CN116576387A - 一种利用结冰的储氢装置及其使用方法 - Google Patents

一种利用结冰的储氢装置及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116576387A
CN116576387A CN202310322162.6A CN202310322162A CN116576387A CN 116576387 A CN116576387 A CN 116576387A CN 202310322162 A CN202310322162 A CN 202310322162A CN 116576387 A CN116576387 A CN 116576387A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
inlet
outlet
end cover
coolant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310322162.6A
Other languages
English (en)
Inventor
宋孟杰
高润淼
张旋
江正勇
张龙
邵苛苛
甄泽康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202310322162.6A priority Critical patent/CN116576387A/zh
Publication of CN116576387A publication Critical patent/CN116576387A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C6/00—Methods and apparatus for filling vessels not under pressure with liquefied or solidified gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/005—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels for medium-size and small storage vessels not under pressure
    • F17C13/006—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels for medium-size and small storage vessels not under pressure for Dewar vessels or cryostats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/04—Arrangement or mounting of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/06—Closures, e.g. cap, breakable member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F17C2205/0335—Check-valves or non-return valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0388—Arrangement of valves, regulators, filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0304—Heat exchange with the fluid by heating using an electric heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0341—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • F17C2227/0376—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact
    • F17C2227/0381—Localisation of heat exchange in or on a vessel in wall contact integrated in the wall
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用结冰的储氢装置及其使用方法，该储氢装置包括外壳组件、氢气入口组件、出/入水口组件、制冷组件以及氢气出口组件；制冷组件安装于上端盖，并在制冷组件、内层套筒与下端盖之前围绕形成储气室；氢气入口组件贯穿下端盖设置，用于向储气室内输入氢气；出/入水口组件位于外壳组件的底侧，并贯穿外层套筒、绝热材料以及内层套筒设置，用于储气室的出/入水；氢气出口组件贯穿上端盖设置，用于储气室内的氢气的排出。上述储氢装置利用水结冰将氢气封冻于冰块中，实现了储氢的安全性、高效性和可靠性。

Description

一种利用结冰的储氢装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及储氢技术领域，具体涉及一种利用结冰的储氢装置及其使用方法。
背景技术
氢能的利用涉及制备、储存、运输和应用四个环节，而储存尤为关键，占据总成本的30～40％。一般条件下，氢气以气态形式存在，且易燃、易爆、易扩散，因此如何高效安全储氢是氢能发展的技术挑战之一。储氢系统的安全、高效、节能、低价、便捷是氢能工业发展的根本目标。目前，主要的储氢技术包括高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢、多孔介质吸附储氢、有机液化物储氢等。
公开号为CN21576459U的实用新型专利中公开了一种气相储氢设备和系统装置，包括储氢单元、换热单元和控制单元，该装置实现了在低温高压下的气态储氢。但高压气态储氢需要极高的储存压力，目前成熟的高压气态储氢的压力为20～25MPa，这种储存方式的储氢压力高、危险性高、储氢密度低，需要在富氢端提供高压压缩机。公开号为CN110217755A的发明专利中公开了一种液态储氢载体加氢系统，包括有机储氢载体缓冲罐、加压泵、换热器、加热器、反应器、气液分离罐和氢气压缩机，该液态储氢载体加氢系统解决了现有技术中存在的液态有机储氢加氢工艺氢气存储效率低的问题。但低温液态储氢的储氢密度虽可达70kg/m3，但常压下液氢温度为-25222℃，氢气液化需大量能耗，储运设备成本极高，且氢气使用过程中需要气化设备。金属氢化物体积储氢密度高，可到40kg/m3，但其吸放氢过程慢，金属材料成本高，容易粉化，压力容器设备制造难度大。多孔介质吸附储氢主要包括石墨烯、有机金属框架材料等，该种方式具有较好的储氢能力，但材料制造成本高，尚未见到工业化装置，储氢技术不成熟。有机物储氢在常温常压下的质量储氢密度在6％左右，富氢端需要一种加氢装置生成富氢有机物，在需氢端需要脱氢反应，过程能耗高，且该类化合物毒性大，加氢和脱氢都需要在特定化工园区内进行，使其发展有很大局限性。
针对以上问题，现有的一些储氢装置无法满足储氢的安全性、高效性、可靠性等基本需求，因此需要一种新型有效的储氢装置来解决此类问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用结冰的储氢装置及其使用方法，该储氢装置利用结冰将氢气封冻于冰块中，实现了储氢的安全性、高效性和可靠性。
本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供了一种利用结冰的储氢装置，该储氢装置包括外壳组件、氢气入口组件、出/入水口组件、制冷组件以及氢气出口组件；
所述外壳组件包括上端盖、外层套筒、内层套筒、电热丝、绝热材料以及下端盖；所述外层套筒套设于所述内层套筒的外周侧，在所述外层套筒与所述内层套筒之间填充有用于保温的绝热材料；所述外层套筒的顶端通过螺栓固定连接有所述上端盖，底端通过螺栓固定连接有所述下端盖；所述内层套筒的内部埋设有用于加热的电热丝；所述上端盖、所述下端盖、所述外层套筒以及所述内层套筒的接触面均采用所述橡胶密封圈进行密封；
所述制冷组件安装于所述上端盖，并在所述制冷组件、所述内层套筒与所述下端盖之前围绕形成储气室；
所述氢气入口组件贯穿所述下端盖设置，用于向所述储气室内输入氢气；
所述出/入水口组件位于所述外壳组件的底侧，并贯穿所述外层套筒、所述绝热材料以及所述内层套筒设置，用于所述储气室的出/入水；
所述氢气出口组件贯穿所述上端盖设置，用于所述储气室内的氢气的排出；
储存氢气时，通过所述制冷组件使所述储气室内的无气蒸馏水结冰，使进入所述储气室内的氢气以气泡的形式存储于冰中；
释放氢气时，通过所述电热丝加热使冰融化以释放氢气，氢气由顶部的所述氢气出口组件排出。
更进一步地，所述氢气入口组件包括氢气入口管、氢气入口阀门以及氢气入口单向阀；
所述氢气入口管固定安装于所述下端盖且贯穿所述下端盖；
所述氢气入口阀门固定安装于所述下端盖外侧的所述氢气入口管中，用于控制所述氢气入口管的通断；
所述氢气入口单向阀固定安装于所述下端盖外侧的所述氢气入口管中，用于控制氢气从所述储气室外侧向所述储气室内侧单向流动。
更进一步地，所述氢气入口组件还包括安装于所述储气室内底部的氢气分支管；
所述氢气分支管与所述氢气入口管的出口连通，并设置有均匀分布的多个出口。
更进一步地，所述氢气入口组件还包括分布于所述氢气分支管的出口处的沸石；
所述沸石用于细化氢气气泡。
更进一步地，所述出/入水口组件包括出/入水口管、出/入水口阀门和出/入水口双向阀；
所述出/入水口管贯穿所述外层套筒、所述绝热材料以及所述内层套筒设置；
所述出/入水口阀门固定安装于所述储气室外侧的所述出/入水口管中；
所述出/入水口双向阀固定安装于所述储气室外侧的所述出/入水口管中，并位于所述出/入水口阀门与所述外层套筒之间，用于控制所述出/入水口管中无气蒸馏水的双向流动。
更进一步地，所述氢气出口组件包括氢气出口管和氢气出口阀门；
所述氢气出口管固定安装于所述上端盖且贯穿所述上端盖；
所述氢气出口阀门固定安装于所述上端盖外侧的所述氢气出口管中，用于控制所述氢气出口管的通断。
更进一步地，所述制冷组件包括导热板、冷却剂入口管、冷却剂入口管阀门、冷却剂出口管以及冷却剂出口管阀门；
所述导热板密封安装于所述内层套筒的顶端且位于所述上端盖的内侧，所述导热板与所述上端盖之间形成夹层，所述夹层用于填充冷却剂；
所述导热板用于冷量传输，使所述储气室内的无气蒸馏水凝固成为冰；
所述冷却剂入口管和所述冷却剂出口管均穿过所述上端盖后与所述夹层连通，并与外接控温浴槽及循环泵连通，用于实现所述冷却剂的循环流动；
所述冷却剂入口管阀门安装于所述冷却剂入口管中，用于控制所述冷却剂入口管的通断；
所述冷却剂出口管阀门安装于所述冷却剂出口管中，用于控制所述冷却剂出口管的通断。
更进一步地，所述导热板内埋设有电热丝。
另外，本发明还提供了一种上述储氢装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：
第一步，去除储气室中的残余空气，通过出/入水口组件向储气室内注入无气蒸馏水，直至无气蒸馏水与导热板充分接触；
第二步，将冷却剂入口管和冷却剂出口管与外接控温浴槽及循环泵连接，将氢气入口管与储有氢气的高压气瓶连接，使用减压器及调压阀对进气压力进行控制；
第三步，关闭氢气出口阀门，打开冷却剂入口管阀门和冷却剂出口管阀门，由冷却剂入口管注入低温冷却剂，注满夹层后由冷却剂出口管排出，同时由氢气入口管向储气室内注入氢气，氢气在浮力作用下上浮，在顶部低温冷却剂的作用下储气室内的无气蒸馏水由上而下结冰，使氢气以气泡的形式存储于冰中，直至储气室内无气蒸馏水完全结冰后关闭氢气入口阀门；
第四步，将低温冷却剂从夹层内抽离，使夹层内形成真空；
第五步，打开氢气出口阀门，通过电热丝加热使冰融化以释放氢气，由氢气出口管排出气体。
有益效果：
本发明的储氢装置基于氢气难溶于水的特性，利用低温条件下水结冰原理，通过向正在结冰的水中充注氢气，使氢气以气泡形式储存于冰中，实现了氢气快速、高质量比储存；通过填充在外层套筒与内层套筒之间的绝热材料进行保温、绝热，减缓热量传递，以实现冰中氢气的储存、运输，并可调控电热丝温度使冰融化释放氢气，实现了氢气储存-运输-释放一体化功能；同时，上述储氢装置的操作温度、压力条件相对较低，且储氢载体仅需要水，储存的氢气纯度高，不含有害气体，安全环保，并且储氢装置可循环使用。因此，上述储氢装置通过制冷结冰将氢气封冻于冰块中完成氢气的储存、运输和释放，实现了储氢的安全性、高效性和可靠性。
附图说明
图1为本发明储氢装置利用结冰储氢的工作原理图；
图2为本发明储氢装置利用融冰放氢的工作原理图；
图3为本发明储氢装置在储氢前的剖视图；
图4为本发明储氢装置在储氢后的剖视图；
图5为本发明储氢装置的俯视图；
图6为本发明储氢装置的仰视图。
其中，1-外壳组件，2-氢气入口组件，3-无气蒸馏水，4-出/入水口组件，5-制冷组件，6-氢气出口组件，7-冰，2-氢气气泡，101-上端盖，102-外层套筒，103-内层套筒，104-电热丝，105-绝热材料，106-下端盖，107-螺栓，102-橡胶密封圈，201-氢气入口管，202-氢气入口阀门，203-氢气入口单向阀，204-氢气分支管，205-沸石，401-出/入水口管，402-出/入水口阀门，403-出/入水口双向阀，501-导热板，502-冷却剂入口管，503-冷却剂入口管阀门，504-冷却剂出口管，505-冷却剂出口管阀门，506-冷却剂，601-氢气出口管，602-氢气出口阀门。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例一
本实施例提供了一种利用结冰的储氢装置，储氢装置的工作原理为：储氢时，从外壳组件1底部的氢气入口组件2向储气室内充注氢气，同时利用制冷组件5降温使水由上往下单向结冰，由于氢气难溶于水从而形成氢气气泡2，氢气气泡2在浮力作用下上浮，被由上往下逐渐推进的冰水相界面捕获并存储于冰7中；放氢时，加热融化含有氢气气泡2的冰7，储存于冰7中的氢气气泡2得以释放，氢气气泡2上浮从外壳组件1顶部的氢气出口组件6流出。
如图1和图2所示，该储氢装置包括外壳组件1、氢气入口组件2、出/入水口组件4、制冷组件5以及氢气出口组件6；
如图3和图4所示，外壳组件1包括上端盖101、外层套筒102、内层套筒103、电热丝104、绝热材料105以及下端盖106；外层套筒102套设于内层套筒103的外周侧，在外层套筒102与内层套筒103之间填充有用于保温的绝热材料105，外层套筒102与内层套筒103均可以为圆筒形结构且可以同心设置，并且外层套筒102的内径大于内层套筒103的外径；外层套筒102的顶端通过螺栓107固定连接有上端盖101，底端通过螺栓107固定连接有下端盖106；内层套筒103的内部埋设有用于加热的电热丝104，电热丝104用于在释放氢气时加热内层套筒103内的冰块使其融化；上端盖101、下端盖106、外层套筒102以及内层套筒103的接触面均采用橡胶密封圈102进行密封，即，采用橡胶密封圈102密封上端盖101与外层套筒102、上端盖101与内层套筒103、下端盖106与外层套筒102、以及下端盖106与内层套筒103之间的间隙实现密封；
制冷组件5安装于上端盖101，并在制冷组件5、内层套筒103与下端盖106之前围绕形成储气室；如图3和图4所示，制冷组件5可以包括导热板501、冷却剂入口管502、冷却剂入口管阀门503、冷却剂出口管504以及冷却剂出口管阀门505；导热板501密封安装于内层套筒103的顶端且位于上端盖101的内侧，导热板501与上端盖101之间形成夹层，夹层用于填充冷却剂506，通过冷却剂506实现对导热板501的降温；导热板501用于冷量传输，使储气室内的无气蒸馏水3凝固成为冰7；冷却剂入口管502和冷却剂出口管504均穿过上端盖101后与夹层连通，并与外接控温浴槽及循环泵连通，用于实现冷却剂506的循环流动，从而通过冷却剂506的循环流动实现水的降温结冰；冷却剂入口管阀门503安装于冷却剂入口管502中，用于控制冷却剂入口管502的通断；冷却剂出口管阀门505安装于冷却剂出口管504中，用于控制冷却剂出口管504的通断；通过冷却剂入口管阀门503和冷却剂出口管阀门505能够方便控制冷却剂506的流量；导热板501内埋设有电热丝104，在释放氢气时通过电热丝104加热导热板501将热量传递至冰块，加速冰7的融化，进而实现氢气的快速释放；
氢气入口组件2贯穿下端盖106设置，用于向储气室内输入氢气；如图3、图4以及图6所示，氢气入口组件2包括氢气入口管201、氢气入口阀门202、氢气入口单向阀203、氢气分支管204以及沸石205；氢气入口管201固定安装于下端盖106且贯穿下端盖106；氢气入口阀门202固定安装于下端盖106外侧的氢气入口管201中，用于控制氢气入口管201的通断；氢气入口单向阀203固定安装于下端盖106外侧的氢气入口管201中，用于控制氢气从储气室外侧向储气室内侧单向流动，避免进入储气室的氢气倒流；氢气分支管204安装于储气室内底部，氢气分支管204的底端与氢气入口管201的出口连通，并在顶部设置有均匀分布的多个出口，通过氢气分支管204可以使氢气在储气室的截面上能够均匀分散于水中，提高氢气在冰块中的均匀性；沸石205分布于氢气分支管204的出口处，用于细化氢气气泡2，提高冰块中的含氢量；
出/入水口组件4位于外壳组件1的底侧，并贯穿外层套筒102、绝热材料105以及内层套筒103设置，用于储气室的出/入水；如图3、图4以及图5所示，出/入水口组件4包括出/入水口管401、出/入水口阀门402和出/入水口双向阀403；出/入水口管401贯穿外层套筒102、绝热材料105以及内层套筒103设置；出/入水口阀门402固定安装于储气室外侧的出/入水口管401中；出/入水口双向阀403固定安装于储气室外侧的出/入水口管401中，并位于出/入水口阀门402与外层套筒102之间，用于控制出/入水口管401中无气蒸馏水3的双向流动；
氢气出口组件6贯穿上端盖101设置，用于储气室内的氢气的排出；如图3、图4以及图5所示，氢气出口组件6包括氢气出口管601和氢气出口阀门602；氢气出口管601固定安装于上端盖101且贯穿上端盖101；氢气出口阀门602固定安装于上端盖101外侧的氢气出口管601中，用于控制氢气出口管601的通断；
储存氢气时，通过制冷组件5使储气室内的无气蒸馏水3结冰，使进入储气室内的氢气以气泡的形式存储于冰7中；如图1所示，在储氢过程中，从储气室底部进入的氢气在浮力作用下向上运动，随着制冷组件5的冷量传入，储气室内上部已结冰，下部的水3还处于液态，并在上部的冰7中冻结有多个氢气气泡2；
释放氢气时，通过电热丝104加热使冰7融化以释放氢气，氢气由顶部的氢气出口组件6排出。如图2所示，当需要释放氢气时，可以通过电热丝提供热量，对储气室内的冰7进行加热使其逐渐融化，在冰7融为水的同时，封冻于冰7中的氢气气泡2向上漂浮，最终通过氢气出口组件6流出储气室，实现氢气的释放和利用。
上述储氢装置基于氢气难溶于水的特性，利用低温条件下水结冰原理，通过向正在结冰的水中充注氢气，使氢气以气泡形式储存于冰7中，实现了氢气快速、高质量比储存；通过填充在外层套筒102与内层套筒103之间的绝热材料105进行保温、绝热，减缓热量传递，以实现冰7中氢气的储存、运输，并可调控电热丝104温度使冰7融化释放氢气，实现了氢气储存-运输-释放一体化功能；同时，上述储氢装置的操作温度、压力条件相对较低，且储氢载体仅需要水，储存的氢气纯度高，不含有害气体，安全环保，并且储氢装置可循环使用。
因此，上述储氢装置通过制冷结冰将氢气封冻于冰块中完成氢气的储存、运输和释放，实现了储氢的安全性、高效性和可靠性。
实施例二
本实施例提供了一种上述实施例一中储氢装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：
第一步，去除组装好储氢装置的储气室中的残余空气，通过出/入水口组件4向储气室内注入无气蒸馏水3，直至无气蒸馏水3与导热板501充分接触；去除残余空气可以通过抽真空来实现；
第二步，将冷却剂入口管502和冷却剂出口管504与外接控温浴槽及循环泵连接，将氢气入口管201与储有氢气的高压气瓶连接，使用减压器及调压阀对进气压力进行控制；
第三步，关闭氢气出口阀门602，打开冷却剂入口管阀门503和冷却剂出口管阀门505，由冷却剂入口管502注入低温冷却剂506，注满夹层后由冷却剂出口管504排出，同时由氢气入口管201向储气室内注入氢气，氢气在浮力作用下上浮，在顶部低温冷却剂506的作用下储气室内的无气蒸馏水3由上而下结冰，使氢气以气泡的形式存储于冰7中，直至储气室内无气蒸馏水3完全结冰后关闭氢气入口阀门202；
第四步，将低温冷却剂506从夹层内抽离，使夹层内形成真空，减缓热量传递，便于氢气的储存与运输；
第五步，打开氢气出口阀门602，通过电热丝104加热使冰7融化以释放氢气，由氢气出口管601排出气体。
采用实施例一中的储氢装置配合上述步骤即可实现氢气的储存、运输和释放，并且重复上述各步骤即可实现储氢装置的循环使用。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用结冰的储氢装置，其特征在于，包括外壳组件、氢气入口组件、出/入水口组件、制冷组件以及氢气出口组件；
所述外壳组件包括上端盖、外层套筒、内层套筒、电热丝、绝热材料以及下端盖；所述外层套筒套设于所述内层套筒的外周侧，在所述外层套筒与所述内层套筒之间填充有用于保温的绝热材料；所述外层套筒的顶端通过螺栓固定连接有所述上端盖，底端通过螺栓固定连接有所述下端盖；所述内层套筒的内部埋设有用于加热的电热丝；所述上端盖、所述下端盖、所述外层套筒以及所述内层套筒的接触面均采用所述橡胶密封圈进行密封；
所述制冷组件安装于所述上端盖，并在所述制冷组件、所述内层套筒与所述下端盖之前围绕形成储气室；
所述氢气入口组件贯穿所述下端盖设置，用于向所述储气室内输入氢气；
所述出/入水口组件位于所述外壳组件的底侧，并贯穿所述外层套筒、所述绝热材料以及所述内层套筒设置，用于所述储气室的出/入水；
所述氢气出口组件贯穿所述上端盖设置，用于所述储气室内的氢气的排出；
储存氢气时，通过所述制冷组件使所述储气室内的无气蒸馏水结冰，使进入所述储气室内的氢气以气泡的形式存储于冰中；
释放氢气时，通过所述电热丝加热使冰融化以释放氢气，氢气由顶部的所述氢气出口组件排出。
2.如权利要求1所述的储氢装置，其特征在于，所述氢气入口组件包括氢气入口管、氢气入口阀门以及氢气入口单向阀；
所述氢气入口管固定安装于所述下端盖且贯穿所述下端盖；
所述氢气入口阀门固定安装于所述下端盖外侧的所述氢气入口管中，用于控制所述氢气入口管的通断；
所述氢气入口单向阀固定安装于所述下端盖外侧的所述氢气入口管中，用于控制氢气从所述储气室外侧向所述储气室内侧单向流动。
3.如权利要求2所述的储氢装置，其特征在于，所述氢气入口组件还包括安装于所述储气室内底部的氢气分支管；
所述氢气分支管与所述氢气入口管的出口连通，并设置有均匀分布的多个出口。
4.如权利要求3所述的储氢装置，其特征在于，所述氢气入口组件还包括分布于所述氢气分支管的出口处的沸石；
所述沸石用于细化氢气气泡。
5.如权利要求4所述的储氢装置，其特征在于，所述出/入水口组件包括出/入水口管、出/入水口阀门和出/入水口双向阀；
所述出/入水口管贯穿所述外层套筒、所述绝热材料以及所述内层套筒设置；
所述出/入水口阀门固定安装于所述储气室外侧的所述出/入水口管中；
所述出/入水口双向阀固定安装于所述储气室外侧的所述出/入水口管中，并位于所述出/入水口阀门与所述外层套筒之间，用于控制所述出/入水口管中无气蒸馏水的双向流动。
6.如权利要求5所述的储氢装置，其特征在于，所述氢气出口组件包括氢气出口管和氢气出口阀门；
所述氢气出口管固定安装于所述上端盖且贯穿所述上端盖；
所述氢气出口阀门固定安装于所述上端盖外侧的所述氢气出口管中，用于控制所述氢气出口管的通断。
7.如权利要求6所述的储氢装置，其特征在于，所述制冷组件包括导热板、冷却剂入口管、冷却剂入口管阀门、冷却剂出口管以及冷却剂出口管阀门；
所述导热板密封安装于所述内层套筒的顶端且位于所述上端盖的内侧，所述导热板与所述上端盖之间形成夹层，所述夹层用于填充冷却剂；
所述导热板用于冷量传输，使所述储气室内的无气蒸馏水凝固成为冰；
所述冷却剂入口管和所述冷却剂出口管均穿过所述上端盖后与所述夹层连通，并与外接控温浴槽及循环泵连通，用于实现所述冷却剂的循环流动；
所述冷却剂入口管阀门安装于所述冷却剂入口管中，用于控制所述冷却剂入口管的通断；
所述冷却剂出口管阀门安装于所述冷却剂出口管中，用于控制所述冷却剂出口管的通断。
8.如权利要求7所述的储氢装置，其特征在于，所述导热板内埋设有电热丝。
9.一种如权利要求7或8所述的储氢装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，去除储气室中的残余空气，通过出/入水口组件向储气室内注入无气蒸馏水，直至无气蒸馏水与导热板充分接触；
第二步，将冷却剂入口管和冷却剂出口管与外接控温浴槽及循环泵连接，将氢气入口管与储有氢气的高压气瓶连接，使用减压器及调压阀对进气压力进行控制；
第三步，关闭氢气出口阀门，打开冷却剂入口管阀门和冷却剂出口管阀门，由冷却剂入口管注入低温冷却剂，注满夹层后由冷却剂出口管排出，同时由氢气入口管向储气室内注入氢气，氢气在浮力作用下上浮，在顶部低温冷却剂的作用下储气室内的无气蒸馏水由上而下结冰，使氢气以气泡的形式存储于冰中，直至储气室内无气蒸馏水完全结冰后关闭氢气入口阀门；
第四步，将低温冷却剂从夹层内抽离，使夹层内形成真空；
第五步，打开氢气出口阀门，通过电热丝加热使冰融化以释放氢气，由氢气出口管排出气体。
CN202310322162.6A 2023-03-29 2023-03-29 一种利用结冰的储氢装置及其使用方法 Pending CN116576387A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310322162.6A CN116576387A (zh) 2023-03-29 2023-03-29 一种利用结冰的储氢装置及其使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310322162.6A CN116576387A (zh) 2023-03-29 2023-03-29 一种利用结冰的储氢装置及其使用方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116576387A true CN116576387A (zh) 2023-08-11

Family

ID=87532938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310322162.6A Pending CN116576387A (zh) 2023-03-29 2023-03-29 一种利用结冰的储氢装置及其使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116576387A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109708002B (zh) 一种温度补偿式合金储氢供氢系统
CN103075906B (zh) 一种高压储热和/或储冷装置
CN209691855U (zh) 车载燃料电池系统及氢动力车辆
CN103075907B (zh) 一种填充床式高压储热/储冷器
CN111536418B (zh) 一种热量自循环利用的海上合金储氢氢气补给系统及方法
US7591138B2 (en) Process for producing slush fluid and apparatus therefor
CN109027660B (zh) 一种超临界氢的存储方法及超临界氢的应用
CN106151869B (zh) 固态高压混合储氢装置
CN116447511A (zh) 一种吸附-反应-储存一体化水合物固态储氢装置及方法
CN110526212B (zh) 一种带有鱼骨结构的氢气净化装置
CN104645899B (zh) 快速制备天然气水合物的撞击流反应器及配套系统和方法
CN115321477A (zh) 固态储氢容器、台架与循环储放氢系统
CN110217755B (zh) 一种液态储氢载体加氢系统
CN107202245B (zh) 一种金属氢化物贮氢装置与工作方法
CN116576387A (zh) 一种利用结冰的储氢装置及其使用方法
US11266965B1 (en) Ultra-low-speed rotating low-strain high-filling-rate hydrogen storage alloy reaction device and technology
CN112113132A (zh) 一种新型移动式水合物储气装置及方法
CN204387683U (zh) 一种lng存储供给装置
CN107626266B (zh) 加氢反应器
CN110131573A (zh) 一种氢燃料电池汽车储氢气瓶快速加注系统
CN214360247U (zh) 一种基于笼型水合物的储氢装置及系统
EP1634016B1 (en) Storage of h2 by absorption in liquid nitrogen
CN115654785A (zh) 工程化大规模带背压的过冷液甲烷制备系统及制备方法
CN213965874U (zh) 一种用于sf6气体回收的固态提纯储罐装置
CN112483884B (zh) 提高sf6气站充气纯度的液态储气装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination