CN213452867U - 一种固态合金储氢瓶及储氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固态合金储氢瓶及储氢系统，包括有贮氢合金泡沫板、罐体、封头、注水管开关球阀、出水管逆止阀、注水管、出水管、气管、气管球阀和安全阀；所述罐体外上部设有封头；所述罐体内部叠放填充有贮氢合金泡沫板；所述贮氢合金泡沫板上设有圆形通孔，各个贮氢合金泡沫板的圆形通孔上下对应设置，形成反应通道、气管通道和水管通道；所述水管通道最少为两个，所述注水管穿过一个或一部分水管通道，所述出水管穿过另一个或另外一部分水管通道；所述注水管和出水管在罐体的内下部连通；所述气管穿过气管通道。本固态合金储氢瓶能够提供氢气与合金反应结合的条件，辅助提高储氢性能；具有单位面积储氢量大、结构简单、安全可靠、耗能低等特点。

Description

一种固态合金储氢瓶及储氢系统

技术领域

本实用新型涉及一种储氢瓶，尤其是一种固态合金储氢瓶及储氢系统。

背景技术

随着人们对能源和环保意识的增强，越来越清楚地认识到开发清洁能源和有效利用能源的重要性。氢具有资源丰富、可再生的优点，且氢燃烧后的唯一产物是H20，故氢是一种具有光明前景的清洁燃料。氢能高效率地转化为电能，用作燃料电池发电效率可高达80％，是火力发电的2倍多；也可用于氢能飞机，氢能汽车。氢来源非常广泛，可通过电解水，石油、天然气、煤等化石燃料制取，也可由常规燃料醇、烃类制得，也可以由生物质制取(如，细菌制氢、发酵制氢等)。但氢气的储存存在较大的问题，第一，所有元素中氢的重量最轻，在标准状态下，它的密度为0.0899g/L，为水的密度的万分之一。在-252.7℃时，可变成为液体，密度为70g/L，仅为水的十五分之一。第二，作为元素周期表上的第一号元素,氢的原子半径非常小，氢气能穿过大部分肉眼看不到的微孔。不仅如此，在高温、高压下，氢气甚至可以穿过很厚的钢板。三，氢气非常活泼，稳定性极差，泄漏后易发生燃烧和爆炸。氢气的爆炸极限：4.0～74.2％(氢气的体积占混合气总质量比)。由于氢气上述不稳定特性，进行氢气存储时，储氢瓶的选择就显得尤为重要。传统的高压气态储氢、低温液态储氢都对储氢设备提出了严格要求，高压气态储氢由于存在氢气泄漏和容器爆破等不安因素，需要耐压容器壁，而且储量小、耗能大；低温液态储氢需要储氢设备完全隔热，故需要隔热容器壁，而且耗能高。综上所述，上述方案在储氢设备方面要求复杂，单位面积储氢量小，危险系数高等特点。现有的固态合金储氢瓶虽然具有体积储氢密度高、不需要高压容器和隔热容器、安全性好、无爆炸危险、氢气纯度高、操作简便等特点。缺点也很明显，化学储氢存在吸氢温度高、动力学差、可逆性差等缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种提供氢气与合金反应结合的条件，辅助提高储氢性能且单位面积储氢量大、结构简单、安全稳定、耗能低的固态合金储氢瓶。本发明还提供了一种固态合金储氢系统。

为解决上述技术问题，本固态合金储氢瓶包括有贮氢合金泡沫板、罐体、封头、注水管开关球阀、出水管逆止阀、注水管、出水管、气管、气管球阀和安全阀；所述罐体外上部设有封头；所述罐体内部叠放填充有贮氢合金泡沫板；所述贮氢合金泡沫板上设有圆形通孔，各个贮氢合金泡沫板的圆形通孔上下对应设置，形成反应通道、气管通道和水管通道；所述水管通道最少为两个，所述注水管穿过一个或一部分水管通道，所述出水管穿过另一个或另外一部分水管通道；所述注水管和出水管在罐体的内下部连通；所述气管穿过气管通道。

上述的固态合金储氢瓶，还包括有保持架；所述保持架位于罐体内部并将贮氢合金泡沫板分隔为若干层。

上述的固态合金储氢瓶，所述气管的侧壁开有贯通的接触孔。

上述的固态合金储氢瓶，所述贮氢合金泡沫板的圆形通孔包括反应孔、气管孔洞和水管孔洞；所述贮氢合金泡沫板在堆叠时，各个反应孔、气管孔洞和水管孔洞上下对应设置从而形成反应通道、气管通道和水管通道。

一种固态合金储氢系统，包括固态合金储氢瓶，还包括制氢设备、气包、第一控制模块、第二控制模块、冷水箱、热水箱、压力传感器、用户端、控制器PLC和显示器；所述制氢设备经过气包后与固态合金储氢瓶的气管连通；所述气包还与用户端连通；所述压力传感器设在固态合金储氢瓶内部；所述第一控制模块一端与出水管连通，另一端与冷水箱、热水箱选择性连通；所述第二控制模块一端与注水管连通，另一端与冷水箱、热水箱选择性连通；所述控制器PLC的P1.0接口与压力传感器连接，P2.2接口与第一控制模块连接，P2.1 接口与第二控制模块连接，P2.0接口与显示器连接；

上述的固态合金储氢系统，所述显示器上设有加热按钮和冷却按钮。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本固态合金储氢瓶中贮氢合金泡沫板22水平叠放的方式能够实现放置最多的贮氢合金泡沫板22，且气管、注水管和出水管能够与每一块贮氢合金泡沫板充分接触，使得贮氢合金泡沫板能够储存尽可能多的氢气，注水管与出水管提供的贮氢合金泡沫板储存氢气的反应条件。所述气管进口采用气管球阀和安全阀的双层阀保障，能够满足高压力下氢气的气密性，并使得气瓶使用寿命更长。本固态合金储氢瓶能够提供氢气与合金反应结合的条件，辅助提高储氢性能；具有单位面积储氢量大、结构简单、安全可靠、耗能低等特点。

本储氢系统能够结合压力传感器的数据，利用PLC对氢气存储和氢气释放过程及时检测，并利用第一控制模块、第二控制模块和显示器对氢气存储和氢气释放及时的显示和控制，从而实现氢气存储的快速存储和释放。有力提高氢气的供应，为用户端的氢气供应提供充足的氢气。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是贮氢合金泡沫板的结构示意图；

图2是固态合金储氢瓶的结构示意图；

图3是图2中A部的结构示意图；

图4是储氢系统的结构示意图；

图5是储氢系统的电原理图。

图中各标号表示为：1、反应孔，2、气管孔洞，3、水管孔洞，4、安全阀， 5、出水管逆止阀，6、封头，7、注水管，8、气管，9、出水管，10、注水管开关球阀，11、气管球阀，12、用户端，13、气包，14、制氢设备，15、第二控制模块，16、热水箱，17、冷水箱，18、第一控制模块，19、压力传感器，20、显示器，21、保持架，22、贮氢合金泡沫板，23、接触孔，PLC、控制器。

具体实施方式

本固态合金储氢瓶包括贮氢合金泡沫板22、罐体、封头6、注水管开关球阀10、出水管逆止阀5、保持架21、注水管7、出水管9、气管8、气管球阀11 和安全阀4。所述贮氢合金泡沫板22为方便生产流水作业，做成圆板状，并开有圆形的通孔；所述通孔包括反应孔1、气管孔洞2和水管孔洞3；所述气管孔洞2位于贮氢合金泡沫板的中部；所述水管孔洞3至少有两个，分布设置在贮氢合金泡沫板上，如图1所示为4个；所述反应孔1为若干个，分布设置在贮氢合金泡沫板上，如图1所示为8个。所述水管孔洞3用于穿过注水管、出水管，通过控制所流通的水的温度来控制贮氢合金泡沫板的温度，使得贮氢合金泡沫板22的环境温度由5℃到98℃之间变化。所述罐体为6061铝合金材质且内层镀镍，由于镍有很强的钝化能力，能在表面形成钝化膜抵抗氢气的腐蚀，有效抑制了铝合金的氢脆现象。所述罐体外层缠绕碳纤维和玻璃纤维并浸涂环氧树脂，这样可以为罐体提供抗冲击保护。所述罐体为上部开口的圆筒状，在罐体开口上设有封头6。所述封头6与罐体采用法兰结构进行连接，连接处采用O型密封圈密封；这样能够有效保证罐体上部的密封性，使得氢气与外部介质充分隔离。所述罐体内部设有若干个保持架21，保持架21为平板状，且自上而下水平依次设置。所述贮氢合金泡沫板22叠放在各个保持架21的上部，从而将罐体内部填充。所述保持架21为全铝合金材质保持架，将叠放的贮氢合金泡沫板22分隔成若干个单元，可以防止贮氢合金泡沫板22因堆叠过多则造成的粘连，并且能为水管的热传递提供传导的作用。所述贮氢合金泡沫板22在堆叠时，各个通孔上下对应设置；从而形成反应通道、气管通道和水管通道。所述封头6从外向内穿入有一个注水管7、一个出水管9和一个气管8。所述注水管7穿入罐体内部后分支为分注水管道，分注水管道向下穿过一半的水管通道；所述出水管9穿入罐体内部后分支为分出水管道，分出水管道穿过另一半的水管通道；所述分注水管道和分出水管道在罐体的内下部连通；这样就形成水从注水管7 进入再从出水管9流出的温控通路。所述气管8向下穿过气管通道，且为开口设计；所述气管8的侧壁开有贯通的接触孔23；这样氢气即可通过气管8进入罐体，在气管内流通过程中，氢气通过接触孔23与贮氢合金泡沫板22接触并被吸收；所述氢气从气管8下端开口流出后，向上进入并充满反应通道，能够保证氢气和贮氢合金泡沫板22能够完全接触，以有效地提升贮氢合金泡沫板22 吸收氢气的速度。采用上述结构后，贮氢合金泡沫板22水平多层放置的方式能够实现放置最多的贮氢合金泡沫板22，且水管与贮氢合金泡沫板22接触面积尽可能的大，增快了氢气的存储量。所述注水管开关球阀10设置在注水管7的进水端，出水管逆止阀5设置在出水管9的出水端，注水管7和出水管9的所有接头都采用双锥形套密封，能够保证水管的密封性能良好。所述气管8进口安装有气管球阀11和安全阀4；采用双层阀保障，能够满足10MPa工作压力下氢气的气密性，并使得气瓶使用寿命更长。

采用固态合金储氢瓶的储氢系统包括所述的固态合金储氢瓶，还包括制氢设备14、气包13、第一控制模块18、第二控制模块15、冷水箱17、热水箱16、压力传感器19、用户端12、控制器PLC和显示器20。所述制氢设备14经过气包13后与固态合金储氢瓶的气管8连通。所述气包13还与用户端12连通。所述压力传感器19设在固态合金储氢瓶内部。所述第一控制模块18一端与出水管9连通，另一端与冷水箱17、热水箱16选择性连通。所述第二控制模块15 一端与注水管7连通，另一端与与冷水箱17、热水箱16选择性连通。所述控制器PLC的P1.0接口与压力传感器19连接，P2.2接口与第一控制模块18连接， P2.1接口与第二控制模块15连接，P2.0接口与显示器连接。所述显示器上有两个按钮：加热按钮和冷却按钮。

采用本固态合金储氢瓶的储氢系统的工作过程，如下所述：

a、系统初始化，压力传感器19检测压力数据，将压力数据输入到控制器 PLC，控制器PLC控制显示器20将其显示。若能量为充满，则显示器20显示“已充满”则执行步骤b。若能量为不足，则显示器20显示“补充能量”则执行步骤c。

b、切断制氢设备14与气包13的连接，打开气管球阀11，按下加热按钮，第一控制模块18将热水箱16与出水管9连通、第二控制模块15将热水箱16 与注水管7连通。贮氢合金泡沫板22受热释放氢气，显示器20显示“使用中”。

c、切断用户端12与气包13的连接，接通制氢设备14和气包13的连接口，按下降温按钮，第一控制模块18将冷水箱17与出水管9连通、第二控制模块 15将冷水箱17与注水管7连通。贮氢合金泡沫板22受冷吸收氢气，显示器20 显示“充气中”。

Claims (6)

1.一种固态合金储氢瓶，其特征在于：包括有贮氢合金泡沫板(22)、罐体、封头(6)、注水管开关球阀(10)、出水管逆止阀(5)、注水管(7)、出水管(9)、气管(8)、气管球阀(11)和安全阀(4)；所述罐体外上部设有封头(6)；所述罐体内部叠放填充有贮氢合金泡沫板(22)；所述贮氢合金泡沫板(22)上设有圆形通孔，各个贮氢合金泡沫板(22)的圆形通孔上下对应设置，形成反应通道、气管通道和水管通道；所述水管通道最少为两个，所述注水管(7)穿过一个或一部分水管通道，所述出水管(9)穿过另一个或另外一部分水管通道；所述注水管(7)和出水管(9)在罐体的内下部连通；所述气管(8)穿过气管通道。

2.根据权利要求1所述的固态合金储氢瓶，其特征在于：还包括有保持架(21)；所述保持架(21)位于罐体内部并将贮氢合金泡沫板(22)分隔为若干层。

3.根据权利要求1所述的固态合金储氢瓶，其特征在于：所述气管(8)的侧壁开有贯通的接触孔(23)。

4.根据权利要求1、2或3所述的固态合金储氢瓶，其特征在于：所述贮氢合金泡沫板(22)的圆形通孔包括反应孔(1)、气管孔洞(2)和水管孔洞(3)；所述贮氢合金泡沫板(22)在堆叠时，各个反应孔(1)、气管孔洞(2)和水管孔洞(3)上下对应设置从而形成反应通道、气管通道和水管通道。

5.一种固态合金储氢系统，采用权利要求1-4任意一项所述的固态合金储氢瓶，其特征在于：还包括制氢设备(14)、气包(13)、第一控制模块(18)、第二控制模块(15)、冷水箱(17)、热水箱(16)、压力传感器(19)、用户端(12)、控制器PLC和显示器(20)；所述制氢设备(14)经过气包(13)后与固态合金储氢瓶的气管(8)连通；所述气包(13)还与用户端(12)连通；所述压力传感器(19)设在固态合金储氢瓶内部；所述第一控制模块(18)一端与出水管(9)连通，另一端与冷水箱(17)、热水箱(16)选择性连通；所述第二控制模块(15)一端与注水管(7)连通，另一端与冷水箱(17)、热水箱(16)选择性连通；所述控制器PLC的P1.0接口与压力传感器(19)连接，P2.2接口与第一控制模块(18)连接，P2.1接口与第二控制模块(15)连接，P2.0接口与显示器连接。

6.根据权利要求5所述的固态合金储氢系统，其特征在于：所述显示器上设有加热按钮和冷却按钮。

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