CN220540877U - 太阳能镁基固态储/放氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及固态储氢的技术领域，尤其是公开了太阳能镁基固态储/放氢系统，包括填充有镁基储氢材料的储氢罐，储氢罐内穿设有两端能够伸出储氢罐的引导管，储氢罐的罐体上设有通向镁基储氢材料的进氢口与出氢口，储氢罐上连接有储氢系统或放氢系统。本实用新型通过利用高温氢气余热的方式，能够有效缓解现有技术中储放氢成本高、能源浪费的问题。

Description

太阳能镁基固态储/放氢系统

技术领域

本实用新型涉及固态储氢的技术领域，特别是指一种太阳能镁基固态储/放氢系统。

背景技术

镁基储氢材料以其理论储氢密度高、吸放氢可逆性良好、资源丰富、成本低廉和无毒的优点受到广泛关注。但是由于Mg-H键的热力学稳定性过高，导致镁基储氢材料在进行氢气的吸收与释放时都吸需要达到比较高的温度才能够 进行，因此需要在储氢设备中添加加热装置。

目前用于储氢设备的主流加热装置一般都存在加热耗能大，加热速率慢，成本过高等问题，进而限制了固态储氢的发展；同时，在对储存了氢气的镁基储氢材料进行热解时，产生的氢气内含有大量的热，这部分热量往往容易被忽视，进而造成能源的浪费。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种太阳能镁基固态储/放氢系统，能够缓解现有技术中储放氢成本高、能源浪费的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

太阳能镁基固态储/放氢系统，包括填充有镁基储氢材料的储氢罐，储氢罐内穿设有两端能够伸出储氢罐的引导管，储氢罐的罐体上设有通向镁基储氢材料的进氢口与出氢口，储氢罐上连接有储氢系统或放氢系统。

进一步的，所述储氢系统包括与外氢气源连通的热交换器，热交换器的进气口通过输氢管与外氢气源连接，出气口通过管路与所述储氢罐的进氢口连接，热交换器上还连接有为热交换器提供热介质的供热系统。

进一步的，所述供热系统包括并联设置的太阳能集热装置和熔盐加热器，太阳能集热装置的集热管的两端分别通过三通阀Ⅰ和三通阀Ⅱ与熔盐加热器连通，三通阀Ⅰ通过低温熔盐蓄热罐与热交换器的介质出口连通，三通阀Ⅱ通过高温熔盐蓄热罐与热交换器的介质入口连通。

进一步的，所述高温熔盐蓄热罐与所述热交换器之间的管路上沿介质流动方向依次设有熔盐泵Ⅰ和熔盐阀Ⅰ，所述低温熔盐蓄热罐与三通阀Ⅰ之间的管路上沿介质的流动方向依次设有熔盐泵Ⅱ和熔盐阀Ⅱ。

进一步的，所述氢气供应源与所述热交换器之间的输氢管上设有三通阀Ⅲ，所述热交换器与储氢罐之间的管路上沿氢气的流动方向依次设有温度传感器Ⅰ和氢气阀Ⅰ。

进一步的，储氢罐的出氢口连接有三通阀Ⅳ，三通阀Ⅳ与三通阀Ⅲ之间连接有氢气回流管，氢气回流管上设有用于将从三通阀Ⅳ流出的氢气送回热交换器的循环泵。

进一步的，所述放氢系统包括通过管路与所述储氢罐内的引导管连接的储油罐，储油罐内填充有导热油，储油罐（）通过管路连接有蓄热罐，蓄热罐通过管路连接有电加热器，电加热器的输出端通过管路与储氢罐内引导管的另一端连接。

进一步的，所述储油罐与所述储氢罐之间的管路上设有导热油阀Ⅲ，储油罐与所述蓄热罐之间的管路上，沿导热油的流动方向依次设有循环油泵、流量计和导热油阀Ⅰ，所述电加热器与所述储氢罐之间的管路上沿导热油的流动方向依次设有温度传感器Ⅱ和导热油阀Ⅱ。

进一步的，所述蓄热罐内设有热交换管Ⅰ和热交换管Ⅱ，热交换管Ⅰ和热交换管Ⅱ的两端分别伸出蓄热罐，蓄热罐的罐壁与热交换管Ⅰ、热交换管Ⅱ之间的空腔内填充有熔盐蓄热介质，热交换管的两端分别与所述导热油阀Ⅰ、所述电加热器连通。

进一步的，所述储氢罐的出氢口通过管路与所述热交换管Ⅱ的一端连接，储氢罐与热交换管Ⅱ之间的管路上设有用于控制储氢罐出氢的氢气阀Ⅱ。

本实用新型的有益技术效果在于，储氢系统中的供热系统能够对流通于热交换器内的熔盐介质进行加热，使得穿过热交换器的氢气被加热，被加热后的高温氢气通入储氢罐内，储氢罐内的镁基固态储氢材料被加热，当镁基固态储氢材料被加热到能够吸收氢气的时候，即能够实现对氢气的储存，当天气不好，供热系统无法通过太阳能对熔盐介质进行加热时，通过熔盐加热器同样可以实现对熔盐介质的加热，同样能够实现对氢气的加热。

放氢系统中，储油罐内的导热油起到传递热量的作用，循环油泵能够将导热油从储油罐内输送至电加热器，电加热器对导热油加热后，导热油被通入储氢罐的引导管内，进而实现对储氢罐内镁基储氢材料的加热，当加热到镁基储氢材料的热解温度时，镁基储氢材料释放高温氢气，高温氢气再通过管路流至蓄热罐内的热交换管Ⅱ内，高温氢气能够为蓄热罐内的熔盐蓄热介质供热，使得高温氢气所携带的热量得以被利用，减少了电加热器的能耗，减小了能源的浪费，提高了能源利用率，进而使得储放氢成本更低，能够极大的缓解现有技术中所存在的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型储氢系统的整体流程结构示意图；

图2为本实用新型放氢系统的整体流程结构示意图；

图3为储氢罐的结构示意图。

图中，1、储氢罐；11、引导管；2、热交换器；31、输氢管；32、三通阀Ⅲ；33、氢气阀Ⅰ；34、温度传感器Ⅰ；41、太阳能集热装置；42、熔盐加热器；43、高温熔盐蓄热罐；44、低温熔盐蓄热罐；51、三通阀Ⅰ；52、三通阀Ⅱ；53、熔盐泵Ⅰ；54、熔盐阀Ⅰ；55、熔盐泵Ⅱ；56、熔盐阀Ⅱ；61、储油罐；62、循环油泵；63、蓄热罐；64、热交换管Ⅰ；65、热交换管Ⅱ；71、导热油阀Ⅲ；72、流量计；73、导热油阀Ⅰ；74、电加热器；75、温度传感器Ⅱ；76、导热油阀Ⅱ；8、氢气阀Ⅱ；91、三通阀Ⅳ；92、氢气回流管；93、循环泵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，所描述的实施例仅仅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付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。

实施例1：

参照图1和图3，太阳能镁基固态储/放氢系统，包括填充有镁基储氢材料材料的储氢罐1，具体的，储氢罐1内穿设有两端能够伸出储氢罐1的引导管11，引导管11可优选为铜制的螺旋形管道，更有利于热交换。另外，在储氢罐1的罐体上设有通向镁基储氢材料的进氢口与出氢口。

储氢罐1上连接有储氢系统或放氢系统，并且储氢罐1在储氢系统或放氢系统中均为可拆卸设置。

储氢系统包括与外氢气源连接的热交换器2，热交换器2的端口有四个，四个端口依次设置为端口Ⅰ、端口Ⅱ、端口Ⅲ和端口Ⅳ，其中，端口Ⅰ和端口Ⅱ互通，两个端口之间形成热介质通道，端口Ⅰ为介质入口，端口Ⅱ为介质出口，端口Ⅲ与端口Ⅳ互通，两个端口之间形成氢气流通通道，端口Ⅲ为进气口，端口Ⅳ为出气口。

本实用新型中，热交换器2的进气口，即端口Ⅲ通过输氢管31与外氢气源连接，输氢管31上沿其输气方向设有三通阀Ⅲ32，三通阀Ⅲ32用于控制外氢气源与热交换器2之间的氢气通断。热交换器2的出气口，即热交换器2的端口Ⅳ通过管路与储氢罐1的进氢口连接，并且该管路上沿氢气的流动方向依次设有温度传感器Ⅰ34和氢气阀Ⅰ33。温度传感器Ⅰ34能够实时测量由热交换器2向储氢罐1内通入氢气的温度，通过氢气阀可以控制是否需要向储氢罐1内通入氢气。

热交换器2的端口Ⅰ与端口Ⅱ之间设有为热交换器2提供热介质的供热系统。供热系统包括并联设置的太阳能集热装置41和熔盐加热器42，具体的，太阳能集热装置41优选为槽式太阳能集热装置41，该太阳能集热装置41中的集热管，其两端分别连接有三通阀Ⅰ51和三通阀Ⅱ52，熔盐加热器42通过管路连接在三通阀Ⅰ51与三通阀Ⅱ52之间。

三通阀Ⅱ52远离熔盐加热器42的一端管路连接有高温熔盐蓄热罐43，高温熔盐蓄热罐43远离三通阀52的一端通过管路与热交换器2的介质入口连通，即高温熔盐蓄热罐43与热交换器2的端口Ⅰ连通，并且在高温熔盐蓄热罐43与热交换器2之间的管路之间，沿介质的流动方向依次设有熔盐泵Ⅰ53和熔盐阀Ⅰ54。

三通阀Ⅰ51远离熔盐加热器42的一端管路连接有低温熔盐蓄热罐44，低温熔盐蓄热罐44通过管路与热交换器2的介质出口连通，即低温熔盐蓄热罐44与热交换器2的端口Ⅱ连通。低温熔盐蓄热罐44与三通阀Ⅰ51之间的管路上，沿介质的流动方向依次设有熔盐泵Ⅱ55和熔盐阀Ⅱ56。

本实用新型中，高温熔盐蓄热罐43与低温熔盐蓄热罐44内均储存有熔盐介质，熔盐介质优选为相变材料中的一种，具体可选用为HITEC(53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2)，该材料具有熔点低、热容大的特点，能够作为管内传热介质使用。供热系统能够为热交换器2内提供热介质，能够为流经热交换器2的氢气进行加热。

本实用新型中，太阳能集热装置41的供热过程为：低温熔盐蓄热罐44内的熔盐介质在熔盐泵Ⅱ55的作用下流入太阳能集热装置41的集热管的一端，在熔盐介质流经集热管的过程中，熔盐介质经太阳能的辐射而被加热，加热后的熔盐介质从集热管的另一端流出并流入高温熔盐蓄热罐43内被储存起来。

在储存氢气时，通过外氢气源向热交换器2的端口Ⅲ输入氢气，流经热交换器2的氢气从端口Ⅳ流出，开启熔盐泵Ⅰ53和熔盐泵Ⅱ55，高温熔盐蓄热罐43中的高温熔盐介质在熔盐泵Ⅰ53的带动下流入热交换器2的端口Ⅰ，并从端口Ⅱ流出，高温熔盐介质在流经热交换器2时，能够对流经热交换器2的氢气进行加热，加热后的氢气从热交换器2的端口Ⅳ流出并进入储氢罐1的氢气入口，由于通入储氢罐1的氢气是经过热交换器2加热后的，因此氢气在流至储氢罐1后能够对储氢罐1内的镁基储氢材料进行加热，当镁基储氢材料的温度被加热至能够吸收氢气的的温度时，镁基储氢材料即能够吸收氢气，进而实现本实用新型的储氢。

流经热交换器2的高温熔盐，在对氢气换热之后，温度会下降，并由高温熔盐成为低温熔盐，低温熔盐从热交换器2内流出并进入低温熔盐蓄热罐44内，持续开启熔盐泵Ⅰ53和熔盐泵Ⅱ55能够实现对流经热交换器2的氢气的持续加热。

当遇到阴雨天气，太阳能不足以加热熔盐时，可通过开启熔盐加热器42对熔盐进行加热，保证熔盐能够与氢气实现正常换热。

参照图2和图3，本实用新型中，放氢系统包括通过管路与储氢罐1内引导管11的一端连接的储油罐61，储油罐61内填充有导热油，储油罐61与储氢罐1之间的管路上设有控制储油罐61内导热油流动的导热油阀Ⅲ71。

储油罐61的一侧输出端通过管路连接有蓄热罐63，储油罐61与蓄热罐63之间的管路上沿导热油的流动方向依次设有循环油泵62、流量计72和导热油阀Ⅰ73。其中，循环油泵62可以控制储油罐61内导热油的输出速度，流量计72能够实时监测导热油从储油罐61内的流出速度。

蓄热罐63上通过管路连接有电加热器74，电加热器74的输出端通过管路与储氢罐1内引导管11的另一端连接。

具体的，蓄热罐63内设有热交换管Ⅰ64和热交换管Ⅱ65。热交换管Ⅰ64和热交换管Ⅱ65均为螺旋形换热铜管，不仅具有较大外表面积而且具有优良的导热性能。热交换管Ⅰ64和热交换管Ⅱ65的两端分别伸出蓄热罐63，蓄热罐63的罐壁与热交换管Ⅰ64、热交换管Ⅱ65之间的空腔内填充有熔盐蓄热介质，该熔盐蓄热介质同样选用为HITEC(53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2)。

热交换管Ⅰ64的两端分别与导热油阀Ⅰ73与电加热器74连通。电加热器74与储氢罐1之间的管路上，沿导热油的流动方向依次设有温度传感器Ⅱ75和导热油阀Ⅱ76。

电加热器74能够对流入热交换器2的导热油进行加热，温度传感器Ⅱ75能够实时显示通入热交换器2内的导热油的温度，导热油阀Ⅱ76控制是否向热交换器2内通入导热油，经过电加热器74加热后的导热油在通入储氢罐1内的引导管11内时，能够对储氢罐1内的镁基储氢材料进行加热，当达到镁基储氢材料的热解温度时，储氢罐1氢气出口的一端即会释放氢气；

储氢罐1的出氢端口通过管路与热交换管Ⅱ65的一端连接，储氢罐1与热交换管之间的管路上安装有氢气阀Ⅱ8，氢气阀Ⅱ8用于控制储氢罐1是否外排氢气。

上述结构能够减少对氢气内热量的浪费，具体的，镁基储氢材料热解后产生的氢气为高温氢气，高温氢气通过管路流至热交换管Ⅱ65，能够与蓄热罐63内的熔盐蓄热介质发生换热，进而使得产出的氢气温度降低，而蓄热罐63内的熔盐蓄热介质中的温度则升高，当有导热油从储油罐61流至热交换管Ⅰ64时，导热油能够被蓄热罐63内的熔盐蓄热介质加热，进而实现对高温氢气热量的利用，提高了高温氢气热量的利用率、减小了资源浪费。

若流经热交换管Ⅱ65的导热油温度无法达到镁基储氢材料的热解温度，继续开启电加热器74对导热油进行加热，实现镁基固态储氢材料的持续放氢。

综上所述，本实用新型通过填充有镁基固态储氢材料的储氢罐1，能够实现对氢气的储存和释放，并且在释放氢气时能够有效利用高温氢气内携带的热量，减小了高温氢气中热量的浪费。

实施例2：

在实施例1的基础上，参照图1，本实施例中的储氢系统内还包括设置在储氢罐1出氢口上的三通阀Ⅳ91，储氢罐1两端的三通阀Ⅳ91与三通阀Ⅲ32之间连接有氢气回流管92，氢气回流管92上设有用于将从三通阀Ⅳ91流出的氢气送回热交换器2的循环泵93。

外氢气源通过热交换器2时被加热，加热后的氢气进入储氢罐1内加热储氢罐1内的镁基储氢材料，若通入镁基储氢材料的氢气温度太低，使得镁基储氢材料未被加热至能够吸收氢气的温度，穿过镁基储氢材料的氢气会从储氢罐1的出氢口流出，并在循环泵93的作用下再次回到热交换器2内，回到热交换器2内的氢气继续被加热，加热后继续流入储氢罐1内，直至储氢罐1内的镁基储氢材料被加热至能够吸收氢气，可实现镁基储氢材料对氢气的持续吸收。

另外，在本实用新型中，储氢罐1为可拆卸设置，本实用新型的太阳能供热过程和固态储氢过程可在西北地区太阳能资源充足的地方进行，利用太阳能所提供的热量将氢气储存到储氢罐1后，之后将储氢罐1拆卸并运输至中东部地区使用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：包括填充有镁基储氢材料的储氢罐(1)，储氢罐(1)内穿设有两端能够伸出储氢罐(1)的引导管(11)，储氢罐(1)的罐体上设有通向镁基储氢材料的进氢口与出氢口，储氢罐(1)上连接有储氢系统或放氢系统。

2.根据权利要求1所述的太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：所述储氢系统包括与外氢气源连通的热交换器(2)，热交换器(2)的进气口通过输氢管(31)与外氢气源连接，出气口通过管路与所述储氢罐(1)的进氢口连接，热交换器(2)上还连接有为热交换器(2)提供热介质的供热系统。

3.根据权利要求2所述的太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：所述供热系统包括并联设置的太阳能集热装置(41)和熔盐加热器(42)，太阳能集热装置(41)的集热管的两端分别通过三通阀Ⅰ(51)和三通阀Ⅱ(52)与熔盐加热器(42)连通，三通阀Ⅰ(51)通过低温熔盐蓄热罐(44)与热交换器(2)的介质出口连通，三通阀Ⅱ(52)通过高温熔盐蓄热罐(43)与热交换器(2)的介质入口连通。

4.根据权利要求3所述的太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：所述高温熔盐蓄热罐(43)与所述热交换器(2)之间的管路上沿介质流动方向依次设有熔盐泵Ⅰ(53)和熔盐阀Ⅰ(54)，所述低温熔盐蓄热罐(44)与三通阀Ⅰ(51)之间的管路上沿介质的流动方向依次设有熔盐泵Ⅱ(55)和熔盐阀Ⅱ(56)。

5.根据权利要求4所述的太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：所述氢气供应源与所述热交换器(2)之间的输氢管(31)上设有三通阀Ⅲ(32)，所述热交换器(2)与储氢罐(1)之间的管路上沿氢气的流动方向依次设有温度传感器Ⅰ(34)和氢气阀Ⅰ(33)。

6.根据权利要求5所述的太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：储氢罐(1)的出氢口连接有三通阀Ⅳ(91)，三通阀Ⅳ(91)与三通阀Ⅲ(32)之间连接有氢气回流管(92)，氢气回流管(92)上设有用于将从三通阀Ⅳ(91)流出的氢气送回热交换器(2)的循环泵(93)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：所述放氢系统包括通过管路与所述储氢罐(1)内的引导管(11)连接的储油罐(61)，储油罐(61)内填充有导热油，储油罐（61）通过管路连接有蓄热罐(63)，蓄热罐(63)通过管路连接有电加热器(74)，电加热器(74)的输出端通过管路与储氢罐(1)内引导管(11)的另一端连接。

8.根据权利要求7所述的太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：所述储油罐(61)与所述储氢罐(1)之间的管路上设有导热油阀Ⅲ(71)，储油罐(61)与所述蓄热罐(63)之间的管路上，沿导热油的流动方向依次设有循环油泵(62)、流量计(72)和导热油阀Ⅰ(73)，所述电加热器(74)与所述储氢罐(1)之间的管路上沿导热油的流动方向依次设有温度传感器Ⅱ(75)和导热油阀Ⅱ(76)。

9.根据权利要求8所述的太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：所述蓄热罐(63)内设有热交换管Ⅰ(64)和热交换管Ⅱ(65)，热交换管Ⅰ(64)和热交换管Ⅱ(65)的两端分别伸出蓄热罐(63)，蓄热罐(63)的罐壁与热交换管Ⅰ(64)、热交换管Ⅱ(65)之间的空腔内填充有熔盐蓄热介质，热交换管Ⅰ(64)的两端分别与所述导热油阀Ⅰ(73)、所述电加热器(74)连通。

10.根据权利要求9所述的太阳能镁基固态储/放氢系统，其特征在于：所述储氢罐(1)的出氢口通过管路与所述热交换管Ⅱ(65)的一端连接，储氢罐(1)与热交换管Ⅱ(65)之间的管路上设有用于控制储氢罐(1)出氢的氢气阀Ⅱ(8)。