用于氢存储材料的加热系统技术方案

本发明专利技术涉及用于氢存储材料的加热系统。已经提出了能够提供热量给设置在氢气存储罐中的氢存储材料的辅助加热系统，所述氢存储材料可包括至少一种吸氢材料。这些辅助加热系统涉及在催化加热器中催化燃烧氢气和氧气，以产生热量和燃烧产物。然后，由催化燃烧产生的热量可间接地或直接地传输给氢存储材料，以促进可能存储在所述至少一种吸氢材料中的额外的可解吸的氢的释放。

【技术实现步骤摘要】


总体上涉及用于氢消耗装置的氢存储和输送系统。
技术介绍
使用氢作为氢消耗装置(例如车辆)的可能燃料源已经促进对氢存储和输 送技术的研究。一个具体的焦点领域包括期望在存储罐中存储有效量的氢，所述存储罐在 相对适中的温度和压力范围内操作。为了试验并完成这种技艺，大量的注意力已经针对氢 存储材料，氢存储材料包括在存在氢气时能够可逆地形成氢化物的吸氢材料。有许多吸氢 材料，这些吸氢材料能够在接近环境压力和温度状况时可逆地吸附和解吸气态氢。因而，添 加这种材料到氢存储罐内部能够显著地增加其氢存储能力。然而，在位于存储罐内部时，大块的吸氢材料可能需要大量的热输入来帮 助快速解吸大量的氢，以便输送给氢消耗装置。该热输入要求可能引起许多问题。例如，就 车辆而言，引起和管理氢解吸所需要的热源可能必须在不增加车辆的不必要重量和机械复 杂性的情况下在车上承载。解决车载热源问题的一种可能的途径涉及使得车载燃料电池发电站产生 的排气废热(例如在质子交换膜燃料电池堆的阴极处产生的热)再循环。但是从燃料电池 发电站的排气产生的热的数量和/或质量与引起和保持从各种吸氢材料的氢解吸所需要 的热的数量和/或质量之间的不匹配使得这种选择有一定的挑战性，其中从燃料电池发电 站的排气产生的热往往处于约80°C或更低的温度，而引起和保持从各种吸氢材料的氢解吸 所需要的热约为100°C及更高的温度。另一种选择包括使用电加热器，例如电阻加热器，所 述电加热器由燃料电池发电站的电输出的一部分供电。但是这种途径的问题在于电加热器 的效率受到燃料电池发电站的总效率的固有限制。因而，需要开发一种将热提供给包含在氢存储罐中的氢存储材料的改进的 产品和方法。
技术实现思路
一个示例性实施例包括一种方法，该方法包括提供氢存储罐，所述氢存储 罐封装氢存储材料，所述氢存储材料包括具有可解吸的氢的至少一种吸氢材料。第一氢气 流可从所述氢存储罐提供。所述第一氢气流的至少一部分可被分流以形成第二氢气流。所 述第二氢气流和氧气流可输送给包含催化剂的催化加热器，所述催化剂利于所述第二氢气 流和所述氧气流中的至少一些的燃烧以产生热量。所述热量中的至少一些可传输给所述氢 存储材料以从所述至少一种吸氢材料解吸所述可解吸的氢中的至少一些。另一个示例性实施例包括一种方法，该方法包括提供氢存储罐，所述氢存 储罐构造成提供第一氢气流给氢消耗装置且提供第二氢气流给催化加热器。所述氢存储罐 可限定有罐内部，所述罐内部包括氢存储材料，所述氢存储材料包括具有可解吸的氢的金 属氢化络合物(complex metal hydride)。催化加热器可包含催化剂，所述催化剂能够利于 氢气和氧气的燃烧。所述第二氢气流可与环境空气形式的氧气流混合，以形成反应气体混 合物。所述反应气体混合物可输送给所述催化加热器，使得所述反应气体混合物与催化剂 相互作用且至少部分地燃烧以产生热量。所述热量中的至少一些可从所述催化加热器直接 地或者间接地传输给所述氢存储材料，以从所述至少一种金属氢化络合物解吸所述可解吸 的氢中的至少一些。又一个示例性实施例包括一种系统，该系统包括氢存储罐，所述氢存储 罐封装氢存储材料，所述氢存储材料包括具有可解吸的氢的至少一种吸氢材料；氢消耗装 置，所述氢消耗装置从所述氢存储罐接收第一氢气流；和催化加热器，所述催化加热器接收 氧气流和来自所述氢存储罐的第二氢气流。催化加热器可包含催化剂，所述催化剂利于第 二氢气流和氧气流的燃烧以产生热量。所述第二氢气流和所述氧气流的燃烧产生的热量中 的至少一些可传输给所述氢存储材料以从所述至少一种吸氢材料解吸所述可解吸的氢中 的至少一些。本专利技术的其它示例性实施例将通过下文提供的详细说明而变得显而易见。 应当理解的是，所述详细说明和具体示例虽然公开了本专利技术的示例性实施例，但是仅仅用 于说明目的，而并非旨在限制本专利技术的范围。附图说明通过详细说明和附图将更充分地理解本专利技术的示例性实施例。附图中图1是用于提供热给氢存储材料的辅助加热系统的示意图，其中根据本发 明的一个实施例采用间接加热。图2是催化加热器的分解透视图，所述催化加热器能够间接地提供热给根 据本专利技术的一个实施例的氢存储材料。图3是图2所示的反应器的热传递层的一部分的放大剖切和单独局部图。图4是图2所示的气体换热器的热传递层的一部分的放大剖切和单独局部 图。图5是用于提供热给氢存储材料的辅助加热系统的示意图，其中根据本发 明的一个实施例采用直接加热。图6是催化加热器的分解透视图，所述催化加热器能够直接地提供热给根 据本专利技术的一个实施例的氢存储系统。图7是从示例1中所述的催化加热器16’收集的数据的曲线图，示出了所 消耗的氢的百分比随催化加热器16’的最大操作功率的百分比变化。图8是从示例1中所述的催化加热器16’收集的数据的曲线图，示出了总 效率(即，氢燃烧能量传递给热传递流体的百分比)随温度和总反应气体流率变化。图9是从示例1中所述的催化加热器16’收集的数据的曲线图，示出了热 分配随催化加热器16’的功率水平变化。图10是从示例1中所述的催化加热器16’收集的数据的曲线图，示出了在 启动期间低温时的催化加热器16’的效率。图11是从示例1中所述的催化加热器16’收集的数据的曲线图，示出了催 化加热器16’的响应时间，其中氢气的流率以及热传递流体的入口和出口温度相对于时间终屮fe OQ o具体实施例方式实施例的以下说明本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本专利技术、其应用 或用途。已经提出了能够提供辅助热给可设置在氢气存储罐中的氢存储材料的多 种系统。这些辅助加热包括在催化加热器中催化燃烧氢气和氧气，以产生热(约242kJ/摩 尔吐)和水蒸汽。氢气可以通过将包含在氢存储罐中的氢的小部分分流而提供给催化加热 器。氧气可以以空气形式从周围环境或者一些其它合适的源提供给催化加热器。氢气和氧气的催化燃烧产生的热然后可以间接地或直接地传递给氢存储 材料，以促进更多氢气的释放。术语“间接加热”及其语法上的变型在这里用于表示通过使 热传递流体循环而将从氢气和氧气的催化燃烧产生的热传递给氢存储材料。合适的热传递 流体的示例包括但不限于水、矿物油、合成油及其组合物。术语“直接加热”及其语法上的 变型在这里用于表示从氢气和氧气的催化燃烧产生的热在不用首先传递给热传递流体的 情况下被直接传递给氢存储材料。这些辅助加热系统为氢存储材料提供质量、体积和能量有效的热源，所述 氢存储材料可能需要显著的热输入以帮助解吸和输送氢气。这些辅助加热技术的能量效率 在将氢气转换为热能时可能接近100%，且能够通过减少从氢存储罐输送氢所需要的能量 负载而提高氢消耗装置的总燃料效率。现在参考图1，根据一个实施例，示出了用于间接加热氢存储材料14的辅 助加热系统10的示意图。系统10可包括氢存储罐12，所述氢存储罐12封装氢存储材料 14 ；催化加热器16，在催化加热器中，氢气和氧气催化燃烧产生热；和循环泵18或其它类似 机构，其用于使热传递流体在催化加热器16和氢存储罐12之间以合适的流率移动。在辅助加热系统10的操作期间，氢出口端口 20从氢存储罐12释放氢气以 便输送给燃料消耗装置22。从出口端口 20释放的氢气的一部分然后可在分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：提供氢存储罐，所述氢存储罐封装氢存储材料，所述氢存储材料包括具有可解吸的氢的至少一种吸氢材料；从所述氢存储罐提供第一氢气流；使所述第一氢气流的至少一部分分流以形成第二氢气流；将所述第二氢气流和氧气流输送给催化加热器，所述催化加热器包括催化剂，所述催化剂利于所述第二氢气流和所述氧气流中的至少一些的燃烧以产生热量；将所述热量中的至少一些传输给所述氢存储材料以从所述至少一种吸氢材料解吸所述可解吸的氢中的至少一些。

【技术特征摘要】
US 2008-9-11 61/096019;US 2009-8-25 12/547065一种方法，包括提供氢存储罐，所述氢存储罐封装氢存储材料，所述氢存储材料包括具有可解吸的氢的至少一种吸氢材料；从所述氢存储罐提供第一氢气流；使所述第一氢气流的至少一部分分流以形成第二氢气流；将所述第二氢气流和氧气流输送给催化加热器，所述催化加热器包括催化剂，所述催化剂利于所述第二氢气流和所述氧气流中的至少一些的燃烧以产生热量；将所述热量中的至少一些传输给所述氢存储材料以从所述至少一种吸氢材料解吸所述可解吸的氢中的至少一些。2.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述第二氢气流和所述氧气流输送给催化 加热器之前将所述第二氢气流和所述氧气流混合成反应气体混合物。3.根据权利要求2所述的方法，其中，将反应气体混合物输送给催化加热器包括将反 应气体混合物输送给包括气体换热器和反应器的催化加热器，所述气体换热器构造和设置 成在反应气体混合物进入所述反应器之前预加热反应气体混合物，所述反应器包括催化剂 且构造和设置成传送和燃烧反应气体混合物并进一步传送热传递流体，使得所述热量中的 至少一些传递给所述热传递流体。4.根据权利要求3所述的方法，其中，将反应气体混合物输送给催化加热器包括将反 应气体混合物输送给包括反应器的催化加热器，所述反应器包括一个或多个热传递层，所 述热传递层包括用于传送和燃烧反应气体混合物的气流通道和用于传送热传递流体的液 流通道，所述气流通道包括含有催化剂的翅片。5.根据权利要求3所述的方法，其中，将反应气体混合物输送给催化加热器包括将反 应气体混合物输送给包括气体换热器的催化加热器，所述气体换热器包括一个或多个热传 递层，所述热传递层包括用于传送反应气体混合物的入口气流通道和用于从所述反应器送 出燃烧产物的出口气流通道。6.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述热量中的至少一些传递给氢存储材料包 括通过使热传递流体在所述催化反应器和所述氢存储罐之间循环而将所述热量中的至少 一些间接地传递给氢存储材料。7.根据权利要求2所述的方法，其中，将反应气体混合物输送给催化加热器包括将反 应气体混合物输送给位于氢存储罐中的催化加热器，所述催化加热器接触或者紧邻氢存储 材料。8.根据权利要求7所述的方法，其中，将反应气体混合物输送给催化加热器包括将反 应气体混合物输送给包括气体分配构件和催化剂容纳外壳的催化加热器，所述气体分配构 件包括穿孔，所述催化剂容纳外壳包括外表面和包含催化剂的内表面，所述催化剂容纳外 壳容纳所述气体分配构件，使得在所述气体分配构件和所述催化剂容纳外壳的内表面之间 形成环状部，以传送和燃烧反应气体混合物从而产生热量。9.根据权利要求7所述的方法，其中，将反应气体混合物输送给催化加热器包括将反 应气体混合物输送给包括气体分配构件的催化加热器，所述气体分配构件包括细长中空 管，沿所述细长中空管的轴向长度所述细长中空管包括大致均勻分布的穿孔，以将反应气 体混合物均勻地分散到环状部中。10.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述热量中的至少一些传递给氢存储材料包 括将所述热量中的至少一些从所述催化剂容纳外壳的外表面直接地传递给氢存储材料。11.根据权利要求1所述的方法，其中，提供氢存储罐包括提供封装氢存储材料的氢存 储罐，所述氢存储材料包括至少一种金属氢化络合物。12.根据权利要求11所述的方法，其中，提供氢存储材料包括提供包括铝氢化物、硼氢 化物或氨基化合物中的至少一种的氢存储材料。13.根据权利要求11所述的方法，其中，提供氢存储材料包括提供包括NaAlH4、LiAlH4、 LiBH4、CaBH4或LiNH2中的至少一种的氢存储材料。14.一种方法，包括提供氢存储罐，所述氢存储罐构造成提供第一氢气流给氢消耗装置且提供第二氢气流 给催化加热器，所述氢存储罐限定有罐内部，所述罐内部包含氢存储材料，所述氢存储材料 包括具有可解吸的氢的金属氢化络合物，所述催化加热器包含催化剂，所述催化剂能够利 于氢气和氧气的燃烧；将所述第二氢气流与环境空气形式的氧气流混合，以形成反应气体混合物；将所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：TA约翰逊，DE德德里克，MP卡诺夫，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]