后沿气体循环气路重新回到换热单元3进行冷却，然后经阀门11进入高压气态储氢单元I内；(2)在系统放氢过程中，由换热单元3的进、出水阀门8、9向换热单元接通80°C的水，使之在换热单元内循环，然后打开阀门11、10，高压气态储氢单元I内的氢气经气体循环管路流出(按照图中箭头的反方向)，系统压力随之降低，固态储氢单元2内的金属氢化物开始释放氢气，同时合金床体吸收热量，释放的氢气经过换热单元3进行加热后(经充分加热后约70V )，再沿气体循环管路循环至固态储氢单元，并向其补偿热量，加快氢的脱附，最后经阀门10流出系统。
[0025]作为本发明的另一种实施方式，如图2所示，该混合储氢系统采用双换热单元和双换热回路的结构，即包括两个换热单元，分别为冷却水箱3和加热水箱3’ ；以及两套气体循环管路。其中实线部分表示储氢过程中用于输入气体的气体循环管路4，虚线部分表示放氢过程中用于输出气体的气体循环管路4’。基于该结构的混合储氢系统,在固态储氢单兀储氢和放氢过程中的具体工作方式为:
[0026](I)在系统储氢过程中，预先打开冷却水箱3的进、出水阀门8、9，接通低于5°C的冷却水,使之在冷却水箱内循环,然后打开阀门10、11、13、14,由氢气源6将氢气通过气体循环管路4充入至高压气态储氢单兀I内，固态储氢单兀2中的储氢合金吸收氢气,在合金吸氢过程中放出的热量传递给设置在其外侧的气体循环管路，此时该部分气体循环管路中流通的是经冷却后氢气(经充分冷却后约5°C左右)，在此作为热媒参与系统对外界环境的换热过程。氢气吸收固态储氢合金床体释放的热量之后再经过冷却水箱3冷却后沿循环气路经阀门11进入高压气态储氢单元I内；(2)在系统放氢过程中，关闭阀门10、11、13、14，然后打开加热水箱3’的进、出水阀门17、18，接通80°C的水，打开阀门12、15、16，高压气态储氢单元I内的氢气经气体循环管路4’流出(图中虚线表示)，系统压力随之降低，固态储氢单元2内的金属氢化物开始释放氢气，同时合金床体吸收热量，释放的氢气经过加热水箱3’进行加热(经充分加热后约70°C )，再沿气体循环管路4’循环至固态储氢单元2，并向其补偿热量，加快氢的脱附，最后经阀门16流出系统。
[0027]作为本发明的又一种实施方式，如图3所示，该混合储氢系统采用双换热单元和单换热回路的结构，即包括两个换热单元，分别为冷却水箱3和加热水箱3’ ；以及一套气体循环管路4。基于该结构的混合储氢系统，在固态储氢单元储氢和放氢过程中的具体工作方式为:
[0028](I)在系统储氢过程中，预先打开冷却水箱3的进、出水阀门8、9，接通低于5°C的冷却水，使之在冷却水箱内循环，关闭加热水箱3’的进、出水阀门17、18，打开阀门10、11，由氢气源6将氢气通过气体循环管路4充入至高压气态储氢单元I内，固态储氢单元2中的储氢合金吸收氢气，在合金吸氢过程中放出的热量传递给设置在其外侧的气体循环管路，此时该部分气体循环管路中流通的是经冷却后氢气(经充分冷却后约5°C左右)，在此作为热媒参与系统对外界环境的换热过程。氢气吸收固态储氢合金床体释放的热量之后沿循环气路经阀门11进入高压气态储氢单元内；(2)在系统放氢过程中，关闭阀门8、9，打开阀门17、18，向加热水箱3’接通80°C的水，使之在加热水箱内循环，打开阀门11，高压气态储氢单元I内的氢气经气体循环管路4流出，系统压力随之降低，固态储氢单元内的金属氢化物开始释放氢气，同时合金床体吸收热量，释放的氢气经过加热水箱3’进行加热后(经充分加热后约70°C )，再沿气体循环管路4循环至固态储氢单元2，并向其补偿热量，加快氢的脱附，最后经阀门10流出系统。
【主权项】
1.一种以氢气作为热媒的混合储氢系统,其特征在于，包括高压气态储氢单兀、固态储氢单元、换热单元和气体循环管路；其中，固态储氢单元设置在高压气态储氢单元内部，氢气可在二者之间自由流动；气体循环管路自氢气源依次通过换热单元、固态储氢单元、换热单元，最后连接至高压气态储氢单元的氢气入口。
2.根据权利要求1所述的以氢气作为热媒的混合储氢系统，其特征在于，所述混合储氢系统中的换热单元在储氢过程中为冷却单元，在放氢过程中为加热单元。
3.根据权利要求1所述的以氢气作为热媒的混合储氢系统，其特征在于，所述混合储氢系统中的气体循环管路为储氢过程中用于输入气体的气体循环管路，以及放氢过程中用于输出气体的气体循环管路。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的以氢气作为热媒的混合储氢系统，其特征在于，所述高压气态储氢单元采用内部为金属内胆外部缠绕纤维固化而成的储氢容器。
5.根据权利要求1?3中任一项所述的以氢气作为热媒的混合储氢系统，其特征在于，所述固态储氢单元由压制成型的储氢合金或其他储氢材料组成。
6.根据权利要求1?3中任一项所述的以氢气作为热媒的混合储氢系统，其特征在于，所述气体循环管路的材质为不锈钢或硬质铝合金。
7.根据权利要求1?3中任一项所述的以氢气作为热媒的混合储氢系统，其特征在于，所述气体循环管路流经换热单元和固态储氢单元的部分采用U型管、螺旋管或翅片式结构。
8.根据权利要求1?3中任一项所述的以氢气作为热媒的混合储氢系统，其特征在于，所述换热单元中的换热介质为水或其他换热性能良好的介质。
【专利摘要】本发明公开了一种以氢气作为热媒的混合储氢系统，包括高压气态储氢单元、固态储氢单元、换热单元和气体循环管路；其中，固态储氢单元设置在高压气态储氢单元内部，氢气可在二者之间自由流动；气体循环管路自氢气源依次通过换热单元、固态储氢单元、换热单元，最后连接至高压气态储氢单元的氢气入口。本发明的混合储氢系统采用系统内的氢气作为热媒，取代传统的以水作为热媒的方式，极大地改善了换热水管在超高压储氢条件下一旦发生破裂即会对固态储氢床体造成不可逆破坏的情况，提高了系统安全性。
【IPC分类】C01B3-02
【公开号】CN104724671
【申请号】CN201310718951
【发明人】姬江峰, 刘晓鹏, 李志念, 蒋利军, 王树茂, 郭秀梅, 袁宝龙, 叶建华
【申请人】北京有色金属研究总院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月23日