机控制器(362)电连接于所述电机(340)与所述动力电池(361)之间，所述电机控制器(362)用于将所述电机(340)输出的电力输入至所述动力电池(361)。

10.储能系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的铝水制氢装置。

Images