[發明專利]帶冷量利用的循環吸附儲氫裝置

無效

• 申請號: 201010178215.4
• 申請日: 2010-05-20
• 公開（公告）號: CN101818853A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 馮全科;孫碩;徐穎;余賓宴
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F17C5/04
• 分類號: F17C5/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及一種在低溫范圍內實現儲氫的裝置。

背景技術

氫能被公認為是一種清潔的可再生能源，因此在全世界范圍內得到廣泛的關注。許 多學者針對氫的制取，儲運和應用開展了大量的研究。目前，大規模制氫技術已經相對成 熟，人們可以通過天然氣，石油，煤氣等多種途徑獲得高純度的氫。針對氫的各個應用領域 如化工，航天，燃料電池等，學者也都開展了深入的研究。但是要將氫能大規模應用于生產 實踐，還有許多技術問題亟待解決，其中氫的儲存是一個重要方面。

現有的儲氫方式主要有以下四種：物理儲存(氣體壓縮或液化)、不可逆的化學儲 存、金屬氫化物儲存、碳基吸附儲存。各種方式均有其優缺點，如壓縮氫氣或液化儲氫能得 到很高的氫儲量，但其安全防漏問題是需要解決的主要問題；不可逆化學儲存能使系統安全 輕便，已經在某些領域得到應用，但其反應的不可逆性以及伴隨一些有害氣體的生成使得此 種方法不便于被廣泛地運用；金屬氫化物儲氫則存在儲氫材料自身過重的缺點。相比較而 言，由于碳基材料具有安全、可逆、環保、輕便等優點，碳基吸附儲氫有較好的發展前景， 但其缺點是在常溫下儲氫率較低。

從當今世界的研究進展來看，以上儲氫方法大多數還處于實驗室階段，目前還沒有 達到大規模的生產應用。除了儲氫性能需要進一步優化提高外，在儲氫的工業化過程中，還 面臨如下技術問題：首先，多數儲氫過程都涉及低溫環境下的操作，需要采取良好的降溫絕 熱手段；其次，儲氫過程都伴隨有大量的放熱，需要及時將熱量帶走；再次，工業化生產要 求相對簡單的設備結構，以提高生產效率和可靠性。這就需要專門設計一種適用于工業化生 產的儲氫設備，既能提供要求的低溫原料和環境，又能及時帶走儲氫過程中儲氫瓶內產生的 熱量而不增加裝置的復雜性。這正是本發明要解決的問題。

發明內容

為解決儲氫過程中低溫工況的維持，及時帶走儲氫材料中的熱量，高效合理地利用 氫氣，本發明的目的在于提供一種可廣泛應用于工業生產的循環吸附儲氫裝置。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的： 一種帶冷量利用的循環吸附儲氫裝置，包括一個換熱器、一個回冷器、一個增壓器和一個儲 氫瓶，所述換熱器的副側連通有一個冷源構成低溫循環回路；該換熱器的主側與回冷器主側 串通，換熱器主側出口通過一個儲氫閥連接儲氫瓶；回冷器主側進口連通增壓器的出口；回 冷器副側的進口通過一個回氣閥連接儲氫瓶，回冷器副側的出口連通增壓器的進口，該增壓 器的進口還連接一個控制原料氫氣的補氣閥；回冷器副側、增壓器、回冷器及換熱器主側與 儲氫瓶構成氫氣循環回路，在該氫氣循環回路的增壓器進口處通過一個抽氣閥連接有真空系 統。

上述方案中，所述的換熱器主側出口與回冷器副側的進口之間設置有調節閥。

所述回冷器主側進口與增壓器的出口之間設置有一個預冷器。所述換熱器主側出口 與儲氫閥之間設置有緩沖罐。所述氫氣循環回路中設置有監測裝置，包括回氣閥與回冷器副 側進口之間設置的溫度計；增壓器進口設置的流量計；低溫循環回路中的溫度計、壓力表； 以及緩沖器上設置的溫度計、壓力表。

所述回冷器、換熱器、預冷器、緩沖罐均放置在一個保溫倉內。所述冷源為氦制冷 系統。

對比現有的儲氫技術，本發明具有以下優點： 1)利用低溫氫氣自身作為冷卻工質帶走儲氫過程中產生的熱量，不需要額外的冷卻裝置和 冷卻工質，使得系統和儲氫瓶結構均得到簡化。

2)加入回冷裝置，提高系統的能效比。

3)沒有被吸附的氫氣通過循環系統重新進入儲氫瓶進行吸附，實現氫原料的高效利 用。

4)能夠適應較大溫度和壓力范圍的儲氫過程。

5)儲氫瓶和氫循環系統為相對獨立的單元，因此便于儲氫瓶的裝卸，適于工業化生 產。

本發明儲氫裝置可以實現對儲氫材料的均勻冷卻，并及時帶走儲氫過程中生成的熱 量，以始終保持儲氫工況的穩定。通過設置回冷裝置可以將低溫下的冷量重新利用，以預冷 將要進入儲氫瓶的氫氣，保證系統在低溫下的高效運行，提高了系統的整體效率。另外，該 設備不需要在儲氫瓶內設置冷卻裝置，簡化了儲氫瓶的結構，更利于工業化實現。

附圖說明

以下結合附圖及具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

圖1是本發明儲氫裝置的系統結構圖。