一种镁基固态材料加热循环储氢装置、系统及存放氢方法

1.本发明属于镁基固态储氢技术领域，尤其是一种镁基固态材料加热循环储氢装置、系统及存放氢方法。


背景技术：

2.当前，氢能的清洁、低碳、高效、可再生和零碳排放等优势对全球气候变化、实现可持续发展、国际能源形势产生了极为重大的影响，已经成为世界新能源发展的主流方向。根据能源署发布的预测报告显示，2070年全球对氢的需求将达到5.2亿吨。目前为止，全球已经启动131个大型氢能开发项目，2050年氢能将占全球总能源消耗的25％。未来以氢能技术作为现代能源科技以及能源变革的主流技术创新方向，但是目前存在利用率不高的问题，随着氢能产业的发展以及应用范围的不断氢能的制备、储存、运输应用等环节中的储运瓶颈问题更加明显。
3.在氢气储运方面，高压气态储氢是技术较成熟的储氢方式，但安全性以及储氢密度低使其应用受到限制。随着市场对储氢密度要求的不断提高，高压储氢容器的压力不断增加，其安全性存在更大的风险。市场对高容量高安全性的固态储氢材料需求将不断增加，同时也要求规模化储氢材料的制备成本不断降低。
4.传统的固态储氢技术在使用过程中往往存在体积大运输不便、储氢性能差、合金易于粉化等诸多问题，尤其是无法通过储氢装置自身调节而到达吸放氢条件，从而无法实现既能存储氢气又能吸放氢双功能的固态储氢技术，大大降低了储氢技术使用时的效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种镁基固态材料加热循环储氢装置、系统及存放氢方法，解决现有技术中体积大运输不便、储氢性能差、合金易于粉化以及安全性低的问题。
6.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.一种镁基固态材料加热循环储氢装置，包括储氢罐、弹性自紧式加热套筒和加热控制器；
8.所述储氢罐中填充有镁基储氢材料粉末，所述弹性自紧式加热套筒套设在储氢罐的外壁上，所述弹性自紧式加热套筒连接加热控制器。
9.进一步的，所述储氢罐与弹性自紧式加热套筒之间间隙配合，所述弹性自紧式加热套筒通过加热导线连接加热控制器，所述加热导线上套设有高温橡皮套。
10.进一步的，所述弹性自紧式加热套筒的两侧开设有套筒滑槽，所述弹性自紧式加热套筒的前端设置有0.25
°
的折角。
11.进一步的，所述弹性自紧式加热套筒包括加热板和不锈钢套筒，所述加热板设置在不锈钢套筒上，所述加热板为钽片加热板。
12.进一步的，所述储氢罐中设置有金属隔网，所述金属隔网与储氢罐外壳固定连接。
13.进一步的，所述金属隔网的一侧填充满活性炭过滤海绵，所述金属隔网的另一侧填充镁基储氢材料粉末。
14.进一步的，所述储氢罐一端开设有中储氢罐罐口，所述储氢罐罐口固定连接粉尘过滤器的一侧，所述粉尘过滤器的另一侧填充满活性炭过滤海绵。
15.一种所述的镁基固态材料加热循环储氢装置组成的加热循环储氢系统，包括若干镁基固态材料加热循环储氢装置，若干所述储氢罐平行平铺排列，若干所述储氢罐的储氢罐罐口朝向同侧，若干所述弹性自紧式加热套筒之间填充有保温棉；
16.若干所述储氢罐之间通过导气管相互连通，所述导气管与储氢罐罐口固定连接，所述导气管上固定连接有出气口和进气口。
17.进一步的，若干所述储氢罐包括若干层，所述储氢罐的若干层之间通过导气管并联连通。
18.一种存放氢方法，包括：
19.存氢方法：氢气通过进气口和导气管向若干储氢罐内的镁基储氢材料粉末运输；
20.通过加热控制器使弹性自紧式加热套筒开始对储氢罐进行加热，储氢罐加热至指定温度后，镁基储氢材料粉末开始吸收氢气，待吸氢结束后停止加热；
21.放氢方法：通过加热控制器控制弹性自紧式加热套筒对储氢罐进行加热，储氢罐加热至指定温度后，镁基储氢材料粉末开始释放氢气，氢气从储氢罐中通过导气管和出气口排放，停止加热后，储氢罐停止排放氢气。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.本发明提供一种镁基固态材料加热循环储氢装置及系统，使用单个储氢罐或将若干储氢罐平行平铺排列和/或平行层状排列后相互连通，并将弹性自紧式加热套筒套设在储氢罐的外壁上，弹性自紧式加热套筒连接加热控制器，向储氢罐中填充有镁基储氢材料粉末。本发明通过装有镁基固态储氢材料粉末的储氢罐进行储氢，镁基固态储氢材料储氢是通过物理吸附作用或者化学反应将氢气储存于固态材料中。相比气态及液态等传统储氢方式，固态材料储氢具有体积储氢密度高、不需要高压容器和绝热容器，可以在相对较小的空间内存储大量的氢气，并且储氢性能好，无爆炸危险，可获得高纯度氢以及操作简单，能有效的克服气、液两种储氢方式的不足。本发明的镁基固态储氢材料与其他固态储氢材料相比，储氢量高，价格低廉、资源丰富，储氢密度更高，大大减小了储氢罐的压力，储氢罐仅需负载3mpa左右的压力即可完成储氢工作，且大大提升了储存氢气氢能的安全性。
24.进一步的，通过在弹性自紧式加热套筒的两侧开设套筒滑槽，使将前端的套筒分为两瓣，并将两瓣套筒均向内弯折有0.25
°
的折角，使得弹性自紧式加热套筒的开口处直径略小于筒径，在套装储氢罐时，通过外力将套筒前段的两瓣向外分开，可将加热套筒套装在储氢罐外，套装完成后即可卸去外力，从而弹性自紧式加热套筒前段的两瓣在自然状态下向内存在一个夹紧力，进而实现弹性自紧，将储氢罐固定在套筒中。
25.进一步的，通过将镁基固态储氢材料分装在多个储氢罐中，在吸氢或放氢作业时，可使储氢材料受热均匀，更大限度的利用镁基固态储氢材料，提升储氢密度和储氢效率，其中储氢罐罐口统一朝向一侧，通过导气管与储氢罐罐口连通，使多个储氢罐通过导气管并联连接，这样不仅可以方便快速的更换储氢罐，提升使用时的工作效率，且可保证储氢罐中氢气联通，分散气压，保证各个储氢罐中气压统一，提升储氢的安全性。
26.本发明还提供一种镁基固态材料加热循环储氢装置的存放氢方法，通过在储氢罐外套装弹性自紧式加热套筒，利用电加热的方式对储氢罐进行升温，在达到指定温度后由加热控制器进行控温，使储氢罐中的镁基固态储氢材料到达指定条件进行吸氢或放氢作业，从而存储氢能，或将储存的氢能通过氢气的形式得以使用。
附图说明
27.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
28.图1为本发明的镁基固态材料加热循环储氢装置的整体结构示意图。
29.图2为本发明的弹性自紧式加热套筒立体示意图。
30.图3为本发明的储氢罐立体示意图。
31.图4为本发明的储氢罐内部结构示意图。
32.其中：1-储氢罐，2-弹性自紧式加热套筒，3-加热控制器，4-加热导线，5-套筒滑槽，6-导气管，7-出气口，8-进气口，101-储氢罐外壳，102-镁基储氢材料粉末，103-金属隔网，104-活性炭过滤海绵，105-粉尘过滤器，106-储氢罐罐口。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
38.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆
卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
40.参见图1至图4，本发明提供一种镁基固态材料加热循环储氢装置，包括储氢罐1，弹性自紧式加热套筒2，加热控制器3，加热导线4，套筒滑槽5。
41.储氢罐1中填充有镁基储氢材料粉末102，储氢罐1的外壁上套设有弹性自紧式加热套筒2，弹性自紧式加热套筒2通过加热导线4连接加热控制器3，加热导线4上套设有高温橡皮套，储氢罐1与弹性自紧式加热套筒2之间间隙配合。
42.本发明的镁基固态材料加热循环储氢系统，还包括导气管6，出气口7，进气口8。如图1所示，多个储氢罐1罐体水平平行放置，储氢罐罐口106统一朝向一侧，储氢罐1之间具有一定间隔。多个储氢罐1通过导气管6相互并联连通，导气管6与储氢罐罐口106固定连接，导气管6固定连接有出气口7和进气口8，氢气通过进气口8输入至储氢罐1中，并通过出气口7排出。每个储氢罐1外壁上套有一个弹性自紧式加热套筒2，弹性自紧式加热套筒2通过加热导线4连接加热控制器3，加热导线4上套设有高温橡皮套。储氢罐1与弹性自紧式加热套筒2之间间隙配合，多个套有弹性自紧式加热套筒2的储氢罐1间填充有保温棉。
43.如图2所示，弹性自紧式加热套筒2的两侧开设有套筒滑槽5，使将前端的套筒分为两瓣，弹性自紧式加热套筒2的前端设置有0.25
°
的折角，使得弹性自紧式加热套筒2的开口处直径略小于筒径。弹性自紧式加热套筒2包括加热板和不锈钢套筒，其中加热板为钽片加热板。
44.如图4所示，储氢罐1中设置有金属隔网103、活性炭过滤海绵104和粉尘过滤器105，并填充有一定质量的镁基储氢材料粉末102，粉末未填满整个罐体，罐体内留有一定空间存放氢气。粉尘过滤器105与储氢罐罐口106固定连接，活性炭过滤海绵104放置在粉尘过滤器105与金属隔网103中间，金属隔网103与储氢罐外壳101固定连接，将活性炭过滤海绵104与镁基储氢材料粉末102分隔开。
45.本发明的镁基固态材料加热循环储氢装置的存放氢方法：
46.在使用一种镁基固态材料加热循环储氢装置的时候，氢气通过进气口8和导气管6向多个储氢罐1内的镁基储氢材料粉末102运输。通过加热控制器3使弹性自紧式加热套筒2开始对储氢罐1进行加热，待储氢罐1加热至指定温度后，镁基储氢材料粉末102开始吸收氢气，待吸氢结束后停止加热。
47.当需要储氢罐1进行放氢时，通过加热控制器3控制弹性自紧式加热套筒2对储氢罐1进行加热，加热至指定温度后，镁基储氢材料粉末102开始释放氢气，氢气从每个储氢罐1中通过导气管6从出气口7排放。停止加热后，储氢罐1随即停止排放氢气，从而实现安全储氢及高效吸放氢的功能特点。
48.实施例1：
49.本发明的镁基固态材料加热循环储氢装置的存放氢方法，具体步骤如下：
50.1)将21个储氢罐1通过导气管6并联拼装连通，储氢罐1上下三层、每层七个平行排列，罐体水平放置，储氢罐罐口106统一朝向一侧，储氢罐1之间间隔10mm。
51.2)将21个储氢罐1与21个弹性自紧式加热套筒2一一组合套装，其中通过外力将套
筒前段的两瓣向外分开，从而可将弹性自紧式加热套筒2套装在储氢罐1外壁上，卸去外力后弹性自紧式加热套筒2固定于储氢罐1外壁上；
52.3)将保温棉填充在21个储氢罐1的间隙；
53.4)将氢气通入进气口8；
54.5)氢气经过导气管6分别运输至21个储氢罐1中，并与镁基固态储氢材料粉末102充分接触；
55.6)通过加热控制器3控制弹性自紧式加热套筒2对储氢罐1进行加热；
56.7)当加热至吸氢条件温度时，镁基固态储氢材料粉末102开始吸收氢气；
57.8)当进行放氢工作时，重复步骤1)～6)后，通过加热控制器3控制弹性自紧式加热套筒2加热至放氢条件温度时，镁基固态储氢材料粉末102开始释放氢气。
58.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种镁基固态材料加热循环储氢装置，其特征在于，包括储氢罐(1)、弹性自紧式加热套筒(2)和加热控制器(3)；所述储氢罐(1)中填充有镁基储氢材料粉末(102)，所述弹性自紧式加热套筒(2)套设在储氢罐(1)的外壁上，所述弹性自紧式加热套筒(2)连接加热控制器(3)。2.根据权利要求1所述的一种镁基固态材料加热循环储氢装置，其特征在于，所述储氢罐(1)与弹性自紧式加热套筒(2)之间间隙配合，所述弹性自紧式加热套筒(2)通过加热导线(4)连接加热控制器(3)，所述加热导线(4)上套设有高温橡皮套。3.根据权利要求1所述的一种镁基固态材料加热循环储氢装置，其特征在于，所述弹性自紧式加热套筒(2)的两侧开设有套筒滑槽(5)，所述弹性自紧式加热套筒(2)的前端设置有0.25
°
的折角。4.根据权利要求1所述的一种镁基固态材料加热循环储氢装置，其特征在于，所述弹性自紧式加热套筒(2)包括加热板和不锈钢套筒，所述加热板设置在不锈钢套筒上，所述加热板为钽片加热板。5.根据权利要求1所述的一种镁基固态材料加热循环储氢装置，其特征在于，所述储氢罐(1)中设置有金属隔网(103)，所述金属隔网(103)与储氢罐外壳(101)固定连接。6.根据权利要求6所述的一种镁基固态材料加热循环储氢装置，其特征在于，所述金属隔网(103)的一侧填充满活性炭过滤海绵(104)，所述金属隔网(103)的另一侧填充镁基储氢材料粉末(102)。7.根据权利要求1所述的一种镁基固态材料加热循环储氢装置，其特征在于，所述储氢罐(1)一端开设有中储氢罐罐口(106)，所述储氢罐罐口(106)固定连接粉尘过滤器(105)的一侧，所述粉尘过滤器(105)的另一侧填充满活性炭过滤海绵(104)。8.一种权利要求1～7任一项所述的镁基固态材料加热循环储氢装置组成的加热循环储氢系统，其特征在于，包括若干镁基固态材料加热循环储氢装置，若干所述储氢罐(1)平行平铺排列，若干所述储氢罐(1)的储氢罐罐口(106)朝向同侧，若干所述弹性自紧式加热套筒(2)之间填充有保温棉；若干所述储氢罐(1)之间通过导气管(6)相互连通，所述导气管(6)与储氢罐罐口(106)固定连接，所述导气管(6)上固定连接有出气口(7)和进气口(8)。9.一种权利要求8所述的加热循环储氢系统，其特征在于，若干所述储氢罐(1)包括若干层，所述储氢罐(1)的若干层之间通过导气管(6)并联连通。10.一种存放氢方法，其特征在于，包括：存氢方法：氢气通过进气口(8)和导气管(6)向若干储氢罐(1)内的镁基储氢材料粉末(102)运输；通过加热控制器(3)使弹性自紧式加热套筒(2)开始对储氢罐(1)进行加热，储氢罐(1)加热至指定温度后，镁基储氢材料粉末(102)开始吸收氢气，待吸氢结束后停止加热；放氢方法：通过加热控制器(3)控制弹性自紧式加热套筒(2)对储氢罐(1)进行加热，储氢罐(1)加热至指定温度后，镁基储氢材料粉末(102)开始释放氢气，氢气从储氢罐(1)中通过导气管(6)和出气口(7)排放，停止加热后，储氢罐(1)停止排放氢气。

技术总结
本发明公开了一种镁基固态材料加热循环储氢装置、系统及存放氢方法，包括储氢罐、弹性自紧式加热套筒和加热控制器；所述储氢罐中填充有镁基储氢材料粉末，所述弹性自紧式加热套筒套设在储氢罐的外壁上，所述弹性自紧式加热套筒连接加热控制器。本发明通过装有镁基固态储氢材料粉末的储氢罐进行储氢，相比气态及液态等传统储氢方式不仅提升了储氢密度，还大大减小了储氢罐的压力，储氢罐仅需负载3MPa左右的压力即可完成储氢工作，且通过这种固态储氢方式可大大提升储存氢气氢能的安全性。方式可大大提升储存氢气氢能的安全性。方式可大大提升储存氢气氢能的安全性。


技术研发人员：宋文杰 吴宗育 马文豪 杨光 刘延辉 苟祎历 刘远 李誉之
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/8/24