CN217057140U - 一种便携式固态储氢的充放氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式固态储氢的充放氢装置，包括涉氢装置、温控系统和控制器；涉氢装置包括固态储氢瓶、充氢管路、放氢管路，充氢管路与放氢管路并联于第一两位三通电磁阀上，第一两位三通电磁阀通过主管路与固态储氢瓶连接，充氢管路与放氢管路上均设置有减压阀、第一压力传感器、第一电磁阀、质量流量控制器；温控系统包括冷却液循环管路，冷却液循环管路的主管路上设置有水泵以及与固态储氢瓶换热的换热器，冷却液循环管路包括并联的散热支路和加热支路，散热支路和加热支路并联于第二两位三通电磁阀上；本实用新型实现了固态储氢充放氢速率的自动优化，实现了在正常条件下的充放氢控制技术。

Description

一种便携式固态储氢的充放氢装置

技术领域

本实用新型涉及储氢设备技术领域，具体涉及一种便携式固态储氢的充放氢装置。

背景技术

氢能是一种理想的清洁能源，具有质量轻、储量丰富、环境友好等优点。目前，氢气的储存包括高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢几种方式。其中，固态储氢技术是利用氢气与固态储氢材料的反应来实现氢气的储存，与其他储氢方式相比，具有体积储氢密度高、压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，因此，固态储氢成为目前氢能研究最具潜力的技术路线。

以金属氢化物为代表的固态储氢材料的吸/放氢过程是化学反应过程，即吸氢时放热、放氢时吸热。当固态储氢材料吸氢放热时，若放出的热量不能及时冷却，固态储氢材料的吸氢平衡压将随之升高，致使吸氢速率下降直至停止吸氢；相反，当固态储氢材料放氢吸热时，若不能及时为固态储氢材料加热以供给所需热量，固态储氢材料的放氢平衡压将随之降低，致使放氢速率下降直至停止放氢。

发明专利申请公布号CN 102865453 A《具有自动充放氢气功能的金属氢化物储氢装置》中指出，金属氢化物储氢装置包括罐体、制冷机构和加热机构；罐体设有制冷机构和加热机构；罐体内有氢气进出通道、氢气过滤器、导热片、导热纤维和储氢合金制冷机构有制冷热管和散热翅片，制冷热管一端在罐体内与储氢合金接触，另一端在罐体外，与散热翅片相连接；加热机构有加热热管和吸热翅片，加热热管一端在罐体内与储氢合金接触，另一端在罐体外，与吸热翅片相连接。该发明具有装置简单、易于实现、所占空间小、经济耐用、适用性强、适用范围广等优点，具有自动充氢和放氢功能。

发明专利申请公布号CN 112082087 A《一种固态储氢材料自动控制吸放氢系统及方法》中指出，一种固态储氢材料自动控制吸放氢系统包括充氢管段、放氢管段和不锈钢储氢罐；所述不锈钢储氢罐包括不锈钢罐体和罐体盖，在不锈钢罐体的内部设置有多个金属筐；在罐体盖的左右两端分别设置有充氢孔和放氢孔，在罐体盖的中间位置处设置有测温孔；充氢孔通过充氢管路与氢气压缩机相连接；放氢孔连接放氢管路；在测温孔中插入有热电偶，热电偶的下部伸入中心管中；在不锈钢罐体的外侧设置有保温层，在保温层中设置有电磁加热线圈，保温层与电磁加热线圈组成具有保温功能的电磁加热套；所述氢气压缩机、热电偶分别与计算机控制装置相连接。该发明能实现对温度及氢气压力的自动控制，可适用于大多数固态储氢材料，适用范围较宽。

以上专利的通过增加复杂的加热翅片、冷水机组、或电磁加热等方式，适合在实验室条件下进行固态储氢充放氢的特性研究，能耗及部件相对来说比较复杂，不能支持在市场化条件下的工程应用。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题，提供了一种便携式固态储氢的充放氢装置，针对常温下可以进行充放氢的固态储氢产品，即在20℃～50℃进行正常放氢，10℃～30℃正常充氢的产品特性，利用散热器换热系统和PTC加热系统，并配合相关的功能部件和管路系统，实现在正常条件下的充放氢控制技术，为未来实现便携式固态储氢的充放氢产品的市场化推广提供了很好的解决方案。

本实用新型解决技术问题的技术方案为：

一种便携式固态储氢的充放氢装置，包括涉氢装置、温控系统和控制器；

所述的涉氢装置包括固态储氢瓶、充氢管路、放氢管路，所述的充氢管路与放氢管路并联于第一两位三通电磁阀上，所述的第一两位三通电磁阀通过主管路与固态储氢瓶连接，所述的充氢管路与放氢管路上均设置有减压阀、第一压力传感器、第一电磁阀、质量流量控制器；

所述的温控系统包括冷却液循环管路，所述的冷却液循环管路的主管路上设置有水泵以及与固态储氢瓶换热的换热器，所述的冷却液循环管路包括并联的散热支路和加热支路，所述的散热支路和加热支路并联于第二两位三通电磁阀上；

所述的第一两位三通电磁阀、减压阀、第一压力传感器、第一电磁阀、质量流量控制器、水泵、第二两位三通电磁阀、散热支路、加热支路分别与控制器连接。

进一步地，所述的散热支路上设置有散热器，所述的加热支路上设置有加热器。

进一步地，所述的充氢管路与放氢管路设置有一段共用管路，所述的减压阀、第一压力传感器、第一电磁阀、质量流量控制器设置于所述的共用管路上。

进一步地，所述的主管路上并联有排气管路，所述的排气管路上设置有真空泵和第二电磁阀，所述的真空泵和第二电磁阀与控制器连接。

进一步地，所述的排气管路上设置有第二压力传感器，所述的第二压力传感器与控制器连接。

进一步地，所述的充氢管路与高压氢瓶连接，所述的放氢管路与用氢设备连接。

进一步地，所述的放氢管路与用氢设备之间设置有第三电磁阀。

实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本实用新型通过控制器调控温控系统，匹配固态储氢充/放氢速率与温控系统耦合控制，实现固态储氢充放氢速率的自动优化，实现了在正常条件下的充放氢控制技术，为未来实现便携式固态储氢的充放氢产品的市场化推广提供了很好的解决方案。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型控制方法的方框示意图；

图中：

固态储氢瓶1，第一两位三通电磁阀11，主管路12，

充氢管路2，

放氢管路3，第三电磁阀31，

冷却液循环管路4，散热支路41，加热支路42，第二两位三通电磁阀43，换热器44，水泵45，散热器46，加热器47，

共用管路5，减压阀51，第一压力传感器52，第一电磁阀53，质量流量控制器54；

排气管路6，真空泵61，第二电磁阀62，第二压力传感器63。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。

一种便携式固态储氢的充放氢装置，包括涉氢装置、温控系统和控制器；

所述的涉氢装置包括固态储氢瓶1、充氢管路2、放氢管路3，所述的充氢管路2与放氢管路3并联于第一两位三通电磁阀11上，所述的第一两位三通电磁阀11通过主管路12与固态储氢瓶1连接，所述的充氢管路2与放氢管路3上均设置有减压阀51、第一压力传感器52、第一电磁阀53、质量流量控制器54；其中所述的质量流量控制器可精准检测管道内的流量、流速等数据。

所述的温控系统包括冷却液循环管路4，所述的冷却液循环管路4的主管路上设置有水泵45以及与固态储氢瓶1换热的换热器44，所述的冷却液循环管路4包括并联的散热支路41和加热支路42，所述的散热支路41和加热支路42并联于第二两位三通电磁阀43上；

所述的第一两位三通电磁阀11、减压阀51、第一压力传感器52、第一电磁阀53、质量流量控制器54、水泵45、第二两位三通电磁阀43、散热支路41、加热支路42分别与控制器连接。

所述的散热支路41上设置有散热器46，所述的加热支路42上设置有加热器47。

所述的充氢管路2与放氢管路3设置有一段共用管路5，所述的减压阀51、第一压力传感器52、第一电磁阀53、质量流量控制器54设置于所述的共用管路上，具体的，所述的减压阀51、第一压力传感器52、第一电磁阀53、质量流量控制器54按顺序依次沿管路中气体的走向排布。作为另外一种实施方式，所述的充氢管路与放氢管路不设置共用管路，则在充氢管路与放氢管路上分别设置一组减压阀51、第一压力传感器52、第一电磁阀53、质量流量控制器54。通过共用管路，节约了管路以及设备的成本。

所述的主管路12上并联有排气管路6，所述的排气管路6上设置有真空泵61和第二电磁阀62，所述的真空泵61和第二电磁阀62与控制器连接。

所述的排气管路6上设置有第二压力传感器63，所述的第二压力传感器63与控制器连接。

所述的充氢管路2与高压氢瓶连接，所述的放氢管路3与用氢设备连接。

所述的放氢管路3与用氢设备之间设置有第三电磁阀31。

如图2所示，本实用新型的工作原理：

充氢时：首先将第一两位三通电磁阀11接通充氢管路2，第一电磁阀53处于关闭状态，打开排气管路6上的第二电磁阀62，控制启动真空泵61，当第二压力传感器63检测到排气管路6、主管路12、充氢管路2的管路压力为-100kPa时，关闭第二电磁阀62与真空泵61，调节减压阀51来调整充氢管路2的管路压力，第一压力传感器52反馈管路压力在充氢压力设定范围内，则打开第一电磁阀53，氢气从高压氢瓶经过充氢管路2、主管路12进入固态储氢瓶1，同时，第二两位三通电磁阀43接通散热支路41，启动水泵45与散热器46，监控散热支路41中的冷却液温度，具体的监控冷却液温度的实施方法为在冷却液循环管路4上设置温度传感器。

协同控制质量流量控制器54、散热器46与水泵45，调节充氢速率：未达到充氢速率时，增大散热器46的功率，并且适配水泵45的功率，使在达到目标充氢速率的同时减少能耗。累计氢气量接近固态储氢瓶1的充装上限且质量流量控制器54采样值在1min内持续不大于1SLPM则停止充氢；充氢过程中如在10min内质量流量控制器54采样值持续不大于1SLPM，则停止充氢。

放氢时：第一两位三通电磁阀11接通放氢管路3，调节减压阀51使放氢管路3的管路压力至目标放氢压力，第一压力传感器52反馈管路压力为目标压力时，则开启第一电磁阀53与第三电磁阀31，固态储氢瓶1中的氢气通过主管路、放氢管路3进入用氢设备。同时，第二两位三通电磁阀43接通加热支路42，启动加热器47与水泵45，监控加热支路42中的冷却液温度。

协同控制质量流量控制器54、加热器47与水泵45，调节充氢速率：未达到目标放氢速率时，增大加热器47的功率，并适配水泵45的功率，使在达到目标放氢速率的同时减少能耗。累积放氢的氢气量接近放氢上限且质量流量控制器54采样值在1min内持续不大于设定放氢流量则停止放氢。

上述虽然结合附图对实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种便携式固态储氢的充放氢装置，其特征在于，包括涉氢装置、温控系统和控制器；

所述的涉氢装置包括固态储氢瓶(1)、充氢管路(2)、放氢管路(3)，所述的充氢管路(2)与放氢管路(3)并联于第一两位三通电磁阀(11)上，所述的第一两位三通电磁阀(11)通过主管路(12)与固态储氢瓶(1)连接，所述的充氢管路(2)与放氢管路(3)上均设置有减压阀(51)、第一压力传感器(52)、第一电磁阀(53)、质量流量控制器(54)；

所述的温控系统包括冷却液循环管路(4)，所述的冷却液循环管路(4)的主管路上设置有水泵(45)以及与固态储氢瓶(1)换热的换热器(44)，所述的冷却液循环管路(4)包括并联的散热支路(41)和加热支路(42)，所述的散热支路(41)和加热支路(42)并联于第二两位三通电磁阀(43)上；

所述的第一两位三通电磁阀(11)、减压阀(51)、第一压力传感器(52)、第一电磁阀(53)、质量流量控制器(54)、水泵(45)、第二两位三通电磁阀(43)、散热支路(41)、加热支路(42)分别与控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种便携式固态储氢的充放氢装置，其特征在于，所述的散热支路(41)上设置有散热器(46)，所述的加热支路(42)上设置有加热器(47)。

3.如权利要求1所述的一种便携式固态储氢的充放氢装置，其特征在于，所述的充氢管路(2)与放氢管路(3)设置有一段共用管路(5)，所述的减压阀(51)、第一压力传感器(52)、第一电磁阀(53)、质量流量控制器(54)设置于所述的共用管路上。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种便携式固态储氢的充放氢装置，其特征在于，所述的主管路(12)上并联有排气管路(6)，所述的排气管路(6)上设置有真空泵(61)和第二电磁阀(62)，所述的真空泵(61)和第二电磁阀(62)与控制器连接。

5.如权利要求4所述的一种便携式固态储氢的充放氢装置，其特征在于，所述的排气管路(6)上设置有第二压力传感器(63)，所述的第二压力传感器(63)与控制器连接。

6.如权利要求1-3任一项所述的一种便携式固态储氢的充放氢装置，其特征在于，所述的充氢管路(2)与高压氢瓶连接，所述的放氢管路(3)与用氢设备连接。

7.如权利要求6所述的一种便携式固态储氢的充放氢装置，其特征在于，所述的放氢管路(3)与用氢设备之间设置有第三电磁阀(31)。

Images