CN210897481U - 一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，其特征在于，包括燃料电池、合金储氢设备、用于给燃料电池降温及合金储氢设备加热的制冷系统、导热介质；所述合金储氢设备通过供氢管道连接燃料电池，制冷系统通过导热介质分别连接燃料电池、合金储氢设备。本实用新型的有益效果：通过制冷系统的热端通过导热介质给因释放氢气而温度降低的合金储氢设备加热保温，而冷端则通过导热介质给因进行电化学反应而温度升高的氢燃料电池散热降温，实现热量之间的均衡调节，对合金储氢设备的温度进行调节，进而调节储氢合金的吸氢和放氢速率，减小对氢燃料电池的实际输出功率的影响。

Description

一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置

技术领域

本实用新型涉及一种氢燃料电池系统与合金储氢技术领域，尤其涉及的是一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置。

背景技术

氢，普遍被认为是人类最理想的清洁的高密度能源，燃烧时只产生水而没有污染物，对环境保护有利。但要实现氢能源体系，氢的贮存问题首先要顺利解决，其中，合金储氢就是一种极其简便易行的理想储氢方法，采用储氢合金来储氢，不仅具有储氢量大、能耗低，工作压力低、使用方便的特点，而且可免去庞大的钢制容器，储氢材料具有上述特性，用它储运氢气既轻便又安全，不仅无爆炸危险，还有可贮存时间长又无损耗等优点。

由于储氢合金具有在吸氢化学反应时放出大量热，而在放氢时吸收大量热的特性，随着温度的升高或者降低，会有效降低储氢合金的吸氢和放氢速率，特别是放氢速率的降低，直接影响到氢燃料电池的实际输出功率。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中合金储氢设备的吸氢和放氢速率较低的问题。

本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，包括燃料电池、合金储氢设备、用于给燃料电池降温及合金储氢设备加热的制冷系统、导热介质；所述合金储氢设备通过供氢管道连接燃料电池，制冷系统通过导热介质分别连接燃料电池、合金储氢设备。

本实用新型通过制冷系统的热端通过导热介质给因释放氢气而温度降低的合金储氢设备加热保温，而冷端则通过导热介质给因进行电化学反应而温度升高的氢燃料电池散热降温，实现热量之间的均衡调节，对合金储氢设备的温度进行调节，进而调节储氢合金的吸氢和放氢速率，减小对氢燃料电池的实际输出功率的影响。

优选的，还包括压力传感器、控制器，所述压力传感器设置于所述合金储氢设备的出口处，压力传感器均连接控制器，控制器连接制冷系统。

优选的，还包括温度检测模块，温度检测模块包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器安装在燃料电池，第二温度传感器安装在合金储氢设备，第一温度传感器和第二温度传感器均与控制器连接。

优选的，所述制冷系统包括蒸发器、压缩机、节流元件和冷凝器，所述冷凝器的一端通过节流元件与蒸发器的一端连接，所述蒸发器的另一端通过压缩机与冷凝器的另一端连接，所述蒸发器通过导热介质与燃料电池连接，所述冷凝器通过导热介质与合金储氢设备连接，所述压缩机连接控制器。

本实用新型通过压力传感器检测合金储氢设备的压力并反馈给控制器，控制器根据合金储氢设备的温度及压力计算出相对应的储氢量，不同温度下储氢量的差值即为合金储氢设备能够释放的氢气量，再结合氢燃料电池的温度可以计算出合金储氢设备在某一稳定氢气供应流速下所需热量，进而计算出压缩制冷系统需提供的流量，再通过控制器控制压缩制冷系统的输出功率，从而使合金储氢设备和氢燃料电池均保持在合适的温度区间以达到最佳的工作效率。

优选的，所述冷凝器远离导热介质的一侧还设有散热装置。

优选的，所述蒸发器与燃料电池之间的导热介质为热管，该热管上设置有导热硅脂层。

优选的，所述冷凝器与合金储氢设备的导热介质为散热翅片。

优选的，所述燃料电池的底部还设置有排水管，燃料电池的一侧还设置有供空气进入的进气管。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型通过制冷系统的热端通过导热介质给因释放氢气而温度降低的合金储氢设备加热保温，而冷端则通过导热介质给因进行电化学反应而温度升高的氢燃料电池散热降温，实现热量之间的均衡调节，对合金储氢设备的温度进行调节，进而调节储氢合金的吸氢和放氢速率，减小对氢燃料电池的实际输出功率的影响；

(2)本实用新型通过压力传感器检测合金储氢设备的压力并反馈给控制器，控制器根据合金储氢设备的温度及压力计算出相对应的储氢量，不同温度下储氢量的差值即为合金储氢设备能够释放的氢气量，再结合氢燃料电池的温度可以计算出合金储氢设备在某一稳定氢气供应流速下所需热量，进而计算出压缩制冷系统需提供的流量，再通过控制器控制压缩制冷系统的输出功率，从而使合金储氢设备和氢燃料电池均保持在合适的温度区间以达到最佳的工作效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中的调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二中的调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置的结构示意图；

图中标号：燃料电池1、排水管11、进气管12、第一温度传感器13、合金储氢设备2、压力传感器21、第二温度传感器22、导热介质3、制冷系统4、蒸发器41、压缩机42、节流元件43、冷凝器44、散热装置45、控制器5、供氢管道6。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，包括燃料电池1、合金储氢设备2、导热介质3、用于给燃料电池降温及合金储氢设备加热的制冷系统4、压力传感器21、控制器5、供氢管道6、温度检测模块；所述合金储氢设备2通过供氢管道6连接燃料电池1，制冷系统通过导热介质3分别连接燃料电池1、合金储氢设备2；通过制冷系统4的热端通过导热介质3给因释放氢气而温度降低的合金储氢设备2加热保温，而冷端则通过导热介质3给因进行电化学反应而温度升高的氢燃料电池散热降温。

所述燃料电池1的底部还设置有排水管11，使氢燃料电池1在正常运转中产生的水经所述排水管11排出，燃料电池1的一侧还设置有供空气进入的进气管12，使空气能进入氢燃料电池1中，空气中的氧与氢气发生反应可产生持续电流，以供设备(如汽车等)使用，作为该设备的能源，顶部连接供氢管道6。

其中，温度检测模块包括第一温度传感器13和第二温度传感器22，第一温度传感器13安装在燃料电池1的顶部，第二温度传感器22安装在合金储氢设备2的顶部，第一温度传感器13和第二温度传感器22均与控制器5连接。

所述压力传感器21设置于所述合金储氢设备2的出口处，压力传感器21均连接控制器5，控制器5连接制冷系统4。

所述制冷系统4包括蒸发器41、压缩机42、节流元件43和冷凝器44，所述冷凝器44的一端通过节流元件43与蒸发器41的一端连接，所述蒸发器41的另一端通过压缩机42与冷凝器44的另一端连接，所述蒸发器41通过导热介质3与燃料电池1连接，所述冷凝器44通过导热介质3与合金储氢设备2连接，所述压缩机42连接控制器5。所述冷凝器44的液体经节流元件43转换为气体进入蒸发器41中，给氢燃料电池1降温，蒸发器41输出的高温气体经压缩机42压缩为液体流回冷凝器44中，给合金储氢设备2加热。并通过温度检测模块将合金储氢设备2和氢燃料电池1的温度的变化随时反馈给控制器5，所述控制器5通过调节压缩机42的输入电流强弱来控制压缩制冷系统4的流量，从而使合金储氢设备2和氢燃料电池1保持在合适的温度区间以达到最佳的工作效率。

所述制冷系统4可为单级压缩制冷系统、多级压缩制冷系统或复叠式压缩制冷系统等各种类型。本实施例中，选用为单级蒸汽压缩制冷系统，其成本低，且便于控制。

本实施例中所述合金储氢设备2和氢燃料电池1的温度的变化通过温度检测模块随时反馈给控制器5，再通过压力传感器21检测合金储氢设备2的压力并反馈给控制器5，控制器5根据合金储氢设备2的温度及压力计算出相对应的储氢量，不同温度下储氢量的差值即为合金储氢设备2能够释放的氢气量，再结合燃料电池1的温度可以计算出合金储氢设备2在某一稳定氢气供应流速下所需热量，进而计算出制冷系统4需提供的流量，再通过控制器5控制制冷系统4的输出功率，对合金储氢设备2的温度进行调节，进而调节合金储氢设备2的吸氢和放氢速率，减小对氢燃料电池的实际输出功率的影响，从而使合金储氢设备2和燃料电池1均保持在合适的温度区间以达到最佳的工作效率。

当调节合金储氢设备1的氢气释放速率的装置开始工作时，所述氢燃料电池1因进行电化学反应而温度升高，所述合金储氢设备2则因释放氢气而导致温度降低，上述温度变化分别经所述第一温度传感器13和第二温度传感器22采集并反馈给控制器5，同时，经所述压力传感器21检测到合金储氢设备2的压力变化并反馈给控制器5，由控制器5收到信号后启动制冷系统4。

此时，测量合金储氢设备2的温度T(℃)，氢气压力P(Pa)，所需要的氢气流量V(L/s)，合金储氢器中合金粉的质量m(Kg)。合金储氢器的目标温度Tm(℃)。监测时间间隔t(s)。

根据下式可计算出对应的合金储氢器的目标储氢质量百分比H(Tm,P)，

其中,H(T,P)表示在温度为T、压力为P时，合金对应的储氢质量百分比，H(Tm,P)表示在温度为Tm、压力为P时，合金对应的储氢质量百分比。

需要说明的是：该储氢质量百分比与温度T、压力P的曲线关系由储氢合金粉的性能决定，需提前测量，本领域技术人员根据实验获得该曲线关系。

根据目标储氢质量百分比H(Tm,P)、压力P、及提前测好的曲线获得相应的目标温度Tm，该目标温度为合金储氢设备最佳工作状态下的温度。

储氢合金的热容为C(J/K)，则：相对应的所需要的热量Q(J)：

Q＝C(T-Tm)

根据单级制冷机选型方法，压缩机制冷的效率η，工质性能(即热传导系数λ)，燃料电池温度Tr，合金出口温度T、等参数计算出压缩机的流量G，如下：

并通过所选的压缩机的电流及流量关系公式或图表(可根据试验绘制)，计算出压缩机的电流大小，从而控制制冷系统4的工作状态，来调节合金储氢设备的氢气释放速率。

实施例二：

如图2所示，所述冷凝器44远离导热介质的一侧还设有散热装置45。

散热装置45为散热扇，利用散热扇强制使空气流过冷凝器44的外表，以达到使冷凝器44散热的目的。

其中，所述蒸发器41与氢燃料电池1之间的导热介质3为热管，其具有导热效率高、温度可调性、热阻小、传热快、传热量大等特点。进一步的，所述热管上设置有导热硅脂层，以增强热管的导热性。

所述冷凝器44与合金储氢设备2的导热介质3为散热翅片，其具有良好的传热性能、稳定、空气通过阻力小等特点，使冷凝器44的热量能传导至合金储氢设备2，给合金储氢设备2加热。同时，散热翅片更符合冷凝器44的散热特点，其散热效果更好。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，其特征在于，包括燃料电池、合金储氢设备、用于给燃料电池降温及合金储氢设备加热的制冷系统、导热介质；所述合金储氢设备通过供氢管道连接燃料电池，制冷系统通过导热介质分别连接燃料电池、合金储氢设备；

还包括压力传感器、控制器，所述压力传感器设置于所述合金储氢设备的出口处，压力传感器均连接控制器，控制器连接制冷系统。

2.根据权利要求1所述的一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，其特征在于，还包括温度检测模块，温度检测模块包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器安装在燃料电池，第二温度传感器安装在合金储氢设备，第一温度传感器和第二温度传感器均与控制器连接。

3.根据权利要求1所述的一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，其特征在于，所述制冷系统包括蒸发器、压缩机、节流元件和冷凝器，所述冷凝器的一端通过节流元件与蒸发器的一端连接，所述蒸发器的另一端通过压缩机与冷凝器的另一端连接，所述蒸发器通过导热介质与燃料电池连接，所述冷凝器通过导热介质与合金储氢设备连接，所述压缩机连接控制器。

4.根据权利要求3所述的一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，其特征在于，所述冷凝器远离导热介质的一侧还设有散热装置。

5.根据权利要求3所述的一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，其特征在于，所述蒸发器与燃料电池之间的导热介质为热管，该热管上设置有导热硅脂层。

6.根据权利要求3所述的一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，其特征在于，所述冷凝器与合金储氢设备的导热介质为散热翅片。

7.根据权利要求1所述的一种调节合金储氢设备的氢气释放速率的装置，其特征在于，所述燃料电池的底部还设置有排水管，燃料电池的一侧还设置有供空气进入的进气管。

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