TWM466199U - 非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統 - Google Patents

Description

非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統

本創作係關於一種金屬儲氫罐裝置之加熱系統，尤其是關於以非接觸方式加熱金屬儲氫罐裝置，以提高溫度與功率達到迅速釋氫效果。

習知的氫氣儲存技術主要有壓縮儲氫、低溫液化儲氫、金屬氫化物儲氫等方法。壓縮儲氫為目前最普遍的儲氫方式，但必須使用厚重的高壓容器且需要消耗能量來壓縮氣體，製作成本高，並且其儲氫密度低、氫氣容易洩漏以及有容器爆炸之不安全因素，故使用和運輸皆具危險性；液態儲氫雖然儲氫密度高，但儲存容器龐大且需儲存於良好的絕熱容器內使成本極高，並在低溫液化氫氣過程中需要額外消耗更多的能量；而金屬氫化物儲氫由於體積儲氫容量高，無需高壓及隔熱容器、無外洩及爆炸危險，且具有加熱釋氫吸熱吸氫的可逆反應，故可得到高純度氫並能提高氫的附加價值，因此與上述壓縮儲氫、液化儲氫方式相比，金屬氫化物儲氫具有壓力平穩，充氫簡單方便、安全性好等優點，為現行最安全的氫氣儲存方式。

由於金屬氫化物具有加熱釋氫之特性，因此習知金屬氫化物之儲氫罐採用外部溫控系統或內部溫控系統加熱釋氫，其中外部溫控系統雖然設計簡單加工容易成本低，但熱交換面積僅限於溫控管與管壁之接觸 面，熱傳效果不佳而使得釋氫反應緩慢；而內部溫控系統為透過鰭片溫控儲氫罐，雖然熱傳導效果與釋氫能力比外部溫控系統佳，但其內部溫控系統加工不易，容易造成儲氫罐體氣密性不佳進而影響釋氫能力，甚至使金屬氫化物毒化造成存放壽命減少，上述外部溫控或內部溫控系統皆使用溫控流體作為熱交換媒介，使得熱傳效果會有時間滯延而導致釋氫反應效果不佳，由於溫控流體於管路間會產生摩擦耗能，造成必須額外對溫控流體做功使其流動，因此不可避免會有熱散失於環境當中造成熱量耗損。

可知習知以低溫液化儲氫與壓縮儲氫，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，使得此兩種儲氫裝置的建造成本相當昂貴，而壓縮儲氫還具有氫氣容易洩漏以及容器爆炸之不安全因素，在使用和運輸皆具危險性。而習知之金屬氫化物儲氫，其內外式溫控系統以溫控流體作為熱交換媒介，熱傳導過程易散失熱能，導致熱傳效果有時間滯延而使得釋氫反應緩慢，並且溫控流體於管路間會產生摩擦耗能，必須額外對溫控流體做功使其流動，故不僅耗能大還造成熱量耗損。

為解決上述外部溫控系統傳熱效果不佳、內部溫控系統儲氫罐氣密性不佳、耗能與熱量耗損等缺憾，以及簡化儲氫罐之溫控系統設計與加工之複雜性，並且提升能源使用率以及儲氫罐內熱傳導效率與釋氫速率，本創作將金屬儲氫罐裝置輔以輕巧且快速之非接觸式加熱系統取代傳統外加溫控流體接觸傳導方式，由於電磁波能量直接穿透金屬儲氫罐裝置內部轉換成熱量，可對金屬儲氫罐裝置與其內部之金屬氫化物粉末迅速且 均勻加熱，故可增加釋氫反應以達到迅速釋氫之效。由於無習知溫控系統之溫控流體的設計，因此無溫控流體於管路傳輸時造成的熱能散失，亦無溫控流體於管路間的摩擦耗能並且亦能免去溫控流體之額外做功，故具有減少熱傳導過程熱能散失和有效降低整體能量耗損之功能，提高了能源使用率，更進一步提高整體釋氫效率。因此本創作之非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統，由於不具傳統外加流體溫控接觸熱傳導方式，不但可簡化金屬儲氫罐裝置之設計，使得加工製作容易並降低生產成本，並且不受溫控系統限制，還可達到良好的氣密性以及快速轉換加熱功率與提高釋氫效果，因此使本創作設備輕巧不受金屬儲氫罐裝置外型限制，可應用於各種車用型氫燃料電池以及適用於各種金屬儲氫罐裝置之釋氫反應，並且可以交換金屬儲氫罐裝置的方式，來迅速補充所需的氫燃料，與一般電池電動車相比，在使用上更為便利省時且安全，同時相對體積小巧的設計亦能為車室騰出額外空間作為他途。

本創作之一非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統，包含一金 屬儲氫罐裝置，係用以儲存一金屬氫化物粉末之容器；一線圈，以非接觸方式環繞於該金屬儲氫罐裝置外側；一溫度感測器，與該金屬儲氫罐裝置相連接，位於該金屬儲氫罐裝置外壁；一電源供應器，與該線圈相連接；以及一控制裝置，該溫度感測器以及該電源供應器與該控制裝置相連接，其中該線圈接收該電源供應器提供之電流產生磁場變化，該金屬儲氫罐裝置經磁力線不斷切割產生相對應感應電流(渦電流)，並利用感應電流(渦電流)流動和該金屬儲氫罐裝置本身阻抗特性，產生熱量提高該金屬儲氫罐裝置之溫度，使該金屬儲氫罐裝置與其內部之金屬氫化物粉末能迅速且均勻 加熱，以達到迅速釋氫之效，故可增加釋氫反應的靈敏度與效率，該溫度感測器感測到該金屬儲氫罐裝置之溫度並回饋至該控制裝置，該控制裝置接收到該溫度感測器回饋之溫度，並根據溫度高低控制該電源供應器之電流大小，使加熱溫度維持平穩，提高了整體釋氫效率。

10‧‧‧線圈

20‧‧‧金屬儲氫罐裝置

30‧‧‧溫度感測器

40‧‧‧電源供應器

50‧‧‧控制裝置

第1圖係為本創作之非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統具體實施例之示意圖。

第1圖係為本創作之一非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統100具體實施例之示意圖。如圖1所示，該非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統100包含一線圈10、一金屬儲氫罐裝置20、一溫度感測器30、一電源供應器40以及一控制裝置50，該金屬儲氫罐裝置20係用以儲存一金屬氫化物粉末之容器，該線圈10以非接觸方式環繞於該金屬儲氫罐裝置20外側，該溫度感測器30與該金屬儲氫罐裝置20相連接，位於該金屬儲氫罐裝置20外壁，該電源供應器40與該線圈10相連接，該控制裝置50與該溫度感測器30以及該電源供應器40相連接，其中該控制裝置50可以無線或有線方式連接該溫度感測器30，在本實施例中該控制裝置50以無線方式連接該溫度感測器30。

其中該金屬儲氫罐裝置20可為鋼、銅、鋁、鋁合金、不銹鋼以及其它金屬或合金材質製成之容器，該金屬氫化物粉末可為稀土系氫化物粉末、鈦系氫化物粉末、鋯系氫化物粉末、鐵系氫化物粉末、鎂系氫化 物粉末或其它金屬氫化物粉末，該溫度感測器30可為熱電耦溫度感測器、白金電阻溫度感測器、熱敏電阻溫度感測器、石英溫度感測器、表面聲波溫度感測器、半導體溫度感測器或其他感測溫度裝置。

該電源供應器40提供電流給該線圈10，該線圈10接收該電源 供應器40提供之電流產生磁場變化，該金屬儲氫罐裝置20經磁力線不斷切割產生相對應感應電流(渦電流)，並利用感應電流(渦電流)流動和該金屬儲氫罐裝置20本身阻抗特性，產生熱量提高該金屬儲氫罐裝置20之溫度，由於電磁波能量直接穿透該金屬儲氫罐裝置20內部轉換成熱量，可使該金屬儲氫罐裝置20與其內部該金屬氫化物粉末能迅速且均勻加熱，達到迅速釋氫之效，並提高了釋氫反應的靈敏度與效率，該溫度感測器30感測到該金屬儲氫罐裝置20之溫度並回饋至該控制裝置50，該控制裝置50接收到該溫度感測器30回饋之溫度後，並依據溫度高低控制該電源供應器40之電流大小，使該金屬儲氫罐裝置20之加熱溫度維持平穩。因此利用該非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統100均勻加熱該金屬儲氫罐裝置20，溫度得以快速且準確地施加於所需的範圍，溫度控制與功率轉換皆能透過電流控制，使釋氫反應的靈敏度與效率同時獲得改善。

因此本創作以輕巧且快速加熱之該非接觸式金屬儲氫罐裝 置之加熱系統100取代習知傳統外加溫控流體接觸傳導熱方式，具有對該金屬儲氫罐裝置20與其內部該金屬氫化物粉末加熱均勻且迅速優點，並且提高了該金屬儲氫罐裝置20內熱傳效率與釋氫速率，另外由於本創作無傳統溫控系統之設計與加工複雜性，且無溫控流體於管路傳輸時造成的熱能散失，亦無溫控流體於管路間的摩擦耗能並且也能免去對溫控流體之額外做 功，故具有減少熱傳導過程熱能散失和有效降低整體能量耗損之功能，不僅提高了能源使用率，更進一步提高了整體釋氫效率，而該非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統100，由於無流體溫控系統故能簡化該金屬儲氫罐裝置20設計，使得加工製作容易並降低生產成本，並且不受溫控系統限制，不但可達到良好的氣密性並且還具有快速轉換加熱功率與提高釋氫效果，故本創作設備輕巧不受該金屬儲氫罐裝置20外型限制，可應用於各種車用型氫燃料電池且適用於各種該金屬儲氫罐裝置20之釋氫反應，並且可以交換該金屬儲氫罐裝置20的方式，來迅速補充所需的氫燃料，與一般電池電動車相比，在使用上更為便利省時且安全，同時相對體積小巧的設計亦能為車室騰出額外空間作為他途。

10‧‧‧線圈

20‧‧‧金屬儲氫罐裝置

30‧‧‧溫度感測器

40‧‧‧電源供應器

50‧‧‧控制裝置

Claims (6)

1. 一非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統，包含：一金屬儲氫罐裝置，係用以儲存一金屬氫化物粉末之容器；一線圈，以非接觸方式環繞於該金屬儲氫罐裝置外側；一溫度感測器，與該金屬儲氫罐裝置相連接，位於該金屬儲氫罐裝置外壁；一電源供應器，與該線圈相連接；以及一控制裝置，該溫度感測器以及該電源供應器與該控制裝置相連接；其中該電源供應器提供電流給該線圈，該線圈接收該電源供應器提供之電流產生磁場變化，該金屬儲氫罐裝置經磁力線不斷切割產生相對應感應電流，並利用感應電流流動和該金屬儲氫罐裝置本身阻抗特性，產生熱量提高該金屬儲氫罐裝置之溫度。
2. 如請求項1所述之非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統，其中該金屬儲氫罐裝置可為鋼、銅、鋁、鋁合金、不銹鋼以及其它金屬或合金材質製成之容器。
3. 如請求項1所述之非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統，其中該金屬氫化物粉末可為稀土系氫化物粉末、鈦系氫化物粉末、鋯系氫化物粉末、鐵系氫化物粉末、鎂系氫化物粉末或其它金屬氫化物粉末。
4. 如請求項1所述之非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統，其中 該溫度感測器可為熱電耦溫度感測器、白金電阻溫度感測器、熱敏電阻溫度感測器、石英溫度感測器、表面聲波溫度感測器、半導體溫度感測器或其他感測溫度裝置，用以感測該金屬儲氫罐裝置之溫度並回饋至該控制裝置。
5. 如請求項1所述之非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統，其中該控制裝置可以無線或有線方式連接該溫度感測器。
6. 如請求項1所述之非接觸式金屬儲氫罐裝置之加熱系統，其中該控制裝置接收該溫度感測器回饋之溫度，並依據溫度高低控制該電源供應器之電流大小，使加熱溫度維持平穩。