包括有整体式热管理系统的氢储床系统技术方案

一种氢储床系统（１），其包括压力容器（２）、设置在压力容器（２）内的储氢合金（３），以及整体式地设置在压力容器内的热管理系统。此整体式热管理系统包括热发生装置（４）、冷却装置（５）和包括了带有热分配片（７）的散热器（６）的热分配装置。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术用于解决比较麻烦的热管理问题，迄今为止这些问题具有麻烦的氢储床系统(hydrogen storage bed system)。本专利技术的创新设计包括整体式热管理系统，其可均匀并有效地加热和冷却储氢合金，这种合金能够第一次地实际使用最普遍存在的燃料的最终来源即氢，其能用于下一个千年及以后。更具体地说，本专利技术介绍了热发生器如催化燃烧器、冷却装置如热交换器和热分配系统如热总线或热管与热分配片的集成。
技术介绍
作为燃料的氢具有巨大的能量，当其被氧化或燃烧时只产生水作为其燃烧产物。氢的容易燃烧、高效无污染的燃烧以及对包括内燃机在内的现有动力源的改进相对容易的特点使得氢成为用于耗能较多的经济的理想能源。Stanford Ovshinsky及其研究组和能源变换设备有限公司很久以来就认识到氢作为最优燃料的潜在价值。根据这种认识，对可支持氢的储存(于1999年11月6日提交的美国专利申请No.09/435497)和运输的装置的研发一直在持续，其中包括可支持氢经济体系的基础设施(于1999年11月22日提交的美国专利申请No.09/444810)。虽然氢为最优燃料，然而其储存和运输存在着困难。在液态下，氢由于蒸发而存在着严重的损耗；另外，在对氢进行压缩和制冷以得到其液态的方面也存在着初始的较高能量消耗。在气态下，为了得到经济的储量，氢必须被压缩，这种压缩气体的保存需要厚壁容器，这种容器本身就必须较重且应制成较坚固。Ovshinsky研究组通过开发储氢合金以及具有较大的储氢量且可在相对较低的温度下以较高速率充填氢和释放氢的金属和金属合金来致力于解决上述需求。这种氢储存在材料的分子或晶体结构中的大容量固体储存材料的开发已经成为基于氢能源的经济中的相关但侧重点不同的解决方案的关键所在。这就是用于便携式应用、尤其是用于便携式动力需求的少量氢的可靠且可重复的储存和释放。对于这些应用来说，需要能够可靠和有效地对储存材料进行完全的充填和释放，这种材料安装成可使动力源运转，动力源可以是氢内燃机、采用氢燃料电池运转的电动机，或者是其它消耗氢的动力系统。与这些需求相关的需求是应保证这种系统及其容器能够承受与动力传输有关的持续振动。如Ovshinsky研究组所介绍的那样，金属氢化物材料近来成为普遍关心的一个焦点，其可用作运输应用中的通用固态氢储存装置，并用于可靠地按照需求或如所需地储存并释放氢作为动力。用于动力的能量生成是引起令人讨厌的“温室效应气体”的一个较大且正在增长的部分，温室效应气体正以巨大的体积稳定地增加到地球大气中。在这些气体中，所产生的体积较大的二氧化碳尤其是它们中的一种麻烦的气体，这是因为二氧化碳是碳基燃料的燃烧产物，其所产生的体积非常大，还产生了一氧化碳，它是另一种温室效应气体，其在呼吸时会引起额外的中毒问题。采用氢作为燃料可以容易地消除碳氧化物的产生，并只产生水作为其燃烧产物。尤其在动力燃料应用中，用氢代替汽油、液化石油气(LPG)、酒精、燃油或其它碳基燃料能够极大地降低这种使全球变暖且有毒的材料的产生和释放。如上述’810专利申请中所提到的，氢储存材料的细致的热管理对金属氢化物或其它储存材料的氢化和脱氢或充填和释放的可靠循环是很重要的。本专利技术人在此提供了一种用于在充填或燃料补给期间控制热量的释放以及在从氢储存材料的安装储存容器或储床中释放或使用燃料期间产生和控制热量施和的装置。这些专利技术人已经开发并现已公开了用于根据需要选择性地或均匀地加热或冷却储床的装置，以用于在传送中产生能量和对“加油站”中的“储气罐”进行燃料补给。这可通过设计加热和冷却装置或其组合来实现，这种设计使得在储存材料床中连接了用于将加热或冷却能力传送到这种储床中的远处的装置。作为考虑之一，下述专利技术的一部分为使储存容器的内部与大气热绝缘，从而保证热管理如所期望地进行以实现平稳的操作，无论动力车辆是否由这种燃料储床来操作。另外，本专利技术的储存容器的大小通常可形成了无限大的体积和尺寸，它们可通过增设多个有效尺寸的容器而结合到系统中。专利技术人已经有效地开发并现已提供了可携带并储存氢燃料的装置，其可用于任何用途、形状或大小的动力车辆，包括但不限于小汽车、卡车、火车、飞行器和水运工具。采用氢燃料使车辆运转的应用是朝向重大且有效地减小当前发生的且有时是灾难性的全球变暖问题的一大步骤。专利技术概要本专利技术包括氢储床系统，其包括压力容器、设置在压力容器内的储氢合金，以及整体式地设置在压力容器内的整体式热管理系统。整体式热管理系统包括热发生装置、冷却装置和热分配装置。热发生装置包括一个或多个电加热件和催化燃烧器，优选后者。催化燃烧器设计成可燃烧氢、汽油、燃油、丙烷、柴油或天然气中的一种或多种，优选丙烷和氢。冷却装置包括设计成可利用空气、氢、水或有机冷却剂的管式热交换器。空气、氢、水是优选的冷却剂。热发生装置和冷却装置可结合成一个设计用于加热和冷却的单元。热分配装置包括与所述热发生装置和所述冷却装置热耦合的散热器，以及与所述散热器热耦合并散布在储氢合金中的热分配片。热分配片和散热器由从包括有传热石墨、不锈钢、镁和镁合金的组中选出的材料形成。或者，热分配装置可包括与所述热发生装置和所述冷却装置热耦合的热管而不是散热器。热分配片与热管热耦合并散布在储氢合金中。同样，热分配片由从包括有传热石墨、不锈钢、镁和镁合金的组中选出的材料形成。储氢合金选自T-Zr基合金和Mg基合金。优选的大容量Mg基储氢合金含有超过90％重量的镁，并含有至少一种改性元素。所述至少一种改性元素形成了镁基合金，其能够储存至少7％重量的氢并在300℃下在1.5分钟内吸收氢的所有储量的80％。改性元素主要包括Ni和Mm(混合稀土)，还可包括添加元素如Al、Y和Si。因此，合金通常含有0.5-2.5％重量的镍和约1.0-4.0％重量的Mm(主要含有Ce、La和Pr)。合金还可含有3-7％重量的Al、0.1-1.5％重量的Y和0.3-1.5％重量的硅中的一种或多种。储氢合金的形式为粉末、颗粒或其混合物，后者为优选。压力容器由从包括有不锈钢或纤维增强聚合物的组中选出的一种或多种材料形成。优选的压力容器为多层结构如三层结构，其包括1)由不与氢和所述储氢合金发生反应并能承受系统的操作温度的轻质材料形成的内层；2)由轻质绝缘材料形成的中间层；以及3)由可承受储床系统的工作压力的纤维增强聚合物复合材料形成的外层。氢储床系统还可包括设置在储氢合金的整个内部的热电偶，以便通过检测合金释放区域内的温度峰值来确定系统充填状态。最后，系统可包括氢气分配系统以提高储氢合金的氢化/脱氢速度。分配系统通常包括分配总管和一个或多个可渗透氢气的分配管。附图简介附图说明图1是本专利技术的氢储床系统的一个实施例的横向剖视图的示意性图示；图2显示了根据本专利技术的具有多层结构的压力容器的储床系统1的外观图；图3是用于根据本专利技术的储床系统1的空气冷却和水冷却的以克为单位的储存氢与以分钟为单位的时间的曲线图；图4是根据本专利技术的储床系统1的在释放氢的时间内的温度和时间的曲线图，温度由分布在储床内的热电偶测得，其表示此热管理系统是有效的；图5是本专利技术的氢储床系统的第二实施例的横向剖视图的示意性图示，其与图1所示系统类似但大于图1所示系统；图6是本专利技术的氢储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢储床系统，包括： 压力容器； 设置在所述压力容器内的储氢合金；和 整体式地设置在所述压力容器内的整体式热管理系统，其包括： 热发生装置； 冷却装置；和 热分配装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SR奥夫辛斯基，RT杨，李洋，V迈尔斯尼科夫，V索波勒夫，
申请(专利权)人：能源变换设备有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]