一种低压固态储氢供氢系统及移动供氢方法与流程

1.本发明主要涉及到氢能源存储与使用技术领域，特指一种低压固态储氢供氢系统及移动供氢方法。


背景技术：

2.全球变暖严重威胁人类生存和健康，化石燃料燃烧产生大量二氧化碳，是造成气候变暖的重要原因。氢能具有燃烧热值高、产物无污染等优点，是一种绿色低碳的清洁能源。
3.然而，氢气的储存与运输存在成本高、安全隐患大等问题，而且加氢站建设和维护费用昂贵，严重限制了氢能的推广应用。
4.那么，亟待研究安全性高的氢气储运技术和低成本、高便捷性的移动供氢方法，这对于推动氢能工程应用、降低二氧化碳排放等具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低廉、使用方便、移动性和安全性较好的低压固态储氢供氢系统及移动供氢方法。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.一种低压固态储氢供氢系统，包括氢气储存腔和供氢组件，所述氢气储存腔上设有氢气出入口、循环水入口和循环水出口，所述供氢组件包括冷热水一体机、冷热水循环水管路及氢气进出管路；所述氢气进出管路与氢气出入口相连，用来实现氢气的进出以完成供氢作业；所述冷热水一体机通过冷热水循环水管路与循环水入口、循环水出口相连以完成循环水进出氢气储存腔的作业。
8.作为本发明系统的进一步改进：所述冷热水循环水管路的管路上设有截止阀和安全排空阀。
9.作为本发明系统的进一步改进：所述氢气进出管路的管路上设有质量流量计。
10.作为本发明系统的进一步改进：所述氢气储存由折流板构成。
11.作为本发明系统的进一步改进：所述氢气储存腔的底部设有若干个螺钉固定孔，用来在运输或使用过程中与移动设备、地面进行固定。
12.作为本发明系统的进一步改进：所述氢气储存腔上还设有排气口。
13.本发明进一步提供一种基于上述低压固态储氢供氢系统的供氢方法，其步骤包括：
14.步骤s1：氢气在氢气储存腔的存储作业；利用冷却系统对氢气储存腔进行降温冷却作业，达到预定值之后开始通入氢气，直至氢气达到储存目标值；
15.步骤s2：进行供氢作业时，利用加热系统对氢气储存腔进行升温作业，达到预定值之后开始输出氢气，直至氢气达到输气目标值。
16.作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s1中包括：使用氮气对储氢供氢系统管路进行吹扫置换，连接氢气源与氢气储存腔的接口；开启冷却系统，降低循环水温度，直至水温降低至15℃或15℃以下；打开储氢供氢系统的循环水入口和循环水出口，同时开启冷热水一体机的循环水泵，循环水流经冷热水循环水管路及储氢供氢系统内的水管路后，开启固态储氢系统的氢气入口阀门；当储氢系统内氢气量达到系统最大储氢量或满足用量需求时，关闭储氢供氢系统氢气的入口阀门，断开氢气源与储氢供氢系统连接；关闭冷却系统和循环水泵；
17.作为本发明方法的进一步改进：所述氮气吹扫置换是利用氮气将储氢供氢系统管路中原有的空气吹扫干净，防止后续氢气与空气混合。
18.作为本发明方法的进一步改进：连接氢气源与低压固态储氢系统接口，确定氢气源的压力在4-6mpa范围内，氢气通过差压进入低压固态储氢供氢系统。
19.作为本发明方法的进一步改进：所述系统内氢气量是根据氢气入口m1和氢气出口的质量流量计m2进行核算。
20.作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s2中包括：当需要用氢时，开启加热系统，提高循环水温度，直至水温提升至65℃或65℃以上；打开储氢供氢系统的循环水入口和循环水出口，同时开启冷热水一体机的循环水泵，循环水流经冷热水循环水管路及储氢供氢系统内的水管路后，开启固态储氢供氢系统的氢气出口阀门；当用氢需求结束或放氢量达到系统最大储氢量时，关闭储氢供氢系统的出口阀门；关闭加热系统和循环水泵。
21.与现有技术相比，本发明的优点就在于：
22.本发明的低压固态储氢供氢系统及移动供氢方法，结构简单、成本低廉、使用方便、移动性和安全性较好，其利用合金材料与氢气发生化学反应生成金属氢化物，并以稳定化合物形式存在，实现氢气的高安全性储存，通过调节出口球阀实现氢气的稳定释放，系统放出氢气温度、压力可直接与燃料电池匹配。整套系统集成于移动集装箱内，可为不同应用场景提供便捷的氢气供应，解决用氢成本高、安全隐患大等关键技术难题。
附图说明
23.图1是本发明系统在具体应用实例中的结构原理示意图。
24.图2是本发明在具体应用实例中氢气储存腔的结构原理示意图。
25.图例说明：
26.1、排气口；2、循环水入口；3、循环水出口；4、螺栓固定孔；5、折流板；6、氢气出入口；7、氢气储存腔；8、冷热水一体机；9、冷热水循环水管路；10、截止阀；11、安全排空阀；12、质量流量计；13、氢气进出管路。
具体实施方式
27.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
28.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限
制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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技术中的具体含义。
31.如图1和图2所示，本发明的一种低压固态储氢供氢系统，包括氢气储存腔7和供氢组件，所述氢气储存腔7上设有氢气出入口6、循环水入口2和循环水出口3，所述供氢组件包括冷热水一体机8、冷热水循环水管路9及氢气进出管路13，其中，所述氢气进出管路13与氢气出入口6相连，用来实现氢气的进出以完成供氢作业；所述冷热水一体机8通过冷热水循环水管路9与循环水入口2、循环水出口3相连以完成循环水进出氢气储存腔7的作业。
32.在本实施例中，所述氢气进出管路13上设有截止阀10，其主要作用是防止空气进入氢气储存腔7。
33.在本实施例中，所述氢气进出管路13上设有安全排空阀11，其主要作用是排出充氢过程中未被储氢合金吸附的气体，防止氢气储存腔7内压力过高。
34.在本实施例中，所述氢气进出管路13的管路上设有质量流量计12，其主要作用是计量进入氢气储存腔7和由氢气储存腔7排出的氢气量。
35.在本实施例中，所述氢气储存腔7由折流板5构成，其主要作用是引导循环水沿折线流过储氢列管表面，增加换热面积。
36.在本实施例中，所述氢气储存腔7的底部设有若干个螺钉固定孔4，用来在运输或使用过程中与移动设备(如车体)、地面进行固定。
37.在本实施例中，所述氢气储存腔7上还设有排气口1，排出氢气储存腔7内的游离气体。
38.本发明进一步提供一种基于上述低压固态储氢供氢系统的供氢方法，其步骤包括：
39.步骤s1：氢气在氢气储存腔7的存储作业；利用冷却系统对氢气储存腔7进行降温冷却作业，达到预定值之后开始通入氢气，直至氢气达到储存目标值；
40.即，使用氮气对储氢供氢系统管路进行吹扫置换，连接氢气源与氢气储存腔7的接口(氢气出入口6)；开启冷却系统(冷热水一体机8)，降低循环水温度，直至水温降低至15℃或15℃以下；打开储氢供氢系统的循环水入口2和循环水出口3，同时开启冷热水一体机8的循环水泵，循环水流经冷热水循环水管路9及储氢供氢系统内的水管路后，开启固态储氢系统的氢气入口阀门；当储氢系统内氢气量达到系统最大储氢量或满足用量需求时，关闭储氢供氢系统氢气的入口阀门，断开氢气源与储氢供氢系统连接；关闭冷却系统和循环水泵；
41.步骤s2：进行供氢作业时，利用加热系统对氢气储存腔7进行升温作业，达到预定值之后开始输出氢气，直至氢气达到输气目标值；
42.即，当需要用氢时，开启加热系统(冷热水一体机8)，提高循环水温度，直至水温提升至65℃或65℃以上；打开储氢供氢系统的循环水入口2和循环水出口3，同时开启冷热水一体机8的循环水泵，循环水流经冷热水循环水管路9及储氢供氢系统内的水管路后，开启固态储氢供氢系统的氢气出口阀门；当用氢需求结束或放氢量达到系统最大储氢量时，关闭储氢供氢系统的出口阀门；关闭加热系统和循环水泵。
43.在具体应用实例中，所述氮气吹扫置换，是利用氮气将储氢供氢系统管路中原有的空气吹扫干净，防止后续氢气与空气混合。
44.在具体应用实例中，所述连接氢气源与低压固态储氢系统接口，需保证氢气源的压力在4-6mpa范围内，氢气可通过差压进入低压固态储氢供氢系统。
45.在具体应用实例中，所述降低循环水温度直至水温降低至15℃或15℃以下，是为了保证吸氢过程中循环水温在10～20℃之间，可以稳定地带走钛锰合金与氢气反应释放的热量，保证吸氢过程稳定进行；循环水流量根据下式计算：
[0046][0047]
其中，δh为每吸收或释放1kg h2所释放或吸收的热量，单位j/kg；为吸氢或放氢速度，单位kg/h；ρ为循环水密度，单位kg/m3；c为循环水热容，j/(kg
·
k)；δt表示循环过程水温变化，控制在5℃之内。
[0048]
在具体应用实例中，循环水流经储氢系统水管路后，开启固态储氢供氢系统氢气入口阀门，是指预先冷却的循环水流经储氢系统内部所有管路之后，再打开储氢供氢系统氢气入口阀门。
[0049]
在具体应用实例中，所述系统内氢气量，根据氢气入口m1和氢气出口的质量流量计m2进行核算，同时为了避免累积误差，利用储氢系统内部温度和压力对当前储氢量进行修正。
[0050]
在具体应用实例中，所述系统最大储氢量，是指低压固态储氢系统设计的最大有效储氢量m0；
[0051]
在具体应用实例中，所述步骤s1中关闭冷却系统和循环水泵，是指吸氢过程结束后，关闭冷热水一体机的冷却功能，并关闭水泵停止水循环。
[0052]
在具体应用实例中，通过开启加热系统提高循环水温度，是指在氢气释放前，开启冷热水一体机的加热功能，预热循环水，在放氢过程中为储氢系统提供热量。
[0053]
在具体应用实例中，循环水流经储氢系统水管路后开启固态储氢系统氢气出口阀门，是指预先加热的循环水流经储氢系统内部所有管路之后，再打开储氢系统氢气出口阀门。
[0054]
在具体应用实例中，当用氢需求结束或放氢量达到系统最大储氢量时是指用氢端已结束用氢，不再需要氢气供应，或者储氢系统内部储氢量为0。
[0055]
在具体应用实例中，所述步骤s2中关闭加热系统和循环水泵，是指放氢结束后，关闭冷热水一体机的加热功能，并关闭水泵停止水循环。
[0056]
由上可知，通过采用本发明的上述方案，该方法利用钛锰合金与氢气反应形成金属氢化物，对氢气进行安全储存，同时利用制冷机交换吸氢过程释放的热量；通过调节氢气
出口球阀，并利用加热器加热循环水，利用循环水加热储氢列管，保持放氢过程系统内部温度稳定，实现系统稳定放氢。储氢系统与换热系统集成于移动集装箱内，采用m12螺栓固定，避免氢气的高压储存风险，为氢气低成本储运与加注提供一种有效的技术方案。
[0057]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种低压固态储氢供氢系统，其特征在于，包括氢气储存腔和供氢组件，所述氢气储存腔上设有氢气出入口、循环水入口和循环水出口，所述供氢组件包括冷热水一体机、冷热水循环水管路及氢气进出管路；所述氢气进出管路与氢气出入口相连，用来实现氢气的进出以完成供氢作业；所述冷热水一体机通过冷热水循环水管路与循环水入口、循环水出口相连以完成循环水进出氢气储存腔的作业。2.根据权利要求1所述的低压固态储氢供氢系统，其特征在于，所述冷热水循环水管路的管路上设有截止阀和安全排空阀。3.根据权利要求1所述的低压固态储氢供氢系统，其特征在于，所述氢气进出管路的管路上设有质量流量计。4.根据权利要求1所述的低压固态储氢供氢系统，其特征在于，所述氢气储存由折流板构成。5.根据权利要求1所述的低压固态储氢供氢系统，其特征在于，所述氢气储存腔的底部设有若干个螺钉固定孔，用来在运输或使用过程中与移动设备、地面进行固定。6.根据权利要求1所述的低压固态储氢供氢系统，其特征在于，所述氢气储存腔上还设有排气口。7.一种基于上述权利要求1-6中任意一项低压固态储氢供氢系统的移动供氢方法，其特征在于，步骤包括：步骤s1：氢气在氢气储存腔的存储作业；利用冷却系统对氢气储存腔进行降温冷却作业，达到预定值之后开始通入氢气，直至氢气达到储存目标值；步骤s2：进行供氢作业时，利用加热系统对氢气储存腔进行升温作业，达到预定值之后开始输出氢气，直至氢气达到输气目标值。8.根据权利要求7所述的移动供氢方法，其特征在于，所述步骤s1中包括：使用氮气对储氢供氢系统管路进行吹扫置换，连接氢气源与氢气储存腔的接口；开启冷却系统，降低循环水温度，直至水温降低至15℃或15℃以下；打开储氢供氢系统的循环水入口和循环水出口，同时开启冷热水一体机的循环水泵，循环水流经冷热水循环水管路及储氢供氢系统内的水管路后，开启固态储氢系统的氢气入口阀门；当储氢系统内氢气量达到系统最大储氢量或满足用量需求时，关闭储氢供氢系统氢气的入口阀门，断开氢气源与储氢供氢系统连接；关闭冷却系统和循环水泵。9.根据权利要求8所述的移动供氢方法，其特征在于，所述氮气吹扫置换是利用氮气将储氢供氢系统管路中原有的空气吹扫干净，防止后续氢气与空气混合。10.根据权利要求8所述的移动供氢方法，其特征在于，连接氢气源与低压固态储氢系统接口，确定氢气源的压力在4-6mpa范围内，氢气通过差压进入低压固态储氢供氢系统。11.根据权利要求8所述的移动供氢方法，其特征在于，所述系统内氢气量是根据氢气入口m1和氢气出口的质量流量计m2进行核算。12.根据权利要求7所述的移动供氢方法，其特征在于，所述步骤s2中包括：当需要用氢时，开启加热系统，提高循环水温度，直至水温提升至65℃或65℃以上；打开储氢供氢系统的循环水入口和循环水出口，同时开启冷热水一体机的循环水泵，循环水流经冷热水循环水管路及储氢供氢系统内的水管路后，开启固态储氢供氢系统的氢气出口阀门；当用氢需求结束或放氢量达到系统最大储氢量时，关闭储氢供氢系统的出口阀门；关闭加热系统和
循环水泵。

技术总结
本发明公开了一种低压固态储氢供氢系统及移动供氢方法，该系统包括氢气储存腔和供氢组件，所述氢气储存腔上设有氢气出入口、循环水入口和循环水出口，所述供氢组件包括冷热水一体机、冷热水循环水管路及氢气进出管路；所述氢气进出管路与氢气出入口相连，用来实现氢气的进出以完成供氢作业；所述冷热水一体机通过冷热水循环水管路与循环水入口、循环水出口相连以完成循环水进出氢气储存腔的作业。该方法是基于上述系统来实施的。本发明具有结构简单、成本低廉、使用方便、移动性和安全性较好等优点。优点。优点。


技术研发人员：孙双成 李林 杨颖 唐颖 李小满 黄志华 李亚琦 江大发
受保护的技术使用者：株洲国创轨道科技有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/9