氢气释放系统及燃料电池系统和加氢站的制作方法

文档序号:14918928发布日期:2018-07-11 02:38

本实用新型涉及氢气应用领域,具体涉及一种氢气释放系统,还涉及一种包括前述氢气释放系统的燃料电池系统,还涉及一种包括前述氢气释放系统的加氢站。



背景技术:

随着燃料电池汽车和加氢站的推广及发展,如何高效的运输氢气成为行业关注的重点。目前常用的20MPa长管拖车运氢装置,其重量储氢密度仅有1.5%左右,因此在运氢过程中,能耗和费用基本都在储氢装置上,如果能够提高重量储氢密度,则相当于降低了氢气的运输成本,对降低加氢站终端氢气销售价格大有裨益。

目前有很多研究针对金属氢化物储氢,适用的金属化合物如AB2型储氢材料,AB5型储氢材料,镁及镁合金等,相比于上述运氢方式,金属氢化物储氢可以获得更高的体积储氢密度。然而,对于采用金属氢化物储氢的方法而言,依然存在运行问题,即在将氢气以金属氢化物的方式运输到加氢站以后,在氢气的释放过程中需要提供足够的温度和能量,才能保证放氢反应过程的顺利进行,而这无疑需要耗费相当量的电能,增加了额外的运行成本。因此如何降低金属氢化物储氢中放氢成本已经成为加氢站的关注重点。



技术实现要素:

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的问题,提供一种氢气释放系统及燃料电池系统和加氢站,以在降低氢气运输成本的同时,降低氢气释放成本。

为了实现上述目的,第一方面,本实用新型提供了一种氢气释放系统,该氢气释放系统包括金属氢化物储罐和太阳能集热管,所述金属氢化物储罐内部形成有换热管道,所述换热管道中填充有导热介质,所述太阳能集热管为所述导热介质提供热能。

第二方面,本实用新型提供了一种燃料电池系统,该燃料电池系统包括电堆和分别与电堆相连的氢气供应系统和空气供应系统,所述氢气供应系统为根据本实用新型所述的氢气释放系统。

第三方面,本实用新型提供了一种加氢站,该加氢站包括根据本实用新型所述的氢气释放系统。

应用本实用新型氢气释放系统及燃料电池系统和加氢站,通过采用金属氢化物储罐,利用金属氢化物储氢能够有效降低氢气的运输成本,同时,通过采用太阳能集热管,将太阳能转化为热能为导热介质进行加热,再利用导热介质为金属氢化物提供热能,以实现金属氢化物反应释放氢气的目的。

本实用新型所提供的这种氢气释放系统,避免了直接采用电能加热储氢容器以释放氢气的过程,因此实现了节能、降低放氢成本的目的。按照目前商业用电0.8元/kWh计算,采用本实用新型的方案,其热量使用成本(太阳能集热设备费用)低于0.4元/kWh,能够有效降低氢气释放运行能耗和费用,具有实际应用价值。

附图说明

图1是根据本实用新型氢气释放系统的一种结构示意图;

图2是根据本实用新型氢气释放系统的另一种结构示意图。

附图标记说明

10为金属氢化物储罐、20为太阳能集热管、30为第一泵体、40为第二泵体、50为第一保温储罐、60为第二保温储罐、70为换热器、80为氢气缓冲罐、90为导热介质、91为第一导热介质、92为第二导热介质。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

第一方面,本实用新型提供了一种氢气释放系统,该氢气释放系统包括金属氢化物储罐10和太阳能集热管20,所述金属氢化物储罐10内部形成有换热管道,所述换热管道中填充有导热介质90,所述太阳能集热管20为所述导热介质90提供热能。

根据本实用新型的氢气释放系统,重点在于将太阳能转化为热能,用于为金属氢化物释放氢提供足够的热量。对于金属氢化物储罐10和太阳能集热管20的结构并没有特殊限定,其中金属氢化物储罐10只要内部具有金属氢化物的储存空间,且在该储存空间中设置有换热管道,该换热管道能够为位于储存空间中的金属氢化物提供热量即可,例如,该金属氢化物储罐10包括常规的密封罐体,以及填充在所述密封罐体内部的金属储氢材料;其中太阳能接热管20只要能够将太阳能转化为热能,将导热介质加热到预定温度即可,在一种具体实施方式中,该太阳能集热管20的结构为板式或者管式太阳能集热管。

在一种实施方式中,如图1所示,根据本实用新型的氢气释放系统中,所述太阳能集热管20与所述换热管道首尾相连形成循环回路,所述导热介质90填充在所述太阳能集热管20与所述换热管道之间形成循环回路中。在实际操作的过程中,导热介质90能够在所述太阳能集热管20与所述换热管道之间形成循环回路中循环流动,以实现对金属氢化物储罐10供应热能。

根据本实用新型,为了便于对导热介质的流动实现控制,并提供动能、实现稳定的热量供应,优选情况下,连接在所述太阳能集热管20的出口与所述换热管道的入口之间的导热介质进液管线上设置有第一(输液)泵体30;连接在所述换热管道的出口和所述太阳能接热管的入口之间的导热介质出液管线上设置有第二(输液)泵体40。在本实用新型中对于第一泵体和第二泵体的结构并没有特殊限定,只要能够实现导热介质的稳定输送即可。

根据本实用新型,为了提高该系统的可操作性和适用性,优选情况下,在所述导热介质进液管线上设置有第一保温储罐50,所述第一保温储罐50位于所述第一泵体30和所述太阳能集热管20之间,用于对太阳能集热管20加热后的导热介质进行储存,以控制加热介质的流动,适应于金属氢化物储罐10对热量的需求;在所述导热介质出液管线上设置有二保温储罐60,所述第二保温储罐60设置在所述第二泵体40和所述换热管道之间;用于对经与金属氢化物储罐10换热后的加热介质进行储存,以控制加热介质的流动,适应于太阳能集热管20的加热速度要求。在这种结构中,可以通过第一保温储罐50对经太阳能集热管20加热后的导热介质进行储存,进而在需要进行氢气释放时,为金属氢化物储罐10提供足够的热量,进而减少金属氢化物储罐在释放氢气的过程中,对太阳能的依赖性;通过对经加热的导热介质进行储存,即使在夜间也能够应用本实用新型所提供的氢气释放系统进行氢气释放。

根据本实用新型,其中对于第一保温储罐和第二保温储罐的结构并没有特殊限定,只要其中具有导热介质储存空间,且能够对位于储存空间中的导热介质进行保温即可,例如第一保温储罐和第二保温储罐分别包括圆柱型流体储罐体,以及包裹在所述圆柱型流体储罐体外周、用于控制温度的保温层。

在另一种实施方式中,鉴于不同的金属氢化物在释放氢气的过程中对于热量的需求不同,为了提供本实用新型氢气释放系统的可操作性,优选情况下,如图所示,所述氢气释放系统还包括换热器70,所述换热器70内部包括第一介质流通管道和第二介质流通管道;所述太阳能集热管20与第一介质流通管道首尾相连形成循环回路,第一导热介质91填充在所述太阳能集热管20与所述第一介质流通管道之间形成循环回路中;所述换热管道与所述第二介质流通管道首尾相连形成循环回流,第二导热介质92填充在所述换热管道与所述第二介质流通管道之间形成的循环回路中。

在上述结构中,通过采用太阳能集热管对第一导热介质进行加热,再通过第一导热介质对第二导热介质进行换热,有利于获取温度更为适宜的第二导热介质,以便于为储存在金属氢化物储罐中的金属氢化物提供足够的放氢热量。其中对于换热器的结构并没有特殊限定,只要包括第一介质流通管道和第二介质流通管道、且第一介质流通管道和第二介质流通管道之间能够实现换热即可。

根据本实用新型,为了便于对导热介质的流动实现控制,并提供动能、实现稳定的热量供应,优选情况下,连接在所述第二介质流通管道的出口与所述换热管道的入口之间的第二介质进液管线上设置有第一泵体30;连接在所述第一介质流通管道的出口与所述太阳能集热管20的入口之间的第一介质出液管线上设置有第二泵体40。其中关于第一泵体和第二泵体参见前述描述。

根据本实用新型,为了提高该系统的可操作性和适用性,优选情况下,连接在所述太阳能集热管的出口和所述第一介质流通管道的入口之间的第一介质进液管线上设置有第一保温储罐50;在所述第一介质出液管线上设置有二保温储罐60,所述二保温储罐60位于所述第二泵体40与所述太阳能集热管20之间。其中关于第一保温储罐和第二保温储罐参见前述描述。

在另一种实施方式中,为了提高该系统的可操作性和适用性,优选情况下,所述氢气释放系统还包括氢气缓冲罐80,所述氢气缓冲罐80与所述金属氢化物储罐10相连。通过设置氢气缓冲罐80,可以收集、储存由金属氢化物储罐10中所释放的氢气,一方面可以提高太阳能的利用率,在太阳能充足时,提前释放氢气以便于后续使用,另一方面可以简化氢气输出流程,在需要进行氢气释放时,可以直接将氢气缓冲罐中的氢气直接释放,降低了等待金属氧化物释放氢气这一过程的时间成本。需要说明的是,这种实施方式中所采用的氢气缓冲罐80的方案可以结合到前述两种实施方式中。

根据本实用新型,其中金属氢化物储罐用于储存未储氢前的金属化合物,或者储氢后的金属氢化物,所述的金属化合物可以选自AB2型储氢材料(例如Mg2N),AB5型储氢材料(例如LaNi5)和镁及镁合金等。

第二方面,本实用新型提供了一种燃料电池系统,该燃料电池系统包括电堆和分别与电堆相连的氢气供应系统和空气供应系统,所述氢气供应系统为根据本实用新型所述的氢气释放系统。

第三方面,本实用新型提供了一种加氢站,该加氢站包括根据本实用新型所述的氢气释放系统。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式,但是,本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内,可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容,均属于本实用新型的保护范围。

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