TW201307716A - 儲氫加熱冷卻系統 - Google Patents

Abstract

一種儲氫加熱冷卻系統包括至少一儲氫裝置以及至少一加熱冷卻裝置。儲氫裝置係具有一容器及一套管，套管係位於容器內，儲氫裝置具有金屬氫化物及合金。加熱冷卻裝置係具有一熱交換元件，熱交換元件係可插拔地設置於套管內，以將熱量自儲氫裝置導入或導出。

Description

儲氫加熱冷卻系統

本發明關於一種系統，特別關於一種儲氫加熱冷卻系統。

近年來，由於環保意識的擡頭和石化能源(例如石油、煤)的逐漸枯竭，讓世界各國察覺到新型能源開發的重要性。其中，氫氣具有低污染且無耗盡之優點，因此，世界各國也積極地發展氫氣的應用科技，期望由增加氫氣的利用來減低對石化能源的依賴。

現行的氫氣儲存技術主要有液化儲氫、高壓儲氫、金屬氫化物(metal hydride)儲氫及合金儲氫等方法。然而，不論是以低溫液態方式、或是以高壓氫氣狀態儲存氫氣，皆需耗費大量的能量液化或壓縮氫氣，並且還需製造極佳的低溫隔熱裝置或特製厚重的高壓瓶作為儲存容器，因此，前述兩種儲氫裝置的建造成本相當昂貴。而金屬氫化物及合金的儲氫方式係利用其材料的可逆吸放氫特性，此種儲氫方式具有儲氫密度高、不需要高壓容器或隔熱裝置、安全性高、無爆炸的疑慮，並可獲得高純度的氫氣等特點。因此，已成為目前儲氫技術的重要研究方向之一。

其中，金屬氫化物及合金的儲氫方式主要是將氫材料儲存於一儲氫裝置內，當儲氫裝置內的氫氣釋出時會產生吸熱反應，造成儲氫裝置的整體溫度降低而使釋氫的壓力降低，進而造成後續的釋氫量不足。因此，通常於釋氫時需對儲氫裝置進行加熱，以提高儲氫裝置內部的溫度及壓力，進而加速後續氫氣的釋出。

請參照圖1所示，其為一種習知之儲氫裝置1的加熱示意圖。儲氫裝置1的加熱方式主要是在儲氫裝置1的容器11的外部以一加熱裝置(圖未顯示)提供熱能，以對儲氫裝置1進行加熱。然而，當加熱裝置提供的熱能使儲氫裝置1罐體的表面溫度升高時，由於儲氫裝置1內部儲存的氫粉末的熱傳導係數相當低，因此，儲氫裝置1內部的溫度及壓力卻因氫氣的持續釋出而持續降低，造成雖然有加熱裝置協助加熱，但是氫氣的釋出速度及釋出量仍不足及不穩定。

因此，如何提供一種儲氫加熱冷卻系統，不僅可因一加熱冷卻裝置的熱交換而使一儲氫裝置儲存的氣體可快速、穩定地釋出，更使儲氫裝置可快速地插拔而達到方便對儲氫裝置加熱的優點，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種不僅可因加熱冷卻裝置的熱交換而使一儲氫裝置儲存的氣體可快速釋出，更使儲氫裝置可快速地插拔而達到方便對儲氫裝置加熱的優點。

為達上述目的，依據本發明之一種儲氫加熱冷卻系統包括至少一儲氫裝置以及至少一加熱冷卻裝置。儲氫裝置係具有一容器及一套管，套管係位於容器內，儲氫裝置具有金屬氫化物及合金。加熱冷卻裝置係具有一熱交換元件，熱交換元件係可插拔地設置於套管內，以將熱量自儲氫裝置導入或導出。

在一實施例中，儲氫裝置與加熱冷卻裝置分別為一獨立裝置。

在一實施例中，熱交換元件係可快速地插入於套管內，亦可快速地自套管內拔除。

在一實施例中，加熱冷卻裝置更具有一殼體，熱交換元件係插設於殼體。

在一實施例中，熱交換元件與殼體係以焊接或鎖合方式組合。

在一實施例中，殼體的內部具有一熱交換流體通道。

在一實施例中，熱交換元件係為一熱管或一電熱棒。

在一實施例中，熱交換元件的材質包含鐵、銅、鋁、不銹鋼或合金。

在一實施例中，加熱冷卻裝置包含一水循環套件組，並與熱交換元件連通。

在一實施例中，加熱冷卻裝置更具有至少一鰭片，熱交換元件之一第一端係插入套管，熱交換元件之一第二端係設置於殼體內，第二端並具有鰭片。

在一實施例中，熱交換流體通道係有一熱交換流體通過。

在一實施例中，當儲氫裝置與加熱冷卻裝置為複數時，該等加熱冷卻裝置係分別藉由該等熱交換通道並聯及或串聯。

承上所述，因本發明之儲氫加熱冷卻系統具有至少一儲氫裝置以及至少一加熱冷卻裝置。儲氫裝置具有一容器及一套管，套管係位於容器內。另外，加熱冷卻裝置係具有一熱交換元件，熱交換元件係可插拔地設置於套管內，以有效將熱量導入儲氫裝置或自儲氫裝置導出。藉此，使儲氫裝置可快速地插拔而放置於加熱冷卻裝置，達到方便對儲氫裝置內部直接加熱或將熱量導出的優點，使儲氫裝置儲存的氣體可快速、穩定地釋出。另外，在本發明之一實施例中，當加熱冷卻裝置及或儲氫裝置為複數時，該等加熱冷卻裝置及或該等儲氫裝置可分別藉由該等熱交換通道並聯及或串聯。藉此，可方便使用者同時對複數儲氫裝置加熱而使複數儲氫裝置儲存的氣體可同時快速、穩定地釋出。此外，在某一儲氫裝置內部的氣體釋放完後可快速地將儲氫裝置由加熱冷卻裝置上拔除，並快速地將另一儲氫裝置之套管插至加熱冷卻裝置上，以對另一儲氫裝置加熱。

以下將參照相關圖式，以說明依本發明較佳實施例之一種儲氫加熱冷卻系統，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

本發明之儲氫加熱冷卻系統4包括至少一儲氫裝置2以及至少一加熱冷卻裝置3。以下，先說明儲氫裝置2的構造。

請參照圖2A及圖2B所示，其分別為儲氫裝置2的分解示意圖及組合示意圖。

儲氫裝置2係包括一容器21以及一套管22。其中，儲氫裝置2的材質可包含金屬或合金。本實施例中，儲氫裝置2係儲存能產出氫氣的材料，本實施例中，儲氫裝置2係具有金屬氫化物及合金以儲存氫氣。當然，儲氫裝置2也可利用其它的方式儲存氫氣。

容器21係具有一底部，底部可與容器本體P一體成型，於此，則以底部具有一底蓋211為例，而底蓋211具有一開孔O。在本實施例中，容器21係為一圓柱狀容器，並容置儲氫材料。在其它的實施例中，容器21亦可為多面體、球體、不規則體或其組合。另外，容器21更可具有一頂蓋212，頂蓋212與底部相對而設。換言之，頂蓋212與底蓋211係相對而設，進而形成密閉的儲存空間，而儲氫材料係容置於由底蓋211、容器本體P及頂蓋212所結合而成的密閉空間中。當需要充填或更換儲氫材料時，則可打開頂蓋212以利動作。

此外，儲氫裝置2更可包括一接頭23，接頭23係設置於頂蓋212並可與容器21的內部連通，而儲氫裝置2內儲存的氫氣可由接頭23流出。其中，接頭23可具有一閥門(圖未顯示)，以控制儲氫裝置2內儲存的氫氣流出與否與流出的速率。

套管22係位於容器21內，且套管22與容器21的底部係可為一體成型。不過，也可使用其它技術手段(例如焊接)將套管22與容器21的底部連接，或者是只有單純的接觸。其中，套管22係以一中空的金屬管狀體為例，且其一端221係連接於容器21底部之底蓋211，另一端222則為封閉，並實質上位於容器21之中央。不過，在其它的實施態樣中，套管22可不位於容器21的中央。例如套管22可位於容器21之一側。另外，容器21之底蓋211的開孔O係與套管22之一端221連通。換言之，可快速地將儲氫裝置2的套管22快速套至一長條狀物件，或由套管22拔出。

平時用以儲存產出氫氣之材料的儲氫裝置2，當產出氫氣時，可能伴隨吸熱反應。而藉由位於容器21內的套管22所形成的空腔，且套管22的一端221係與外部連通，可讓外部的一加熱冷卻裝置可快速地設置於套管22內，以利儲氫裝置2快速穩定地產出氫氣。

請同時參照圖3A及圖3B所示，以說明本發明之儲氫加熱冷卻系統4。其中，圖3A為與儲氫裝置2配合之一加熱冷卻裝置3的示意圖，而圖3B為本發明之儲氫加熱冷卻系統4的示意圖。

儲氫加熱冷卻系統4係包括至少一儲氫裝置2以及至少一加熱冷卻裝置3。其中，儲氫裝置2已於上述中詳述，於此不再贅述。另外，於圖3B中，儲氫加熱冷卻系統4之儲氫裝置2及加熱冷卻裝置3的數量分別為1個，且儲氫裝置2之套管22已套至加熱冷卻裝置3。

加熱冷卻裝置3係藉由儲氫裝置2底蓋211之開孔O而伸入至套管22內，並與儲氫裝置2配合。其中，加熱冷卻裝置3係具有一熱交換元件31，而儲氫裝置2的套管22係可快速套至熱交換元件31，使得儲氫裝置2可快速插拔地設置於加熱冷卻裝置3。換言之，熱交換元件31係可插入於22套管內，亦可自套管22內拔除，以有效將熱量導入儲氫裝置2或自儲氫裝置2導出。在本實施例中，熱交換元件31為一熱管或一電熱棒，其材質可包含鐵、銅、鋁、不銹鋼或合金。於此，係以高熱導係數的銅熱管為例。其中，熱管內流有工作流體，而工作流體可因吸熱而蒸發成氣態，工作流體也可因放熱而冷凝為液態，且冷凝後之工作流體可藉由熱管管壁之毛細結構的毛細力流回。另外，儲氫裝置2可藉由熱管內之工作流體的流動與外界進行熱交換。其中，工作流體可為無機化合物、純水、醇類、酮類、液態金屬、冷媒、有機化合物或其混合物之一。

加熱冷卻裝置3更可具有至少一鰭片(fin)32，而熱交換元件31之一第一端311係插入套管22，熱交換元件31之一第二端312並具有鰭片32。於此，係以複數鰭片32設置於第二端312為例。其中，鰭片32係設置於一熱交換流體通道C內，而熱交換流體通道C係有一熱交換流體通過。其中，熱交換流體可為水或其它液體，而其它液體例如可為冷媒。於此，熱交換流體係為冷卻水。因此，加熱冷卻裝置3包含一水循環套件組，並可與熱交換元件31連通或不連通。換言之，如圖3B所示，加熱冷卻裝置3更可具有一殼體B，而熱交換元件31之第二端312係插設於殼體B內，並使鰭片32位於殼體B內之熱交換流體通道C內，而熱交換流體可由殼體B之右側流過鰭片32，並由殼體B之左側流出，故熱交換流體所具有的熱量可藉由鰭片32及熱交換元件31與儲氫裝置2的內部直接進行熱交換。其中，熱交換元件31與殼體B係可以焊接或鎖合方式組合，於此，係以鎖合為例。

以儲氫裝置2內充填的儲氫材料進行吸熱反應為例，藉由加熱冷卻裝置3可快速地將熱能傳遞至儲氫裝置2內，以對儲氫裝置2的內部直接加熱，以提供儲氫裝置2內部儲存的氣體放出時所需的吸熱能量，維持儲氫裝置2內的氣體壓力，使得儲氫裝置2內的氣體能快速、穩定地排出。

特別說明的是，本發明並不限定只可藉由加熱冷卻裝置3將熱量傳入儲氫裝置2內，當然，在其它的實施例中，也可將儲氫裝置2內部的熱量藉由加熱冷卻裝置3傳出。另外，由於儲氫裝置2與加熱冷卻裝置3係分別為一分離的裝置，因此，在儲氫裝置2內部的氣體釋放完後可快速地將儲氫裝置2由熱交裝置3上拔除(或將熱交裝置3自儲氫裝置2拔除)，並快速地將另一儲氫裝置插入熱交裝置3，以對另一儲氫裝置加熱。

另外，請參照圖4A及圖4B所示，其分別為不同態樣之儲氫加熱冷卻系統4a、4b的示意圖。

當儲氫裝置2及或加熱冷卻裝置3為複數時，該等儲氫裝置2及或該等加熱冷卻裝置3可為一維陣列、二維陣列或不規則排列。如圖4A所示，儲氫加熱冷卻系統4a之該等儲氫裝置2與該等加熱冷卻裝置3係為一維陣列排列。又如圖4B所示，儲氫加熱冷卻系統4b之該等儲氫裝置2與該等加熱冷卻裝置3係為二維陣列排列。

在圖4A及圖4B之實施例中，該等加熱冷卻裝置3係相互連接，以同時藉由複數加熱冷卻裝置3使複數儲氫裝置2與熱交換流體進行熱交換，使該等儲氫裝置2內部儲存的氣體溫度與壓力不因氣體的釋出而下降，使該等儲氫裝置2儲存的氣體可快速、穩定地釋出。其中，儲氫加熱冷卻系統4a、4b之該等儲氫裝置3係可分別藉由該等加熱冷卻裝置3之該等熱交換通道C並聯及或串聯。換言之，可藉由管路、彎頭、三通及接頭等使該等加熱冷卻裝置3之該等殼體B並聯及或串聯，以使該等儲氫裝置3並聯及或串聯。因此，熱交換流體可由儲氫加熱冷卻系統4a、4b的右側流入該等加熱冷卻裝置3，並由儲氫加熱冷卻系統4a、4b的左側流出，以同時對複數儲氫裝置2加熱，並同時使該等儲氫裝置2內部儲存的氣體可快速、穩定地釋出。另外，當某一儲氫裝置2內的氣體完全釋出後，可快速地拔插並更換另一儲氫裝置2，不需拆卸或更換與加熱冷卻裝置3連接之管路或接頭。

綜上所述，因本發明之儲氫加熱冷卻系統具有至少一儲氫裝置以及至少一加熱冷卻裝置。儲氫裝置具有一容器及一套管，套管係位於容器內。另外，加熱冷卻裝置係具有一熱交換元件，熱交換元件係可插拔地設置於套管內，以有效將熱量導入儲氫裝置或自儲氫裝置導出。藉此，使儲氫裝置可快速地插拔而放置於加熱冷卻裝置，達到方便對儲氫裝置內部直接加熱或將熱量導出的優點，使儲氫裝置儲存的氣體可快速、穩定地釋出。另外，在本發明之一實施例中，當加熱冷卻裝置及或儲氫裝置為複數時，該等加熱冷卻裝置及或該等儲氫裝置可分別藉由該等熱交換通道並聯及或串聯。藉此，可方便使用者同時對複數儲氫裝置加熱而使複數儲氫裝置儲存的氣體可同時快速、穩定地釋出。此外，在某一儲氫裝置內部的氣體釋放完後可快速地將儲氫裝置由加熱冷卻裝置上拔除，並快速地將另一儲氫裝置之套管插至加熱冷卻裝置上，以對另一儲氫裝置加熱。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1、2．．．儲氫裝置

11、21．．．容器

211．．．底蓋

212．．．頂蓋

22．．．套管

221、222、311、312．．．端

23．．．接頭

3．．．加熱冷卻裝置

31．．．熱交換元件

32．．．鰭片

4、4a、4b．．．儲氫加熱冷卻系統

B．．．殼體

C．．．熱交換流體通道

O．．．開孔

P．．．本體

圖1為一種習知之儲氫裝置1的加熱示意圖；

圖2A及圖2B分別為本發明較佳實施例之一種儲氫裝置的分解示意圖及組合示意圖；

圖3A為與儲氫裝置配合之加熱冷卻裝置的示意圖；

圖3B為本發明較佳實施例之一種儲氫加熱冷卻系統的示意圖；以及

圖4A及圖4B分別為不同態樣之儲氫加熱冷卻系統的示意圖。

2．．．儲氫裝置

21．．．容器

211．．．底蓋

212．．．頂蓋

22．．．套管

221、222、311、312．．．端

23．．．接頭

3．．．加熱冷卻裝置

31．．．熱交換元件

32．．．鰭片

4．．．儲氫加熱冷卻系統

B．．．殼體

C．．．熱交換流體通道

O．．．開孔

P．．．本體

Claims (12)

1. 一種儲氫加熱冷卻系統，包括：至少一儲氫裝置，係具有一容器及一套管，該套管係位於該容器內，該儲氫裝置具有金屬氫化物及合金；至少一加熱冷卻裝置，係具有一熱交換元件，該熱交換元件係可插拔地設置於該套管內，以將熱量自該儲氫裝置導入或導出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之儲氫加熱冷卻系統，其中該儲氫裝置與該加熱冷卻裝置分別為一獨立裝置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之儲氫加熱冷卻系統，其該熱交換元件係可插入於該套管內，亦可自該套管內拔除。
4. 如申請專利範圍第1項所述之儲氫加熱冷卻系統，其中該加熱冷卻裝置更具有一殼體，該熱交換元件係插設於殼體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之儲氫加熱冷卻系統，其中該熱交換元件與該殼體係以焊接或鎖合方式組合。
6. 如申請專利範圍第4項所述之儲氫加熱冷卻系統，其中該殼體的內部具有一熱交換流體通道。
7. 如申請專利範圍第1項所述之儲氫加熱冷卻系統，其中該熱交換元件係為一熱管或一電熱棒。
8. 如申請專利範圍第1項所述之儲氫加熱冷卻系統，其中該熱交換元件的材質包含鐵、銅、鋁、不銹鋼或合金。
9. 如申請專利範圍第1所述之儲氫加熱冷卻系統，其中該加熱冷卻裝置係包含一水循環套件組，並與該熱交換元件連通。
10. 如申請專利範圍第4項所述之儲氫加熱冷卻系統，其中該加熱冷卻裝置更具有至少一鰭片，該熱交換元件之一第一端係插入該套管，該熱交換元件之一第二端係設置於該殼體內，該第二端並具有該鰭片。
11. 如申請專利範圍第6項所述之儲氫加熱冷卻系統，其中該熱交換流體通道係有一熱交換流體通過。
12. 如申請專利範圍第6項所述之儲氫加熱冷卻系統，其中當該儲氫裝置與該加熱冷卻裝置為複數時，該等加熱冷卻裝置係分別藉由該等熱交換通道並聯及或串聯。