[發明專利]一種基于正仲氫轉化的常溫蓄冷裝置、蓄冷方法及取冷方法

有效

• 申請號: 202111335947.4
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN113776372B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 孫耕
• 申請（專利權）人: 北京大臻科技有限公司
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00
• 代理公司: 北京市隆安律師事務所 11323
• 代理人: 楊云

本發明涉及一種基于正仲氫轉化的常溫蓄冷裝置、蓄冷方法及取冷方法，該蓄冷裝置包括常溫儲罐、能量轉化模塊、電能轉儲系統、真空絕熱冷箱、預冷換熱器和外換熱器，預冷換熱器和外換熱器設置于真空絕熱冷箱中；能量轉化模塊一側與常溫儲罐連通，另一側與預冷換熱器的一側連通，預冷換熱器的另一側連通外換熱器的一側，氫通過常溫儲罐、能量轉化模塊、預冷換熱器和外換熱器實現循環流通；預冷換熱器與外換熱器之間形成氫催化路，氫在氫催化路進行正仲轉化，外換熱器的另一側設置外介質路，外介質路用于提供吸收氫轉化熱量或冷量的低溫外介質。本發明可以在完成蓄冷后，長期存儲在常溫環境中。

技術領域

本發明屬于氫能應用技術領域，具體涉及一種基于正仲氫轉化的常溫蓄冷裝置、蓄冷方法及取冷方法。

背景技術

當前，傳統蓄冷裝置，都是將冷量存儲在蓄冷介質中，此時介質處于低溫狀態，由于不可避免的漏熱，蓄冷介質會被環境加熱，不能長期存儲。

氫分子是由兩個氫氣原子構成，由于兩個氫原子核自旋方向的不同，存在著正、仲兩種狀態的氫。正氫的原子核自旋方向相同，仲氫的原子核自旋方向相反。正、仲態的平衡氫組成與溫度有關，不同溫度下平衡氫的正、仲態濃度比例不同。在常溫時，平衡氫是含75％正氫和25％仲氫的混合物，稱為正常氫或標準氫；溫度降低，仲氫所占的百分率增加。如在液氮的標準沸點時，仲氫含量約47%，在液氫的標準沸點時，仲氫含量可達99.8%。氫氣的正仲態的自發轉化非常緩慢，氫的正-仲轉化是放熱反應，標準氫完全轉化成仲氫放出的熱量超過氣化潛熱（447kJ/kg）。因此，利用氫的正仲催化轉化可以實現可控吸放熱過程，進而形成一個較長期的蓄冷裝置。

CN111992142A公開了一種用于正仲氫等溫轉化反應的裝置，包括：儲罐和轉化器；儲罐內裝有低溫介質，為正仲氫轉化過程提供恒溫的低溫環境；同時儲罐的頂部分別設有加注管、排氣管、氫氣進管及氫氣出管；轉化器通過氫氣進管及氫氣出管吊裝在儲罐的底部，并浸入到儲罐內的液態的低溫介質中。該發明能應用在液氮溫區以及其它需要正仲氫等溫轉化的溫區，使流動氫氣或液氫能夠發生正仲氫等溫轉化反應，達到或接近該溫度下平衡氫狀態，同時能夠滿足流動氫氣或液氫在正仲態轉化過程產生的熱量交換傳遞需求。但是，該裝置中低溫介質與轉化材料設置在一個容器內，導致轉化器整體體積龐大，不利于具體的實施過程；而且換熱面積不足，換熱不充分，不能實現真正的正仲氫催化轉化，更無法以此作為蓄冷裝置。

因此，如何獲得一種通過高效、緊湊、節能且長期可用的基于正仲氫轉化實現蓄冷的裝置是本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于正仲氫轉化的常溫蓄冷裝置、蓄冷方法及取冷方法，可以實現在常溫環境中長期蓄冷，且在取冷方面同樣方便、高效。

第一方面，本發明提供一種基于正仲氫轉化的常溫蓄冷裝置，包括常溫儲罐、能量轉化模塊、電能轉儲系統、真空絕熱冷箱、預冷換熱器和外換熱器，所述預冷換熱器和所述外換熱器設置于所述真空絕熱冷箱中；

所述能量轉化模塊一側與所述常溫儲罐連通，另一側與所述預冷換熱器的一側連通，所述預冷換熱器的另一側連通所述外換熱器的一側，氫通過所述常溫儲罐、所述能量轉化模塊、所述預冷換熱器和所述外換熱器實現循環流通；

所述電能轉儲系統用于為所述能量轉化模塊提供或儲存能量；

所述預冷換熱器與所述外換熱器之間形成氫催化路，氫在所述氫催化路進行正仲轉化，所述外換熱器的另一側設置外介質路，所述外介質路用于提供吸收氫轉化熱量或冷量的低溫外介質。

常溫儲罐分區進行氫的釋放和存儲，之后低溫下進行正仲轉化，復溫后進行儲存，利用氫的正仲催化轉化可以實現可控吸放熱過程。仲氫向正氫的轉化在沒有催化劑的條件下極為緩慢，因此，常溫的仲氫儲存進而形成一個較長期的蓄冷裝置。