一种固态氢气储能装置的制作方法

本发明涉及可再生能源，尤其涉及一种固态氢气储能装置。

背景技术：

1、近年来，随着温室气体排放的加剧，全球气温持续变暖，气候问题日益突出。

2、由于近年来燃料电池技术的逐步成熟和燃料电池汽车、两轮车、叉车、游艇等商业化推广，氢气作为动力燃料的潜力日益受到各界重视，预计在2050年，其占到我国能源消费比例将达到10%，有望逐步取代传统的汽柴油，彻底改变人类的动力能源，促成第三次能源革命。目前氢气的生产主要来自于天然气制氢或者煤制氢，生产过程中会有二氧化碳产生，属于“灰氢”，而目前业界公认的发展方向是依靠太阳能、风能生成“绿氢”，生产过程中没有二氧化碳产生。

3、目前《氢能产业发展中长期规划》2021-2035年已经发布， “绿氢”主要的生产方式是电解水，通过电能提供能量，将水分子在电极上分解为氢气和氧气，电解水的主要生产设备是电解槽。由于电解水生成的氢气大量存储比较困难，目前钛合金等为载体的固态储氢材料，因其高质量、高体积储存密度、储存压力小于5mpa安全性高、吸放氢温度低于60℃，释放氢气纯度高、适合大规模推广应用等一系列特点，是储氢及加氢技术发展的重点方向。但是储氢及加氢技术在实际应用时，仍有几个关键技术问题尚未完全解决， 1、如何提高储氢单元的储氢量；2、储氢材料多以粉末状形式填充在储氢装置中，导热性能差，影响吸放氢效率；3、由于目前加氢站加氢机充装压力达到35mpa，流量较大，《汽车加油加气加氢站技术标准》gb50156-2021等国家相关标准不允许充装5mpa以下低压固态储氢瓶，导致固态储氢瓶充气困难，严重制约两轮车、叉车、观光车等采用固态储氢瓶作为气源的产品应用及行业发展。4、氢气属于易燃易爆产品，储存及充装过程如何采用安全措施防止发生安全事故是发展氢能源技术的重点研究课题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种吸氢效率好、储氢量高的固态氢气储能装置。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种固态氢气储能装置，包括罐体、储氢单元和控制系统，控制系统包括控制器、进气阀和放气阀，固态氢气储能装置包括罐体和储氢单元，储氢单元包括多根储氢管和连接储氢管的氢气管道，储氢管的主体部分插入到罐体中；储氢管包括外管和内管，外管为细长管，外管的两端用端板封闭；内管穿过外管外端的端板插入到外管中，罐体内灌装冷却水；内管的内端封闭，外管与内管之间填充有粉末状的固态储氢材料，内管的侧壁包括复数个通气孔，内管在外管中的外壁由滤网覆盖；储氢管的外端露在罐体的外面，所有储氢管内管外端的开口通过氢气管道并接，氢气管道的进气口接进气阀，氢气管道的出气口接放气阀。

3、以上所述的固态氢气储能装置，储氢单元的多根储氢管按m×n的矩阵布置，n>16,m>16，储氢管中固态储氢材料的填充体积为外管与内管之间空间体积的65%～75%； 储氢管的内端由罐体中的立板支承，储氢管外管的长径比大于70；固态氢气储能装置包括水冷系统和水加热系统，水冷系统包括安装在罐体上的进水阀和排水阀；水加热系统包括防爆加热棒，防爆加热棒插在冷却水中，防爆加热棒的控制端接控制器；进气阀和放气阀为电磁阀，氢气管道的出气口接放气阀；进气阀的控制端和放气阀的控制端分别接控制器。

4、以上所述的固态氢气储能装置，所述的防爆加热棒包括温度传感器，温度传感器的信号输出端接控制器；罐体包括人孔，防爆加热棒安装在人孔的下方。

5、以上所述的固态氢气储能装置，控制系统包括氢气报警器、压力传感器、放气压力表、进气压力表和紧急泄压装置，紧急泄压装置、氢气报警器和压力传感器分别安装在罐体上，氢气报警器的信号输出端和压力传感器的信号输出端分别接控制器；进气压力表安装在进气阀的入口处，放气压力表安装在放气阀的出口处；进气压力表的信号输出端和放气压力表的信号输出端分别接控制器。

6、以上所述的固态氢气储能装置，所述的制氢系统为碱性电解水制氢系统，碱性电解水制氢系统包括碱液箱、循环泵、过滤器、电解槽、氧气分离器和氢气分离器，循环泵的入口接碱液箱，循环泵的出口经过滤器接电解槽；电解槽的氢气出口接氢气分离器，电解槽的氧气出口接氧气分离器；氢气分离器的氢气出口经进气阀接氢气管道。

7、以上所述的固态氢气储能装置，包括氢燃料电池发电系统和固态储氢瓶加注系统，放气阀包括第一放气阀和第二放气阀；氢气管道通过第一放气阀接氢燃料电池发电系统，通过第二放气阀接固态储氢瓶加注系统。

8、以上所述的固态氢气储能装置，固态氢气储能装置包括真空阀，氢气管道通过真空阀接真空源；储氢单元储存氢气时包括以下步骤：

9、701）打开真空阀，对储氢单元抽真空到设定值；

10、702）打开进气阀，向储氢单元输入氢气；

11、703）打开进水阀和排水阀，罐体内冷却水的流动带走固态储氢材料吸氢放出的热量，加快固态储氢材料的吸氢速度。

12、以上所述的固态氢气储能装置，固态储氢瓶加注系统包括充气管网，充气管网包括多个与固态储氢瓶连接的快速接头，充气管网通过第二放气阀与氢气管道连接；固态储氢瓶充气时，打开第二放气阀，同时通过控制器启动防爆加热棒加热罐体内的冷却水到设定温度，加快固态储氢材料的放氢速度，提高固态储氢瓶的充装速度。

13、以上所述的固态氢气储能装置，固态储氢材料的组分按重量份包括ti 8～10份；zr 14～16份；ni 2～4份 ；mn 6～8份；v 1～3份；cr 3～5份 ；fe 7～9份:ca 0.5～1.5份。

14、以上所述的固态氢气储能装置，固态储氢材料的制备方法包括以下步骤：将各组分按比例依次加入熔炼炉中，抽真空后充入氩气，压力达到0 .4～0 .6bar；加热熔炼炉温度到1950～2050摄氏度，保温5～15分钟后在5～20分钟内冷却到室温；采用球磨工工艺将合金研磨到50～400目之间。

15、本发明固态氢气储能装置的储氢管采用填充有粉末状固态储氢材料的外管，外管为细长管，固态储氢材料吸附氢气和换热的比面积大，储氢管浸在冷却水中，散热良好，储氢单元的吸氢效率好、储氢量高。

技术特征：

1.一种固态氢气储能装置，包括罐体、储氢单元和控制系统，控制系统包括控制器、进气阀和放气阀，其特征在于，储氢单元包括多根储氢管和连接储氢管的氢气管道，储氢管的主体部分插入到罐体中；储氢管包括外管和内管，外管为细长管，外管的两端用端板封闭；内管穿过外管外端的端板插入到外管中，罐体内灌装冷却水；内管的内端封闭，外管与内管之间填充有粉末状的固态储氢材料，内管的侧壁包括复数个通气孔，内管在外管中的外壁由滤网覆盖；储氢管的外端露在罐体的外面，所有储氢管内管外端的开口通过氢气管道并接，氢气管道的进气口接进气阀。

2.根据权利要求1所述的固态氢气储能装置，其特征在于，储氢单元的多根储氢管按m×n的矩阵布置，n>16,m>16，储氢管中固态储氢材料的填充体积为外管与内管之间空间体积的65%～75%； 储氢管的内端由罐体中的立板支承，储氢管外管的长径比大于70；固态氢气储能装置包括水冷系统和水加热系统，水冷系统包括安装在罐体上的进水阀和排水阀；水加热系统包括防爆加热棒，防爆加热棒插在冷却水中，防爆加热棒的控制端接控制器；进气阀和放气阀为电磁阀，氢气管道的出气口接放气阀；进气阀的控制端和放气阀的控制端分别接控制器。

3.根据权利要求2所述的固态氢气储能装置，其特征在于，所述的防爆加热棒包括温度传感器，温度传感器的信号输出端接控制器；罐体包括人孔，防爆加热棒安装在人孔的下方。

4.根据权利要求1所述的固态氢气储能装置，其特征在于，控制系统包括氢气报警器、压力传感器、放气压力表、进气压力表和紧急泄压装置，紧急泄压装置、氢气报警器和压力传感器分别安装在罐体上，氢气报警器的信号输出端和压力传感器的信号输出端分别接控制器；进气压力表安装在进气阀的入口处，放气压力表安装在放气阀的出口处；进气压力表的信号输出端和放气压力表的信号输出端分别接控制器。

5.根据权利要求1所述的固态氢气储能装置，其特征在于，包括制氢系统、所述的制氢系统为碱性电解水制氢系统，碱性电解水制氢系统包括碱液箱、循环泵、过滤器、电解槽、氧气分离器和氢气分离器，循环泵的入口接碱液箱，循环泵的出口经过滤器接电解槽；电解槽的氢气出口接氢气分离器，电解槽的氧气出口接氧气分离器；氢气分离器的氢气出口经进气阀接氢气管道。

6.根据权利要求2所述的固态氢气储能装置，其特征在于，包括氢燃料电池发电系统和固态储氢瓶加注系统，放气阀包括第一放气阀和第二放气阀；氢气管道通过第一放气阀接氢燃料电池发电系统，通过第二放气阀接固态储氢瓶加注系统。

7.根据权利要求2所述的固态氢气储能装置，其特征在于，固态氢气储能装置包括真空阀，氢气管道通过真空阀接真空源；储氢单元储存氢气时包括以下步骤：

8.根据权利要求6所述的固态氢气储能装置，其特征在于，固态储氢瓶加注系统包括充气管网，充气管网包括多个与固态储氢瓶连接的快速接头，充气管网通过第二放气阀与氢气管道连接；固态储氢瓶充气时，打开第二放气阀，同时通过控制器启动防爆加热棒加热罐体内的冷却水到设定温度，加快固态储氢材料的放氢速度，提高固态储氢瓶的充装速度。

9.根据权利要求1所述的固态氢气储能装置，其特征在于，固态储氢材料的组分按重量份包括ti 8～10份；zr 14～16份；ni 2～4份 ；mn 6～8份；v 1～3份；cr 3～5份 ；fe 7～9份:ca 0.5～1.5份。

10.根据权利要求9所述的固态氢气储能装置，其特征在于，固态储氢材料的制备方法包括以下步骤：将各组分按比例依次加入熔炼炉中，抽真空后充入氩气，压力达到0 .4～0.6bar；加热熔炼炉温度到1950～2050摄氏度，保温5～15分钟后在5～20分钟内冷却到室温；采用球磨工工艺将合金研磨到50～400目之间。

技术总结
本发明公开了一种固态氢气储能装置，包括罐体、储氢单元和控制系统，储氢单元包括多根储氢管和氢气管道，储氢管插入到罐体中，罐体灌装冷却水；储氢管包括外管和内管，外管为细长管；内管插入到外管中，外管与内管之间填充有粉末状的固态储氢材料，内管的侧壁包括复数个通气孔，内管在外管中的外壁由滤网覆盖；储氢管的外端露在罐体的外面，所有储氢管内管外端的开口通过氢气管道并接，氢气管道的进气口接进气阀，氢气管道的出气口接放气阀。本发明固态氢气储能装置的储氢管采用填充有粉末状固态储氢材料的外管，外管为细长管，固态储氢材料吸附氢气和换热的比面积大，储氢管浸在冷却水中，散热良好，储氢单元的吸氢效率好、储氢量高。

技术研发人员：费万成,唐镜舜
受保护的技术使用者：深圳市深通石化工程设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15