一种节能高效合金储氢罐充氢系统技术方案

本发明专利技术涉及一种节能高效合金储氢罐充氢系统，包括液氢储罐，所述液氢储罐的一旁设置有液氢汽化器，所述液氢汽化器内部设置有增压换热管路和汽化换热管路，所述增压换热管路的两端分别通过管路与液氢储罐连通，所述汽化换热管路的一端通过管路与液氢储罐连通，汽化换热管路的另一端通过管路依次串联一号温度计、流量调节阀、稳压阀，稳压阀与合金储氢罐组连接，同时一号温度计和流量调节阀之间的管路上通过分支管与合金储氢罐组连接；所述合金储氢罐组通过管路依次串联有制冷设备、冷媒箱和冷却泵，冷却泵一路与合金储氢罐组连接，另一路与液氢汽化器连接，工作稳定可靠。工作稳定可靠。工作稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种节能高效合金储氢罐充氢系统


[0001]本专利技术涉及技术充氢系统
，尤其是一种节能高效合金储氢罐充氢系统。

技术介绍

[0002]面对日益严峻的气候及能源问题，目前，已经提出了明确的碳达峰和碳中和目标，这将加速能源转型和能源革命的进程。燃料电池作为一种新型能源转换装置，可应用于船舶、汽车、分布式电站等终端，是清洁能源应用的重要方向之一。燃料电池的原料是氢气，氢气的来源可通过太阳能、核能等清洁能源电解水获得，与清洁能源相结合氢气的制取不涉及二氧化碳的排放；不同于燃油车，燃料电池的生成物是水，其发电过程不产生二氧化碳的排放。正因为氢气的制取及使用绿色无污染，燃料电池的应用可促进实现双碳目标的实现。
[0003]氢源是燃料电池系统的重要组成部分，目前合金储氢技术是燃料电池系统应用端的氢源技术之一。合金储氢技术是一种固体储氢技术，在特定的温度与压力条件下，氢气与合金形成化合物固态储存于合金储氢罐，吸收外界热量时放氢，可实现氢气的可逆存储与循环使用。合金储氢的存储压力约是高压储氢技术的十分之一至几十分之一，具有较高的安全性；此外合金储氢材料的体积储氢密度比高压储氢高，可应用于体积要求高的场合，如深海、深地装备等。合金储氢在安全性和体积储氢密度上与其他氢源相比具有较大的优势，是燃料电池系统氢源技术的应用方向之一。
[0004]合金储氢罐在充氢时，氢气与合金形成氢化物过程中将产生大量的热能，使得罐体内发生快速温升现象，罐体温度迅速上升至85℃以上，高温将抑制合金吸收氢气速率，降低其充氢效率，同时降低罐体材料安全性。需等待罐体内温度降低后，才能继续充氢，大幅度延长充氢时间,这一问题在大容积合金储氢罐中表现的尤为明显；因此，为提升合金储氢罐的充氢效率，确保充氢过程罐体安全，需要将产生的热能快速、及时带出罐体。
[0005]现有技术中在使用氢气集装格等高压氢气给合金储氢罐充氢时，通常需要采用预冷器对氢气降温，并使用低温冷却水作为换热介质，利用以下两种方式降温：
[0006]第一种：通过将合金储氢罐外浸水浴在水池内，如公开号为CN109708002B使用低温水槽作为冷却源，将合金储氢罐水浴在低温水槽中，利用罐体外表面与水槽中低温水接触的手段来带走罐体内热量，以提高充氢效率；
[0007]第二种：利用循环的低温冷却水进入合金储氢罐内置的换热结构将充氢产生的热量带出，如公开号为CN111536418B中提出使用制冷机制取低温水，通过循环的低温冷却水进入合金储氢罐内部换热结构带出热量的方法来提高充氢效率。
[0008]但两种方式均存在以下弊端：
[0009]在第一种使用方式下，一是需要将待补给的合金储氢罐浸泡在低温水池中，限制了合金储氢罐使用场合和充氢时的便捷性，二是合金储氢罐外表面换热面积有限,换热量一定，且罐体内部传热具有滞后性，短时间只能带走合金储氢罐外表面和罐体内部靠近外表面的热量，换热量有限，无法快速实现全罐降温。
[0010]在第二种使用方式下，通过内置换热结构与低温循环冷却水接触作为换热方式的
使用方式，换热量有限，若要提高换热效率，需要增大其内部的换热结构，势必会减少合金储氢罐内部储氢材料的装填空间，降低其储氢密度，限制其使用场合，同时需要不间断制取循环冷却水，耗费较多能量。
[0011]在燃料电池应用领域，现有氢气储运方式主要是通过高压氢气瓶集装格或氢气管束等气态氢的形式运输，气态储运中氢气密度较小，而高压储氢压力容器自重大，导致气态储运的运输氢气效率低，成本较高。液氢储运技术是将氢气低温液化后进行储运，液氢储氢密度远高于气态储氢密度，可提升氢气的储运效率和降低储运成本，液氢储运技术已经成为行业内关注的焦点，将成为行业内发展的重点方向之一。
[0012]液氢在常压下的温度为
‑
252.8℃以下，液氢汽化及低温氢气温升至常温过程中需吸收大量的热能，若将液氢储运方式与燃料电池应用端的合金储氢技术进行融合，相比常规高压氢气储运方式，使用液氢对合金储氢罐充氢可以系统性地利用液氢的低温条件优化合金储氢罐的传热过程，提升合金储氢罐的充氢效率。

技术实现思路

[0013]本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种节能高效合金储氢罐充氢系统，从而可以大大的提升合金储氢罐的充氢效率，降低了整个系统能耗，符合绿色能源节能减排的要求。
[0014]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0015]一种节能高效合金储氢罐充氢系统，包括液氢储罐，所述液氢储罐的一旁设置有液氢汽化器，所述液氢汽化器内部设置有增压换热管路和汽化换热管路，所述增压换热管路的两端分别通过管路与液氢储罐连通，所述汽化换热管路的一端通过管路与液氢储罐连通，汽化换热管路的另一端通过管路依次串联一号温度计、流量调节阀、稳压阀，稳压阀与合金储氢罐组连接，同时一号温度计和流量调节阀之间的管路上通过分支管与合金储氢罐组连接；所述合金储氢罐组通过管路依次串联有制冷设备、冷媒箱和冷却泵，冷却泵一路与合金储氢罐组连接，另一路与液氢汽化器连接，
[0016]所述液氢汽化器的两端分别安装有二号温度计和三号温度计，所述合金储氢罐组和制冷设备之间的管路上安装有四号温度计。
[0017]其进一步技术方案在于：
[0018]所述液氢储罐为真空绝热压力容器。
[0019]所述液氢储罐为椭圆形的罐体。
[0020]所述增压换热管路与液氢储罐的连接管路分别安装有自动调节阀和一号压力表。
[0021]所述汽化换热管路与液氢储罐的连接管路上安装有一号电动调节阀。
[0022]所述稳压阀与合金储氢罐组之间的管路上安装有二号压力表和流量计。
[0023]所述合金储氢罐组采用三个合金储氢罐并联组成。
[0024]所述分支管上串联有一号安全阀和二号安全阀，一号安全阀和二号安全阀之间安装有放空管。
[0025]所述冷却泵出口与合金储氢罐组之间的管路上安装二号电动调节阀，冷却泵出口与液氢汽化器之间的管路上安装三号电动调节阀。
[0026]所述二号温度计和三号温度计之间通过管路连通，此管路上安装四号电动调节
阀。
[0027]本专利技术的有益效果如下：
[0028]本专利技术结构紧凑、合理，操作方便，通过选用可大规模储运的液氢作为氢源，使用较高储氢密度的低温液氢装置给合金储氢罐充氢，无需配置预冷器，利用液氢汽化后低温氢气温升过程中吸热特性，在氢气与合金形成化合物时同步原位吸收部分热能，从源头上降低充氢过程中的热能排放，优化合金储氢罐的传热过程，提升了合金储氢罐的充氢效率，并利用液氢的温度低于冷媒温度的特性，利用液氢的汽化潜热降低对整个系统制冷功率的需求，降低了整个系统能耗，符合绿色能源节能减排的要求。
[0029]同时，本专利技术系统性地利用了液氢汽化潜热和低温的特点，主要存在以下优点：
[0030]一、与常规高压氢气给合金储氢罐充氢需要对氢气预冷降温等方式相比，使用液氢装置可以系统性地利用液氢汽化后氢气的低温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种节能高效合金储氢罐充氢系统，其特征在于：包括液氢储罐(1)，所述液氢储罐(1)的一旁设置有液氢汽化器(3)，所述液氢汽化器(3)内部设置有增压换热管路(4)和汽化换热管路(7)，所述增压换热管路(4)的两端分别通过管路与液氢储罐(1)连通，所述汽化换热管路(7)的一端通过管路与液氢储罐(1)连通，汽化换热管路(7)的另一端通过管路依次串联一号温度计(8)、流量调节阀(9)、稳压阀(10)，稳压阀(10)与合金储氢罐组(13)连接，同时一号温度计(8)和流量调节阀(9)之间的管路上通过分支管与合金储氢罐组(13)连接；所述合金储氢罐组(13)通过管路依次串联有制冷设备(14)、冷媒箱(15)和冷却泵(16)，冷却泵(16)一路与合金储氢罐组(13)连接，另一路与液氢汽化器(3)连接，所述液氢汽化器(3)的两端分别安装有二号温度计(19)和三号温度计(20)，所述合金储氢罐组(13)和制冷设备(14)之间的管路上安装有四号温度计(22)。2.如权利要求1所述的一种节能高效合金储氢罐充氢系统，其特征在于：所述液氢储罐(1)为真空绝热压力容器。3.如权利要求1所述的一种节能高效合金储氢罐充氢系统，其特征在于：所述液氢储罐(1)为椭圆形的罐体。4.如权利要求1所述的一种节能高效合金储氢罐充氢系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐纪伟，潘琼文，招聪，谢仁和，李彬彬，郑恒持，张炜，于朝，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：