一种固态储氢装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种固态储氢装置及其方法

【技术实现步骤摘要】
一种固态储氢装置及其方法


[0001]本专利技术涉及氢能装备
，具体涉及一种固态储氢装置及其方法
。

技术介绍

[0002]固态储氢是指通过物理或者化学吸附的方式将氢气存储于固态储氢材料介质中
。
这种新型储氢技术具有体积储氢密度高
、
储运方便
、
安全性能好等优点，因而被认为是最有发展前景的储氢方式
。
固体材料储氢机理总体上可分为两类，即物理储氢和化学储氢
。
物理储氢材料包括碳质吸附材料
、
金属有机骨架和沸石等
。
氢气被吸附在材料的微孔
、
骨架或管结构上，不伴随化学反应的发生
。
对于化学储氢，材料主要有各类金属合金
、
金属氢化物
、
配位氢化物以及氢气水合物等，有化学反应的发生，氢气被存储在金属氢化物的合金晶格中
。
其中，由于丰富的储量，较高的理论储氢量
(7.6wt
％
)
和体积储氢密度
(110kg/m
3 H2)
，低廉的成本价格，且单质镁可以在高温条件下与氢气反应生成
MgH2，故
MgH2/Mg
体系被认为是最有潜力的储氢体系之一
。
然而，固态储氢在氢气释放过程中需要一定的热量，常规的电加热方式主要存在两点不足，一是会降低采用固态储氢载具的能量利用率，采用蓄电池等方式则会显著增加固态储氢装置的体积和重量，二是电加热等方式存在明显的安全隐患，容易发生燃烧及爆炸等事故
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种固态储氢装置，利用具有高储热密度
(800
～
1000kJ/kg)
的热化学储热技术作为固态储氢装置的热源，大幅提升固态储氢装置的安全性及储重比参数，此外，在固态储氢装置氢气充注过程的同时，通过加注液态吸附工质即可完成热量存储，具有操作简单
、
快捷的特征，提升固态储氢装置在氢能载具上的适用性
。
[0004]本专利技术拟用如下技术方案实现本专利技术的目的：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种固态储氢装置，其包括绝热的储氢腔和绝热的储热腔；
[0006]储氢腔中填充有储氢合金，带有氢气阀的氢管路从储氢腔外部穿入储氢腔内部；氢管路在氢气充注阶段将氢气输入储氢合金中进行存储，在氢气释放阶段将氢气从储氢合金中排出；
[0007]储氢合金内部设置有热化学吸附床，热化学吸附床与储氢合金构成换热接触但是无法物质交换；热化学吸附床在氢气充注阶段通过吸收储氢合金中的热量实现气态吸附工质的解吸和吸附床再生，在氢气释放阶段通过吸附外部输入的气态吸附工质向储氢合金释放热量；
[0008]热化学吸附床表面布置有辅助加热的电加热组件；热化学吸附床上设有工质进出口，且工质进出口连接吸附工质管路的一端，吸附工质管路的另一端接入储热腔中；储热腔内部设置有储液器，储液器上连接有吸附工质管路和加注管路；吸附工质管路依次连接储液器的顶部气相空间
、
调节阀以及吸附工质管路的另一端，从而用于在调节阀开启时将储
液器内的气态吸附工质输入热化学吸附床中；加注管路一端连接储液器的顶部气相空间，另一端穿出储热腔后连接外部的加注阀，用于在加注阀开启时向储液器内加注液态吸附工质；再生管路依次连接吸附工质管路的另一端和再生泵后穿出储热腔并连接外部的再生阀，用于在再生阀开启时排出热化学吸附床再生解吸产生的气态吸附工质；储液器内部设置有与上永磁体固定的蓄能型加热块，蓄能型加热块的外表面能够与液态吸附工质直接换热；储液器外部设置有空间位置可控的下永磁体，通过两个永磁体之间的相互作用力调整蓄能型加热块在液态吸附工质中的加热面积
。
[0009]作为上述第一方面的优选，所述电加热组件为贴附于热化学吸附床表面的电加热膜，电加热膜的电源线穿出固态储氢装置的外壳连接供电电源
。
[0010]作为上述第一方面的优选，所述下永磁体安装于储热腔内的储液器下方，且由伸出储热腔的机械式调节杆控制相对于上永磁体的空间位置
。
[0011]作为上述第一方面的优选，所述储液器中安装有从内部延伸至外部的导向架，上永磁体
、
蓄能型加热块
、
下永磁体均安装于导向架上，由导向架限制三者仅能沿竖向上下滑动，蓄能型加热块在液态吸附工质中的浸没深度与其加热面积呈正相关
。
[0012]作为上述第一方面的优选，所述蓄能型加热块能漂浮于储液器内部的液态吸附工质中，上永磁体和下永磁体异极相对从而相互吸引，下永磁体向下移动远离上永磁体过程中蓄能型加热块的浸没深度逐渐减小，下永磁体向上移动靠近上永磁体过程中蓄能型加热块的浸没深度逐渐增大
。
[0013]作为上述第一方面的优选，所述蓄能型加热块采用为潜热型相变蓄热模块或磁热型加热模块，且以可替换形式安装于储液器中
。
[0014]作为上述第一方面的优选，所述储氢合金选用为镁基储氢合金
。
[0015]作为上述第一方面的优选，所述再生管路的出口端外接制冷设备，用于将排出的气态吸附工质液化回用
。
[0016]作为上述第一方面的优选，所述热化学吸附床中填充有固态的热化学吸附剂，所述吸附工质采用与热化学吸附剂匹配构成热化学储热的工质类型
。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种如上述第一方面任一方案所述的固态储氢装置的运行方法，其包括交替进行的氢气充注阶段和氢气释放阶段，；
[0018]所述氢气充注阶段中热化学吸附床处于吸附饱和状态，其运行流程如下：
[0019]打开再生阀，启动再生泵，保持热化学吸附床内部开始处于负压状态；随后打开氢气阀，将外部氢气通过氢管路进入储氢合金，以化合物的形式进行氢气存储，同时释放反应热并对热化学吸附床进行加热，热化学吸附床通过解吸再生且释放的气态吸附工质进入再生管路，依次通过再生泵
、
再生阀后排出；若氢气存储过程中的反应热不足以完成热化学吸附床的再生，则开启电加热组件对热化学吸附床进行辅助加热；当氢气完成充注且热化学吸附床完成再生后，关闭再生阀
、
氢气阀，停止再生泵，随后打开加注阀，将外部的液态吸附工质通过加注管路进入储液器，到达指定液位后关闭加注阀，蓄能型加热块通过输入热量或直接替换完成热量蓄积，完成氢气充注阶段，进入氢气释放阶段；
[0020]所述氢气释放阶段的运行流程如下：
[0021]打开氢气阀
、
调节阀，通过控制下永磁体相对于上永磁体的位置，使蓄能型加热块逐渐浸没在液态吸附工质中，对液态吸附工质进行加热，液态吸附工质汽化产生的气态吸
附公知通过吸附工质管路进入热化学吸附床，与热化学吸附床的热化学吸附剂进行反应，释放的吸附热对储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种固态储氢装置，其特征在于，包括绝热的储氢腔
(1)
和绝热的储热腔
(2)
；储氢腔
(1)
中填充有储氢合金
(5)
，带有氢气阀
(4)
的氢管路
(3)
从储氢腔
(1)
外部穿入储氢腔
(1)
内部；氢管路
(3)
在氢气充注阶段将氢气输入储氢合金
(5)
中进行存储，在氢气释放阶段将氢气从储氢合金
(5)
中排出；储氢合金
(5)
内部设置有热化学吸附床
(6)
，热化学吸附床
(6)
与储氢合金
(5)
构成换热接触但是无法物质交换；热化学吸附床
(6)
在氢气充注阶段通过吸收储氢合金
(5)
中的热量实现气态吸附工质的解吸和吸附床再生，在氢气释放阶段通过吸附外部输入的气态吸附工质向储氢合金
(5)
释放热量；热化学吸附床
(6)
表面布置有辅助加热的电加热组件；热化学吸附床
(6)
上设有工质进出口，且工质进出口连接吸附工质管路
(9)
的一端，吸附工质管路
(9)
的另一端接入储热腔
(2)
中；储热腔
(2)
内部设置有储液器
(11)
，储液器
(11)
上连接有吸附工质管路
(9)
和加注管路
(20)
；吸附工质管路
(9)
依次连接储液器
(11)
的顶部气相空间
、
调节阀
(10)
以及吸附工质管路
(9)
的另一端，从而用于在调节阀
(10)
开启时将储液器
(11)
内的气态吸附工质输入热化学吸附床
(6)
中；加注管路
(20)
一端连接储液器
(11)
的顶部气相空间，另一端穿出储热腔
(2)
后连接外部的加注阀
(21)
，用于在加注阀
(21)
开启时向储液器
(11)
内加注液态吸附工质；再生管路
(17)
依次连接吸附工质管路
(9)
的另一端和再生泵
(18)
后穿出储热腔
(2)
并连接外部的再生阀
(19)
，用于在再生阀
(19)
开启时排出热化学吸附床
(6)
再生解吸产生的气态吸附工质；储液器
(11)
内部设置有与上永磁体
(13)
固定的蓄能型加热块
(14)
，蓄能型加热块
(14)
的外表面能够与液态吸附工质直接换热；储液器
(11)
外部设置有空间位置可控的下永磁体
(15)
，通过两个永磁体之间的相互作用力调整蓄能型加热块
(14)
在液态吸附工质中的加热面积
。2.
如权利要求1所述的固态储氢装置，其特征在于，所述电加热组件为贴附于热化学吸附床
(6)
表面的电加热膜
(7)
，电加热膜
(7)
的电源线
(8)
穿出固态储氢装置的外壳连接供电电源
。3.
如权利要求1所述的固态储氢装置，其特征在于，所述下永磁体
(15)
安装于储热腔
(2)
内的储液器
(11)
下方，且由伸出储热腔
(2)
的机械式调节杆
(16)
控制相对于上永磁体
(13)
的空间位置
。4.
如权利要求3所述的固态储氢装置，其特征在于，所述储液器
(11)
中安装有从内部延伸至外部的导向架
(12)
，上永磁体
(13)、
蓄能型加热块
(14)、
下永磁体
(15)
均安装于导向架
(12)
上，由导向架
(12)
限制三者仅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，宋建军，于兰，王淮英，张钰莹，崔皓玉，张平，杨括，陈永，陈静，李山峰，瞿骞，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：