低温杜瓦容器以及低温高压储氢系统技术方案

本发明专利技术涉及制冷以及低温技术，提供一种低温杜瓦容器，包括低温杜瓦模块，所述低温杜瓦模块包括储氢承压层以及蓄冷夹层，于所述蓄冷夹层内设置有氢气进出盘管，所述氢气进出盘管于所述蓄冷夹层内曲折延伸，所述氢气进出盘管具有高压氢气入口以及高压氢气出口，所述高压氢气出口与所述储氢承压层连通；还提供一种低温高压储氢系统，还包括上述的低温杜瓦容器。本发明专利技术中，通过增压模块以及冷却模块配合增压降温，进而可以在维持氢气气相状态下，提高氢气密度，以达到提高储氢承压层内的储氢质量目的，相比传统储氢技术，可在压力不必太高，温度不必太低情况下实现的储氢释氢过程，蓄冷夹层可利用储氢释氢过程中的冷量。

Cryogenic Dewar vessel and cryogenic high pressure hydrogen storage system

The invention relates to refrigeration and cryogenic technology, and provides a cryogenic Dewar container, including a cryogenic Dewar module, the cryogenic Dewar module comprises a hydrogen storage pressure layer and a cold storage interlayer, in which a hydrogen inlet and outlet coil is arranged, and the hydrogen inlet and outlet coil is tortuously extended in the cold storage interlayer. The inlet and outlet coils have a high pressure hydrogen inlet and a high pressure hydrogen outlet, which are connected with the hydrogen storage pressure layer, and also provide a low temperature and high pressure hydrogen storage system, including the low temperature Dewar vessel. In the invention, the hydrogen density can be increased in order to improve the hydrogen storage quality in the hydrogen storage pressure layer by the combination of the pressurization module and the cooling module, and the hydrogen storage and hydrogen release can be realized under the condition of maintaining the hydrogen gas phase state. Compared with the traditional hydrogen storage technology, the hydrogen storage and hydrogen release can be realized under the condition that the pressure is not too high and the temperature is not too low. In the process, cold storage interlayer can utilize the cooling capacity in hydrogen storage process.

【技术实现步骤摘要】
低温杜瓦容器以及低温高压储氢系统
本专利技术涉及制冷以及低温技术，尤其涉及一种低温杜瓦容器以及低温高压储氢系统。
技术介绍
氢储量丰富、燃烧效率高、无污染，是替代化石燃料的首选新能源之一。氢能利用是一个有机的系统工程，涉及氢的制备、储存、输运及应用四大关键技术。由于氢是所有元素中最轻的，在常温常压下为气态，氢气的密度为0.0899kg/m3，不到水的万分之一，因此其高密度储存一直是一个世界级难题。安全、高效、经济的氢气储存技术已成为氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈。储氢方式分为物理储氢和化学储氢两大类。物理储氢主要有液氢储存、高压氢气储存、活性碳吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存等。化学储氢法主要有金属氢化物储氢、有机液氢化物储氢、无机物储氢等。衡量储氢技术性能的主要参数是储氢体积密度、质量分数、充-放氢的可逆性、充放氢速率、可循环使用寿命及安全性等。对车载储氢系统，国际能源署在1998年提出了如下目标：重量储氢密度>5wt％，体积储氢密度>50kg/m3，放氢工作温度<80℃，循环寿命>1100次。然而，到目前为止，尚未有一种储氢技术能够同时满足上述所有要求。从技术条件和目前的发展现状看，高压储氢、液化储氢及金属氢化物储氢是三种方式适用商用化的储存方式。高压气态储氢是指在氢气临界温度以上，通过高压压缩的方式存储气态氢。主要优点是存储能耗低、成本低(压力不太高时)、充放氢速度快，零下几十度低温环境下也能正常工作，而且可以通过减压阀就可以调控氢气的释放。由于上述优点，高压气态储氢已成为较为成熟的储氢方案，但是高压储氢也面临重量储氢密度难以提升，存在氢气泄漏和容器破裂隐患，安全性能差等劣势。一个充满15MPa氢气的标准高压钢瓶的储氢量仅为1.0wt％。近年来开发的由碳纤维复合材料构成的新型轻质耐压储氢容器，尽管其储氢压力可以达到35～70MPa，重量储氢量可以提高到5wt％～7wt％，但安全性问题仍有待于进一步解决。液化储氢技术是将氢冷却到20K使之液化，然后装到低温储罐储存。若仅从质量密度和体积密度上考虑，液氢储存是一种极为理想的储氢方式。但液氢储存面临两大技术难点：一是液氢储存容器的绝热问题，由于储槽内液氢与环境温差大，为控制槽内液氢蒸发损失和确保储槽的安全(抗冻、承压)，对储槽及其绝热材料的选材和储槽的设计均有很高的要求，液氢低温储罐体积约为液氢的2倍，储氢成本较高；二是氢液化能耗大，理论上液化1kg氢需要耗费4～10kWh的电，约是其储存能量的30％。液化储氢技术主要应用在航空航天方面，只有少数汽车公司推出的燃料电池汽车样车上采用该储氢技术。液氢储存的经济性与储量的大小密切相关：储氢量较大时，液氢储存成本较高压氢气储存低。对于储存容积较小的小型储存器(<100L)，一般采用真空超级绝热或外加液氮保护屏的真空超级绝热，蒸发损失大约为0.4wt％/d。而对于真空粉末绝热的大型储槽而言，其蒸发损失为1～2wt％/d。总体而言，液化储氢技术由于储存成本较高，安全技术也比较复杂。金属氢化物储氢即利用金属氢化物储氢材料来储存和释放氢气。利用某些金属或合金与氢反应后以金属氢化物形式吸氢，生成的金属氢化物加热后释放出氢。理论上，金属氢化物储氢密度可达标准状态下氢气的1000倍，与液氢相似，甚至超过液氢，是一种非常有发展前景的储氢方式。但绝大部分金属氢化物的重量储氢量仅为1wt％～3wt％，重量储氢容量有待于进一步提高，且存在储氢释氢时间长、需要高温加热再生释氢及材料循环寿命问题。综上，三种主要储氢方法均有明显缺陷，金属氢化物储氢：存在工作温度高及循环寿命问题，且受制于新材料的开发进程；高压储氢：重量储氢密度低，高压安全性差；液氢储氢：液化过程能耗巨大，使用过程低温冷能难以有效利用，造成浪费。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题和不足，提出了一种低温杜瓦容器以及低温高压储氢系统，不但储氢质量高，而且储氢压力低。本专利技术是这样实现的：本专利技术实施例提供一种低温杜瓦容器，包括低温杜瓦模块，所述低温杜瓦模块包括储氢承压层以及蓄冷夹层，于所述蓄冷夹层内设置有氢气进出盘管，所述氢气进出盘管于所述蓄冷夹层内曲折延伸，所述氢气进出盘管具有高压氢气入口以及高压氢气出口，所述高压氢气出口与所述储氢承压层连通。优选地，所述低温杜瓦模块包括绝热层，所述绝热层位于所述蓄冷夹层与所述储氢承压层之间，所述氢气进出盘管经所述蓄冷夹层进入所述绝热层内。优选地，所述蓄冷夹层与所述绝热层均为多层，且沿所述低温杜瓦模块由内之外的顺序，所述蓄冷夹层与所述绝热层依次交替设置。优选地，所述绝热层为发泡绝热层或真空绝热层。优选地，所述低温杜瓦模块还包括保护层，所述储氢承压层与所述蓄冷夹层均位于所述保护层内侧。优选地，还包括氢气质量检测模块，所述氢气质量检测模块检测所述储氢承压层内的温度与压力参数。优选地，所述蓄冷夹层包括1-4级蓄冷夹层，所述蓄冷夹层内含有固相、液相或固液相变蓄冷介质；所述固相蓄冷介质为金属介质；或者所述液相蓄冷介质包括液氮、甲烷、乙烯、乙烷、乙醇、丙烯、丙烷、异丁烷、丁烷、戊烷、异戊烷中的至少一种。本专利技术实施例还提供一种低温高压储氢系统，包括增压模块、冷却模块以及低温杜瓦容器，通过所述增压模块对导入所述低温杜瓦容器内的氢气增压，通过所述冷却模块对导入所述低温杜瓦容器内的氢气降温。优选地，所述增压模块与所述冷却模块均有多组，且沿氢气流向，所述增压模块与所述冷却模块交替串联设置。优选地，氢气导入所述低温杜瓦容器内时，氢气的压力达到5-35MPa，且温度不低于34K。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中，蓄冷夹层内具有蓄冷介质，进而使得该低温杜瓦模块具有冷却功能，低温氢气经氢气进出盘管流入带蓄冷介质的蓄冷夹层中，最终进入储氢承压层内；释氢时，储氢承压层内低温氢气由氢气进出盘管经蓄冷夹层流出，将冷量传给蓄冷介质，复温后进入用户侧，相较于金属氢化物储氢无需加热再生释氢，材料寿命长；相较于高压储氢：可提高重量储氢密度，降低超高压安全性隐患；相较于液氢储氢：无需液化，降温只需提供显热，冷量大幅降低，同时使用过程可有效利用低温冷能。且低温杜瓦容器与增压模块以及冷却模块配合，可以维持氢气在气相状态下，提高气相密度同时，不会引入过多能量，且可在压力不必太高，温度不必太低情况下实现的储氢释氢过程。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术的一些实施例，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它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种低温高压储氢系统的结构示意图；图2为图1的低温高压储氢系统的低温杜瓦容器的结构示意图；图3为图1的低温高压储氢系统的低温杜瓦模块的截面结构示意图；图4为图1的低温高压储氢系统的多级增压模块与多级冷却模块的串联结构示意图；图5本专利技术实施例提供的一种低温高压储氢系统的另一实施例的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温杜瓦容器，包括低温杜瓦模块，其特征在于：所述低温杜瓦模块包括储氢承压层以及蓄冷夹层，于所述蓄冷夹层内设置有氢气进出盘管，所述氢气进出盘管于所述蓄冷夹层内曲折延伸，所述氢气进出盘管具有高压氢气入口以及高压氢气出口，所述高压氢气出口与所述储氢承压层连通。

【技术特征摘要】
1.一种低温杜瓦容器，包括低温杜瓦模块，其特征在于：所述低温杜瓦模块包括储氢承压层以及蓄冷夹层，于所述蓄冷夹层内设置有氢气进出盘管，所述氢气进出盘管于所述蓄冷夹层内曲折延伸，所述氢气进出盘管具有高压氢气入口以及高压氢气出口，所述高压氢气出口与所述储氢承压层连通。2.如权利要求1所述的低温杜瓦容器，其特征在于：所述低温杜瓦模块包括绝热层，所述绝热层位于所述蓄冷夹层与所述储氢承压层之间，所述氢气进出盘管经所述蓄冷夹层进入所述绝热层内。3.如权利要求2所述的低温杜瓦容器，其特征在于：所述蓄冷夹层与所述绝热层均为多层，且沿所述低温杜瓦模块由内之外的顺序，所述蓄冷夹层与所述绝热层依次交替设置。4.如权利要求1所述的低温杜瓦容器，其特征在于：所述绝热层为发泡绝热层或真空绝热层。5.如权利要求1所述的低温杜瓦容器，其特征在于：所述低温杜瓦模块还包括保护层，所述储氢承压层与所述蓄冷夹层均位于所述保护层内侧。6.如权利要求1所述的低...

【专利技术属性】
技术研发人员：公茂琼，周远，赵延兴，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11