CN218819633U - 一种集成式固态储氢供氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集成式固态储氢供氢装置，包括顶部敞开的壳体、氢气汇流排及多个储氢单体，氢气汇流排设置于壳体内部的上方；储氢单体包括储氢单罐及套设于储氢单罐外的单罐换热水套箱，单罐换热水套箱的上端设有换热介质入口，下端设有换热介质出口；氢气汇流排包括多根主管路及若干根连接管路，若干根连接管路用于将多根主管路连通；多根主管路上均分别设有多个连接口，根据多个连接口的位置，于壳体内设置多个储氢单体存放区域，多个储氢单体对应置于多个储氢单体存放区域内，且多个储氢单体中的多个储氢单罐的充放氢口与多个连接口对应连通；主管路还设置有充放氢端口。该装置能实现大流量供氢，可有效解决固态储氢***供氢时存在的缺点。

Description

一种集成式固态储氢供氢装置

技术领域

本实用新型涉及一种集成式固态储氢供氢装置，属于储氢技术领域。

背景技术

近年来，传统化石能源逐渐枯竭，而氢能作为一种高效清洁、无污染的二次能源，已经被公认为化石燃料的理想替代品。目前，氢能的开发利用主要包括制备、储存、运输和应用这四个方面，而氢能的储存和运输则是氢能是否能够做到真正应用的关键，也一直以来是氢能技术得以应用的关键。其中，固态储氢技术是在储氢材料的表面或内部储存氢的技术。固态储氢技术是利用将氢吸附到特定的固体材料上，则氢的体积减少的原理进行储氢的方法。由于采用固体储氢材料的固态储氢方式较高压液态储氢方式有较为明显的优势，并能提供较高的单位体积储氢容量、安全性、可靠性和所供应氢气的高纯度，成为了目前储氢技术研究的主要方向。但是，目前通用的固态储氢***的供氢流量和压力较小且空间利用率低，无法满足高功率燃料电池***的需求，在特定的工作场合下，也无法满足体积密度的要求。

因此，如何有效地提高固态储氢***的供氢流量、压力和空间利用率，是本领域技术人员目前所需要解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种集成式固态储氢供氢装置。该集成式固态储氢供氢装置中的“集成式”主要体现在利用小体积的限制，对装置的空间进行合理的规划，从而实现利用该装置进行大流量的供氢，扩大集成式固态储氢供氢装置的应用范围。

为达上述目的，本实用新型提供了一种集成式固态储氢供氢装置，其中，所述集成式固态储氢供氢装置包括：

顶部敞开的壳体、氢气汇流排及多个储氢单体，所述氢气汇流排设置于壳体内部的上方；所述储氢单体包括储氢单罐及套设于所述储氢单罐外的单罐换热水套箱，且单罐换热水套箱的上端设有换热介质入口，下端设有换热介质出口；

所述氢气汇流排包括多根主管路及若干根连接管路，若干根所述连接管路用于将多根所述主管路连通；多根所述主管路上均分别设置有多个连接口，根据多个所述连接口的位置，于所述壳体内设置多个储氢单体存放区域，多个所述储氢单体对应置于多个所述储氢单体存放区域内，且多个储氢单体中的多个储氢单罐的充放氢口与多个所述连接口对应连通；

所述主管路还设置有充放氢端口。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，在将所述氢气汇流排设置于壳体内部的上方时，可先通过螺丝将支架固定到所述壳体的内侧壁，再将所述氢气汇流排放置于所述支架上。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，所述集成式固态储氢供氢装置还包括换热汇流排，其设置在所述壳体内，并包括相互连通的换热介质入口管路和相互连通的换热介质出口管路，所述换热介质入口管路上开设的换热介质出口与所述换热介质入口相连，换热介质出口管路上开设的换热介质入口与所述换热介质出口相连。

本实用新型对换热汇流排于壳体内的具***置不做具体要求，可根据实际情况进行合理布设。在本实用新型的一些实施例中，由于所述换热介质入口和换热介质出口分别设置在单罐换热水套箱的上端和下端，为便于连接，可将所述换热汇流排中的换热介质入口管路和换热介质出口管路通过焊接技术分别固定在壳体内的顶部和底部。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，所述壳体的侧壁还开设有入口和出口，换热介质入口管路的入口端和换热介质出口管路的出口端分别通过所述入口和所述出口与换热介质储罐及换热介质回收罐相连通。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，换热介质入口管路的入口端和换热介质出口管路的出口端还分别设置有球阀开关，以控制换热介质的流速，该球阀开关可位于壳体外。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，多根主管路以平行方式布设，其数量可为奇数或者偶数。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，所述氢气汇流排中的多根主管路的出口分别设置有泄气安全阀。由于所述集成式固态储氢供氢装置受温度影响剧烈，氢气汇流排中的每根主管路都需要开设出口并安装泄气安全阀，以保证安全，如果仅通过一根主管路进行泄压，氢气流速过大也会发生危险。当压力超过许用值时，自动打开泄气安全阀进行排气，压力降到许用值则自行关闭泄气安全阀。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，所述氢气汇流排还包括温压表，当所述主管路的数量为奇数时，所述温压表设置在中间位置主管路的出口处，当所述主管路的数量为偶数时，所述温压表设置在任一主管路的出口处；

或者所述温压表设置于所述储氢单罐的充放氢口。

其中，设置所述温压表能够实时检测氢气汇流排内的氢气温度和压力情况。本实用新型中，可以将温压表设置于储氢单罐的充放氢口处，也可以将其设置于氢气汇流排主管路的出口处，优选设置于氢气汇流排主管路的出口处，更优选设置于中间位置主管路的尾部出口处，此时可以更好地检测氢气温度和压力值，所测量得到的温度和压力也较为准确。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，所述充放氢端口设置有气体流量阀。

本实用新型中，所述充放氢端口可以多开，即在每一所述主管路上均设置有充放氢端口，并在每一充放氢端口均设置气体流量阀。在使用所述集成式固态储氢供氢装置时，可根据现场际情况使用一个或多个充放氢端口，未使用的其他开口可以作为预留口，以备不时之需。

在本实用新型的一些实施例中，多根主管路的出口位于所述主管路的尾部，充放氢端口位于所述主管路(优选为中间位置主管路)的头部；并且当所述主管路的数量为奇数时，所述充放氢端口设置在中间位置主管路的一端。

其中，本实用新型所设置的该气体流量阀用于实时检测装置的充放氢气的流量情况，将其设置于充放氢端口，并可通过互联网技术将其与电脑进行实时交互，能够更直观地检测该装置充放氢过程中的流量情况。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，所述充放氢端口也设置有快插接头，以通过该快插接头与外部实现充放氢。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，多个所述储氢单罐的充放氢口及多个所述连接口分别设置有快接插头，并且充放氢口的快接插头和对应的连接口的快接插头通过高压防爆软管连通。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，所述充放氢口还设置有单体瓶阀。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，所述单罐换热水套箱、所述壳体和所述主管路及连接管路的材质均为不锈钢，所述换热介质入口管路和换热介质出口管路分别为不锈钢焊接管。

作为本实用新型以上所述集成式固态储氢供氢装置的一具体实施方式，其中，换热汇流排采用焊接技术固定于所述壳体内，换热介质入口管路和换热介质出口管路可通过塑料软管分别与单罐换热水套箱的换热介质入口和换热介质出口相连通。

在本实用新型的一些实施例中，所述储氢单罐为圆柱体，其高度为900mm，内部容量为16L；

根据多个所述连接口的位置，于所述壳体内设置25个储氢单体存放区域，其中每个储氢单体存放区域的长为200mm、宽为200mm及高为1000mm；

所述壳体的总体承重为2t左右，占用空间为1m³。

与现有技术相比，本实用新型提供的集成式固态储氢供氢装置所能达成的有益技术效果包括：

(1)该集成式固态储氢供氢装置可采用内部导热结构，即换热汇流排和外置单罐换热水套箱这两种换热方式进行热管理，可以更好地发挥集成式装置小体积、大流量的优点；并且所述单罐换热水套箱易于和燃料电池的板换装置进行热交换，提高燃料电池的余热再利用率。

(2)该集成式固态储氢供氢装置设置有泄气安全阀、温压表和气体流量阀，该泄压安全阀可以起到安全保护的作用；温压表结构简单、机械强度高、不怕震动、能实时反馈装置内部的温度和压力；气体流量阀的控制灵敏度高、可单独调节，能够实现与电脑的实时交互。

(3)该集成式固态储氢供氢装置的最主要的突出点在于可在有限空间内将氢气汇集达到一定吸放氢性能的优势，能够实现大规模的集成和大流量供氢，即能够有效提高固态储氢技术的供氢流量，可以有效解决固态储氢***供氢时流量低、压力低和空间利用率低的缺点，可满足燃料电池***高功率稳定运行的需求，使得固态储氢***能够广泛应用于汽车运输业等行业。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的集成式固态储氢供氢装置的平面结构示意图(俯视图)。

图2为本实用新型实施例提供的集成式固态储氢供氢装置中使用的储氢单体的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的集成式固态储氢供氢装置中使用的氢气汇流排的立体结构示意图。

主要附图标号说明：

1、储氢单罐；

2、单罐换热水套箱；

3、氢气汇流排；

4、泄气安全阀；

5、温压表；

6、换热汇流排；

61、换热介质入口管路；

62、换热介质出口管路；

7、气体流量阀；

8、壳体；

9、快接插头；

10、单体瓶阀；

11、换热介质入口；

12、换热介质出口。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型的说明书、权利要求书和以上附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤、单元或者组分的过程、方法、***、产品、设备、装置或者组合物不必限于清楚地列出的那些步骤、单元或者组分，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品、设备、装置或者组合物固有的其它步骤、单元或者组分。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”、“顶”、“前”、“头”、“尾”及“底”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供了一种集成式固态储氢供氢装置，其平面结构示意图(俯视图)如图1所示，从图1中可以看出，所述集成式固态储氢供氢装置包括：

顶部敞开的壳体8、氢气汇流排3及25个储氢单体，所述氢气汇流排3设置于壳体8内部的上方，具体地，可先通过螺丝将支架固定到所述壳体8的内侧壁，再将所述氢气汇流排3放置于所述支架上，从而实现将氢气汇流排3设置于壳体8内部的上方；

所述储氢单体的结构示意图如图2所示，从图2中可以看出，所述储氢单体包括储氢单罐1及套设于所述储氢单罐1外的单罐换热水套箱2，且单罐换热水套箱2的上端设有换热介质入口11，下端设有换热介质出口12；

所述氢气汇流排3的立体结构示意图如图3所示，从图3中可以看出，所述氢气汇流排3包括三根以平行方式布设的主管路以及六根连接管路，六根所述连接管路用于将三根所述主管路连通；三根所述主管路上均分别设置有多个连接口(图中所示的连接口数量大于25个，但本实施例中仅选择其中的25个使用，其他未使用的连接口进行密封)，根据多个所述连接口的位置，于所述壳体8内设置25个大小相同的储氢单体存放区域，25个所述储氢单体对应置于25个所述储氢单体存放区域内，且25个储氢单体中的25个储氢单罐1的充放氢口与25个所述连接口对应连通；

中间位置的主管路的一端(头部方向)还设置有充放氢端口，所述充放氢端口设置有气体流量阀7。

本实施例中，所述集成式固态储氢供氢装置还包括换热汇流排6，包括相互连通的换热介质入口管路61和相互连通的换热介质出口管路62，换热介质入口管路61和换热介质出口管路62通过焊接技术分别设置在所述壳体8内的顶部和底部；所述壳体8的侧壁还开设有入口和出口，换热介质入口管路61的入口端和换热介质出口管路62的出口端分别通过所述入口和所述出口与换热介质储罐及换热介质回收罐相连通；换热介质入口管路61的入口端和换热介质出口管路62的出口端还分别设置有球阀开关，以控制换热介质的流速，该球阀开关位于壳体外；

所述换热介质入口管路61上开设的25个换热介质出口分别与所述换热介质入口11相连，换热介质出口管路62上开设的25个换热介质入口分别与所述换热介质出口12相连；

25个所述储氢单罐1的充放氢口及氢气汇流排3中的25个所述连接口分别设置有快接插头9，并且充放氢口的快接插头9和对应的连接口的快接插头9通过高压防爆软管连通；

所述充放氢口还设置有单体瓶阀10。

本实施例中，所述氢气汇流排3中的三根主管路的尾部出口分别设置有泄气安全阀4，中间位置主管路的出口处还设置有温压表5。

本实施例中，所述单罐换热水套箱2、所述壳体8和所述主管路及连接管路的材质均为不锈钢，所述换热介质入口管路61和换热介质出口管路62分别为不锈钢焊接管。

本实施例中，所述储氢单罐1为圆柱体，其高度为900mm，内部容量为16L；每个储氢单体存放区域的长为200mm、宽为200mm及高为1000mm；所述壳体8的总体承重为2t左右，占用空间为1m³。

以下详细介绍本实施例提供的集成式固态储氢供氢装置的使用方法，包括：

1、充氢/储氢操作：

1.1)检查装置中的所有阀门是否处于关闭状态；

1.2)打开换热汇流排和单罐换热水套箱，开始对储氢单罐进行控温降温，同时检查管路连接是否完好，此后保持换热汇流排和单罐换热水套箱一直处于打开状态，并通过外部电机和球阀开关控制换热介质的流速；

1.3)打开气体流量阀，关闭单体瓶阀，打压1MPa，检查温压表是否准确(其中温压表对比参考数据为外部连接给该装置进行充氢的设备上的减压装置)并使用手持式氢气报警仪检查装置氢路各个连接处是否漏气；

1.4)通过以上步骤若发现装置存在问题，则需要立即对该装置进行修理，若发现装置不存在任何问题，打开单体瓶阀对储氢单罐进行充氢，充氢开始时通过调节气体流量阀进行控制，充氢不宜过快以免造成热量堆积；

储氢单罐充氢的前期主要以热量的损失为动力主导，因此应该适当加快换热介质流速，后期储氢单罐即将充满时，换热效果不明显，此时可以适当降低换热介质的流速以节约能源。

2、供氢操作：

2.1)检查装置中的所有阀门是否处于关闭状态；

2.2)打开换热汇流排和单罐换热水套箱对储氢单罐进行控温升温，直至温度升高至45℃左右；

2.3)打开单体瓶阀使储氢单罐中储存的氢气预先进入氢气汇流排进行汇流，并不断观察温压表的压力情况；

2.4)准备供氢，根据供氢流量需求，缓慢打开气体流量阀以对外界进行供氢，如需要更高的供氢流量，可以通过调节换热介质的流速和换热介质的温度来提高储氢材料的吸热量。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型实施例提供的集成式固态储氢供氢装置所能达成的有益技术效果包括：

(1)该集成式固态储氢供氢装置可采用内部导热结构，即换热汇流排和外置单罐换热水套箱这两种换热方式进行热管理，可以更好地发挥集成式装置小体积、大流量的优点；并且所述单罐换热水套箱易于和燃料电池的板换装置进行热交换，提高燃料电池的余热再利用率。

(2)该集成式固态储氢供氢装置设置有泄气安全阀、温压表和气体流量阀，该泄压安全阀可以起到安全保护的作用；温压表结构简单、机械强度高、不怕震动、能实时反馈装置内部的温度和压力；气体流量阀的控制灵敏度高、可单独调节，能够实现与电脑的实时交互。

(3)该集成式固态储氢供氢装置的最主要的突出点在于可在有限空间内将氢气汇集达到一定吸放氢性能的优势，能够实现大规模的集成和大流量供氢，即能够有效提高固态储氢技术的供氢流量，可以有效解决固态储氢***供氢时流量低、压力低和空间利用率低的缺点，可满足燃料电池***高功率稳定运行的需求，使得固态储氢***能够广泛应用于汽车运输业等行业。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。

Claims (10)

1.一种集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，所述集成式固态储氢供氢装置包括：顶部敞开的壳体(8)、氢气汇流排(3)及多个储氢单体，所述氢气汇流排(3)设置于壳体(8)内部的上方；所述储氢单体包括储氢单罐(1)及套设于所述储氢单罐(1)外的单罐换热水套箱(2)，且单罐换热水套箱(2)的上端设有换热介质入口(11)，下端设有换热介质出口(12)；

所述氢气汇流排(3)包括多根主管路及若干根连接管路，若干根所述连接管路用于将多根所述主管路连通；多根所述主管路上均分别设置有多个连接口，根据多个所述连接口的位置，于所述壳体(8)内设置多个储氢单体存放区域，多个所述储氢单体对应置于多个所述储氢单体存放区域内，且多个储氢单体中的多个储氢单罐(1)的充放氢口与多个所述连接口对应连通；

所述主管路还设置有充放氢端口。

2.根据权利要求1所述的集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，所述集成式固态储氢供氢装置还包括换热汇流排(6)，其设置在所述壳体(8)内，并包括相互连通的换热介质入口管路(61)和相互连通的换热介质出口管路(62)，所述换热介质入口管路(61)上开设的换热介质出口与所述换热介质入口(11)相连，换热介质出口管路(62)上开设的换热介质入口与所述换热介质出口(12)相连。

3.根据权利要求2所述的集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，所述壳体(8)的侧壁还开设有入口和出口，换热介质入口管路(61)的入口端和换热介质出口管路(62)的出口端分别通过所述入口和所述出口与换热介质储罐及换热介质回收罐相连通。

4.根据权利要求1所述的集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，多根主管路以平行方式布设，其数量为奇数或者偶数。

5.根据权利要求1或4所述的集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，所述氢气汇流排(3)中的多根主管路的出口分别设置有泄气安全阀(4)。

6.根据权利要求1或4所述的集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，所述氢气汇流排(3)还包括温压表(5)，当所述主管路的数量为奇数时，所述温压表(5)设置在中间位置主管路的出口处，当所述主管路的数量为偶数时，所述温压表(5)设置在任一主管路的出口处；

或者所述温压表(5)设置于所述储氢单罐(1)的充放氢口。

7.根据权利要求1或4所述的集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，所述充放氢端口设置有气体流量阀(7)。

8.根据权利要求1所述的集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，多个所述储氢单罐(1)的充放氢口及多个所述连接口分别设置有快接插头(9)，并且充放氢口的快接插头(9)和对应的连接口的快接插头(9)通过高压防爆软管连通。

9.根据权利要求1或8所述的集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，所述充放氢口还设置有单体瓶阀(10)。

10.根据权利要求1所述的集成式固态储氢供氢装置，其特征在于，所述单罐换热水套箱(2)、所述壳体(8)和所述主管路及连接管路的材质均为不锈钢，所述换热介质入口管路(61)和换热介质出口管路(62)分别为不锈钢焊接管。

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