CN1318793C - 储氢罐充氢及活化处理装置 - Google Patents

Abstract

一种储氢罐充氢及活化处理装置，包括有一储氢罐容置体，配置有复数个隔板以构成复数个承置空间，供承置复数个置入的储氢罐，在该储氢罐容置体内部配置有一间隔背板，并间隔地列置有复数个储氢罐卡合座，以供结合于该置入的储氢罐；一氢气储存槽，用以供应该储氢罐于充氢及活化作业时所需的氢气源；一冷水槽，用以供应该储氢罐于充氢作业时冷却所需的冷水；一真空泵，用以在该储氢罐的活化作业时，抽取储氢罐内的气体；一温水槽，用以供应该储氢罐于活化作业时加热所需的温水；本发明的储氢罐整合处理装置可以进行储氢合金的充氢作业程序、以及储氢合金的活化作业程序，对于产业利用性方面确有其实用价值。

Description

储氢罐充氢及活化处理装置

技术领域

本发明涉及一种储氢罐处理装置，特别是有关于一种储氢罐充氢及活化处理装置，以对储氢合金进行充氢及活化的作业。

背景技术

目前氢气储存的技术主要可分为高压气体、液态氢与储氢合金三种，其中高压气体储氢方式的能量重量密度较高，但是体积较大，而且安全性较差。液态氢储氢方式的能量重量密度虽也较高，但是液化能量消耗大，同时须使用绝热储槽，比较适合用在大型储槽。在一般性的应用领域(例如电动车中所使用的较小型储氢罐)中，应以储氢合金较为实用。储氢合金的技术，主要是以储氢罐作为氢气的贮存容器。

储氢罐充氢操作的程序包括有两种作业程序，一种为活化作业，另一种为充氢作业。所谓活化作业是当储氢罐刚完成制作时，亦即为全新的储氢罐，此时须利用抽真空与充氢气的连续交叉操作方式，使储氢合金恢复活性。此外，当储氢合金中毒，导致吸放氢能力下降，亦即与氢气之外的不纯物产生物理性吸附，此时也可利用活化作业，以赶除吸附物质。而充氢作业是当储氢罐氢气消耗后，须送到充氢工厂重新充氢。

储氢合金的种类甚多，操作的压力与温度都不相同，同时单位重量与单位体积的储氢量也各自相异。一般电动车辆使用的储氢合金，包括镧镍系列、铁钛系列与镁合金系列等，较常使用的为铁钛系列，所能产生的压力、流量与合金重量等特性较为合适。

在典型的充氢作业程序中，是使用较高的压力操作，并须提供足够的氢气流量。储氢合金在吸氢时会放热，使储氢罐的温度上升，导致储氢合金的吸氢速率降低，因此此时需要利用冷水或冰水加以冷却，以提升吸氢速率。在放氢作业程序中，是利用真空泵加速抽出储氢罐内的气体，并减少残存于罐内的气体，但是储氢合金在放氢时会吸热，使储氢罐的温度下降，导致储氢合金的放氢速率降低，因此此时需要同时利用温水或热水加热，提升放氢速率。

商用的储氢罐充氢装置，除满足充氢与放氢的操作需求之外，还须适合下述的要求：

1.储氢罐的重量可能达到每支4-5公斤，因此充氢机的每层结构与负荷强度须足够。

2.冷却或加温的热传效应相当重要，因此隔板须采穿孔式，引导水流产生紊流式对流效果，提升热效率。

3.充氢机本体应加保温，结构体周围应有垫片防止漏水，箱体内应装氢气感测器，侦测是否泄漏。

4.储氢罐采快速接头等结合方式，方便快速抽换。

5.氢气管线系统须有排气装置，以便操作初期将管内杂气排放，使充入储氢罐的气体为纯净的氢气。

6.为安全考虑，气体管线系统需连接惰性气体储槽(如氮气)，以便在紧急或手动停机时，除关闭氢气供应源之外，能启动惰性气体流清除管线中的氢气。

7.应有温度控制与显示、压力调整与显示、真空调整与显示、流量调整与显示、一般开关与紧急开关。

然而，至目前为止，仍没有能够符合上述需求的储氢罐充气与活化处理装置。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种可符合量产需求的储氢罐处理装置，采用批量生产程序，结合安全与控制系统，可适合工厂操作。

本发明的另一目的是提供一种储氢罐充氢及活化处理装置，通过该储氢罐处理装置可以进行储氢合金的充氢作业程序、以及储氢合金的活化作业程序。

本发明的另一目的是提供一种储氢罐的充氢处理装置，通过该储氢罐处理装置可以进行储氢合金的充氢作业程序。

为了达到上述的本发明目的，本发明提出一种储氢罐充氢及活化处理装置，在本发明实施例中包括有一储氢罐容置体，配置有复数个隔板以构成复数个承置空间，供承置复数个置入的储氢罐，在该储氢罐容置体内部配置有一间隔背板，并间隔地列置有复数个储氢罐卡合座，以供结合于该置入的储氢罐；一氢气储存槽，用以供应该储氢罐于充氢及活化作业时所需的氢气源；一冷水槽，用以供应该储氢罐于充氢作业时冷却所需的冷水。该装置中，更配置有一真空泵，用以在该储氢罐的活化作业时，抽取储氢罐内的气体；一温水槽，用以供应该储氢罐于活化作业时加热所需的温水。较佳实施例中，氢气储存槽与储氢罐容置体之间配置有一分配与填充量控制单元，以及一排气与关闭控制单元。温水槽与储氢罐容置体之间配置有一流量控制单元与一温度控制单元。真空泵与储氢罐容置体之间配置有一放氢控制单元。冷水槽与储氢罐容置体之间配置有一流量控制单元与一温度控制单元。

本发明所提供的储氢罐充氢及活化处理装置，符合批量生产需求的储氢罐处理，其采用批量式生产程序，结合控制系统，可适合工厂操作。且通过本发明的储氢罐整合处理装置可以进行储氢合金的充氢作业程序、以及储氢合金的活化作业程序，对于产业利用性方面确有其实用价值。

附图说明

图1显示本发明相关构件配置的系统示意图；

图2显示本发明控制系统的功能方块图；

图3显示本发明储氢罐容置体的第一实施例立体图；

图4显示该储氢罐容置体的侧视断面图；

图5显示本发明储氢罐、隔板、间隔背板、与储氢罐卡合座间配置关系的局部扩大立体图；

图6显示本发明储氢罐容置体的第二实施例立体图。

具体实施方式

请参阅图1所示，显示本发明相关构件配置的系统示意图。如图所示，本发明主要包括有一储氢罐容置体1、一氢气储存槽2、一温水槽3、一真空泵4、一冷水槽5。其中该储氢罐容置体1可供复数个储氢罐11容置。

氢气储存槽2与储氢罐容置体1之间的管线间配置有一分配与填充量控制单元21，一排气与关闭控制单元22、一排气装置23、一惰性气体储存槽24。

温水槽3与储氢罐容置体1之间配置有一流量控制单元31、一温度控制单元32，该温水槽3可附设有一加热装置33，用以供应该温水槽3的加热源。该加热装置33可为习用的电热器或连接至锅炉。

真空泵4与储氢罐容置体11间的管线配置有一放氢控制单元41。通过该真空泵4可抽出储氢罐11内的气体，减少残存于储氢罐内部的气体。

冷水槽5与储氢罐容置体1之间配置有一流量控制单元51、一温度控制单元52。该冷水槽5可附设有一冷却装置53，用以供应该冷水槽5的温度冷却源。该冷却装置53可为习用的冰水机或连接至冷却水塔。

在该储氢罐容置体1的控制箱体内或在其它管线处可加装复数个氢气感测器6以侦测是否有氢气泄漏的现象。

在进行储氢罐的充氢作业时，由氢气储存槽2供应所需的氢气源，经由分配与填充量控制单元21供应至储氢罐容置体1中的各个储氢罐11中。储氢罐11的储氢合金在吸氢时会放热，导致温度上升，而造成吸氢速率降低，故在充氢作业的同时，以冷水槽5供应冷水或冰水至该储氢罐容置体1中，以对储氢罐容置体1中的各个储氢罐11加以冷却，以提升储氢合金的吸氢速率。

较佳地，该冷水槽5所供应的冷水可由流量控制单元51与温度控制单元52分别作冷水流量及其温度的控制。储氢罐容置体1可设置一个或数个温度感测器10，以感知是否需要增加冷水的流量，同时冷水槽5中也可置放一个或数个温度感测器50，以感知该冷水槽5中冷水的温度，并通过冷却装置53调节冷水槽5的温度，使达到所需的适当温度。

而在进行储氢罐的活化作业时，先进行储氢罐的放氢作业，其是利用真空泵4抽出储氢罐11内的气体，减少残存于储氢罐内部的气体。储氢罐内部是否含有大量氢气，可利用量取重量或测量压力做为判断。由于储氢罐11的储氢合金在放氢时会吸热而导致温度下降，会使得放氢速率降低，因此可同时由温水槽3供应温水或热水至该储氢罐容置体1中，以对储氢罐容置体1中的各个储氢罐11加以加热，以提升储氢合金的放氢速率。

较佳地，该温水槽3所供应的温水可由流量控制单元31与温度控制单元32分别作温水流量及其温度的控制。通过储氢罐容置体1所设置的温度感测器10，可感知是否需要增加温水流量，同时温水槽3中也可设置一个或数个温度感测器30，以感知该温水槽3中的温水温度，并通过加热装置33调节温水槽3的温度，使达到所需的适当温度。

在完成前述的放氢作业后，再进行充氢作业。在充氢作业时，其作业流程与前述的储氢罐充氢作业相同。亦即，其是由氢气储存槽2供应所需的氢气源，经由分配与填充量控制单元21供应至储氢罐容置体1中的各个储氢罐11中，在充氢作业的同时，以冷水槽5供应冷水或冰水至该储氢罐容置体1中，以对储氢罐容置体1中的各个储氢罐11加以冷却，以提升储氢合金的吸氢速率。该冷水槽5所供应的冷水亦可由流量控制单元51与温度控制单元52分别作冷水流量及其温度的控制。

在活化作业时，通过上述放氢作业及充氢作业的连续交叉操作方式，使储氢合金恢复活性。此外，当储氢合金中毒而导致吸氢、放氢能力下降，亦即与氢气之外的不纯物产生物理性吸附，此时也可利用活化作业，以赶除吸附物质，以使储氢合金恢复活性。

在系统开始操作时，氢气管线系统内部可能会有一些空气之类的杂气存在，此时排气与关闭控制单元22会将原有管线路径内的气体由排气装置23(例如排气阀与排气孔)排出，然后关闭排气装置23，使充入储氢罐容置体1中的各个储氢罐11的气体为纯净的氢气。此外，当氢气感测器6感知氢气泄漏时，会自动关闭氢气储存槽2的出口开关，同时关闭连结储氢罐容置体11中的所有储氢罐11的氢气进口开关，并启动连接惰性气体储存槽24(例如氮气瓶)的氮气冲洗系统，经由排气口紧急排出管线内部的氢气。如有必要时，也可经由手动紧急开关，启动排气与关闭控制单元22。

前述操作程序的控制、信号的检测可由一控制系统予以控制，图2显示该控制系统7的功能方块图。该控制系统7主要包括有一系统控制器71(例如一微处理器)，其经由一检测信号接收电路72将本发明中的各项输检测信号(例如温度、压力、流量、氢气泄漏等信号)输入，再依据预先的设定条件，由一驱动电路73输出前述各项程序控制的驱动信号。控制系统7中亦可包括有一电源开关与紧急手动开关75来控制电源74的供应与否，并可在危险状况发生时，由该电源开关与紧急手动开关74紧急切断电源的供应。

在整个控制程序中，更可由一显示装置76显示温度、压力、流量、操作时间等资讯，亦可在发生预定危险状况时(例如温度过高、压力过高、流量异常、氢气泄漏等)，由一警报装置77发出警示声音或灯光。

图3显示图1中储氢罐容置体1的第一实施例立体图，而图4显示该储氢罐容置体1的侧视断面图。在该储氢罐容置体1中，以斜向交叉配置的斜向隔板12构成复数个水平延伸方向的承置空间13，以供承置数个水平置入的储氢罐11。

而在该储氢罐容置体1的内部邻近于后侧板处则配置有一间隔背板14，并间隔地列置有复数个储氢罐卡合座15(同时参阅图5所示的局部扩大立体图)。每一个储氢罐卡合座15包括有一结合孔151、一卡合环152、以及一对卡制槽153。而每一个储氢罐11的前端配置有一中央开孔(未示)以及一对卡制杆110。当储氢罐11水平地对准置入承置空间13中、再施以一旋转力时，可使储氢罐11前端的卡制杆110恰旋入卡制于储氢罐卡合座15的卡制槽153中，故使得储氢罐11得以通过前述的快速接头结构以快速简便的方式紧密结合于储氢罐卡合座15中，使得储氢罐11的前端的中央开孔恰对应接合于储氢罐卡合座15的结合孔151，以进行放氢或充氢的作业。

然而，精于此项技术者当可理解到，前述储氢罐11与储氢罐卡合座15的结合结构，亦有可能采用其它的方式予以结合(例如卡制杆、扣合、螺合、压合等方式)，但这些不同的结构设计，都仍应属于本发明的主要发明精神中。

此外，为了使温水槽3所供应的温水或是由冷水槽5所供应的冷水得以均匀流通于该储氢罐容置体1的各个储氢罐11表面，故该隔板12是采穿孔式的结构设计，亦即在每一个隔板12上皆开设有数个贯孔121(参阅图4所示)，通过该贯孔121可以引导水流产生紊流式对流效果，提升换热效率。

较佳地，本发明的储氢罐容置体具有保温的设计，例如在该储氢罐容置体的各侧板面、前后板面等箱体结构中，以良好的隔热材料制作或加装隔热村料。再者，在该储氢罐容置体的周围应可设置垫片防止漏水。

如图4所示，储氢罐容置体1上部可供配置氢气感测器6、分配与填充量控制单元21、排气与关闭控制单元22、流量控制单元31、511、温度控制单元32、52、放氢控制单元41、控制系统7等构件。在控制箱体前板面则可供显示装置76、电源开关与紧急手动开关75等构件的配置，以方便操作运转与安全防范。

图6显示本发明储氢罐容置体1的第二实施例立体图。在该储氢罐容置体1中，以水平方向延伸的水平隔板12a构成承置空间13a，以供承置数个水平置入的储氢罐11。而其它的结构(例如储氢罐11与储氢罐卡合座15的结合结构)则可与前述图3所示实施例的结构相同。除图5所示平行板式隔板之外，也可采用垂直板与平行板并用式隔板，以构成格状的承置空间，以供承置数个水平置入的储氢罐。

通过上述的本发明实施例说明可知，本发明所提供的储氢罐充氢及活化处理装置，确可符合批量生产需求的储氢罐处理，其采用批量式生产程序，结合控制系统，可适合工厂操作。且通过本发明的储氢罐整合处理装置可以进行储氢合金的充氢作业程序、以及储氢合金的活化作业程序，对于产业利用性方面确有其实用价值，且本发明在申请专利前，并未有相同或类似的专利或产品公开在先，故本发明业已符合于新型专利的要件。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明之保护范围当视权利要求书范围所界定者为准。

Claims (11)

1.一种储氢罐充氢及活化处理装置，其特征是：该装置包括有：

一储氢罐容置体，配置有复数个承置空间，供承置复数个置入的储氢罐，在该储氢罐容置体内部间隔地列置有复数个储氢罐卡合座，以供结合于该置入的储氢罐；

一真空泵，用以抽取储氢罐内的气体；

于充氢作业时，该储氢罐容置体经由管线路径由一氢气储存槽供应氢气源，该氢气源经由储氢罐容置体的各个储氢罐卡合座后，将氢气充填至各个储氢罐中，而于活化作业时，通过该真空泵使储氢罐抽真空、并以该充氢作业进行储氢罐充氢的连续交叉操作，使该储氢罐的储氢合金恢复活性。

2.如权利要求1所述的储氢罐充氢及活化处理装置，其特征是：该储氢罐容置体通过复数个隔板构成复数个水平方向延伸的承置空间，以供承置复数个以水平方向置入的储氢罐。

3.如权利要求2所述的储氢罐充氢及活化处理装置，其特征是：该各个隔板开设有复数个贯孔。

4.如权利要求1所述的储氢罐充氢及活化处理装置，其特征是：还包括有一冷水槽，用以供应该储氢罐于充氢作业时冷却所需的冷水。

5如权利要求1所述的储氢罐充氢及活化处理装置，其特征是：还包括有一温水槽，用以供应该储氢罐于活化作业时加热所需的温水。

6.如权利要求1所述的储氢罐充氢及活化处理装置，其特征是：该储氢罐容置体装设有至少一个温度感测器。

7.如权利要求1所述的储氢罐充氢及活化处理装置，其特征是：该氢气储存槽与储氢罐容置体之间配置有一排气与关闭控制单元。

8.如权利要求1所述的储氢罐充氢及活化处理装置，其特征是：该真空泵与储氢罐容置体之间配置有一放氢控制单元。

9.一种储氢罐充氢处理装置，其特征是：该装置包括有：

一储氢罐容置体，配置有复数个承置空间，供承置复数个置入的储氢罐，在该储氢罐容置体内部间隔地列置有复数个储氢罐卡合座，以供结合于该置入的储氢罐；

于充氢作业时，该储氢罐容置体经由管线路径由一氢气储存槽供应氢气源，该氢气源经由储氢罐容置体的各个储氢罐卡合座后，将氢气充填至各个储氢罐中。

10.如权利要求9所述的储氢罐充氢处理装置，其特征是：还包括有一冷水槽，用以供应该储氢罐于充氢作业时冷却所需的冷水。

11.如权利要求9所述的储氢罐充氢处理装置，其特征是：该氢气储存槽与储氢罐容置体之间配置有一排气与关闭控制单元。

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