[发明专利]用于储存和提取氢和/或热的罐

说明书

发明领域

本发明涉及储存和释放氢、实施多孔元件与氢相互作用以可逆地形成金属氢化物的领域。

对于镁的实例，氢化/脱氢化反应取决于温度。氢化反应是放热的且脱氢化反应是吸热的。

这个原理允许罐被生产成使得能够以固态而不是气态或液态的形式储存氢，从而在罐的处理过程中显著降低爆炸的风险。

这些罐特别意图向燃料电池或热机供应氢。

这些罐还使得可以在氢化反应过程中储存或捕获热，且在脱氢化反应过程中释放热。

现有技术

国际专利申请WO9736819提出了包括接收器的可再充电的储存装置，其中封装了热传导基质和保持储氢介质的开放单元。

多个分隔元件将接收器隔开成若干室。储氢介质部分但不是完全地填充某些室。基质的开放单元结构使得储氢介质能够在室的单元之间迁移。

美国专利申请US 2009 155648描述了用于汽车应用的使用金属氢化物的储存罐。

国际专利申请WO 2007 1011476描述了包括管状容器的储氢罐，其中布置了若干单元，且每一个单元由多个以扇形体的形式的小接收器组成，且每一个接收器容纳金属氢化物粉末。

法国专利FR 2924787还提出了储氢罐。该发明涉及由通过包括金属氢化物和基质的压实材料形成的至少一个实心体组成的储存罐。基质由膨胀石墨形成且金属氢化物是镁或镁合金的氢化物。罐包括根据堆叠方向堆叠在容器内部的多个实心体。每一个实心体是以锭剂的形式且被保持在容器内部以在容器的内侧表面和每一个实心体之间提供环形空间。罐包括具有用于传热流体的至少一个管道形成体系、延伸到容器内的热交换器。罐还包括在管道形成体系上方穿过与实心体交替的金属板和在管道形成体系上方穿过与金属板交替的环形空间，且每一个实心体在间隔物上方穿过。这个管道形成体系包括基本上同轴的传热流体供应管道和排出管道。

罐还包括延伸穿过多个实心体的实心体加热元件。

现有技术还包括专利申请US 2001 035281，其描述了包括具有被允许氢通过的外围表面分开的两个模块的圆柱形双层壳的储氢罐。圆柱形储氢管包括集成了多个容纳氢材料粉末的储氢单元的结构。通过供应来自传热流体的热，通过解吸生成氢气。

美国专利US 4270360描述了包括罐的储氢装置，罐设置有拧紧到罐的内壁的两个平行板。加热元件和冷却元件被插入到多孔板之间。它们相隔固定的距离。将储氢材料放置在板与加热元件和冷却元件之间。

现有技术的问题

这些不同的解决方案具有需要外部热能源的缺点。

具体地，美国专利US 2001 035281或US 4270360需要外部能源以引起脱水，且特别是需要加热源和用于解吸的冷却源。因此，这些解决方案不能生产独立的储存罐，且它们具有高的生产成本。

当储氢材料是具有大约300℃的高操作温度且具有大于3600万焦耳(大于10千瓦-小时)每千克储存氢的反应焓的氢化镁类型时，这些缺点甚至会更加不利。因此，由现有技术专利提出的解决方案不适合于这样的反应热。

此外，在现有技术的解决方案中，罐必须具有多个流体连接件，一个用于氢的入口-出口，另一个用于传热流体的到达，且另一个用于传热流体的排出。

专利FR 2924787中所描述的解决方案具有另一个缺点：管“浸”在相变材料(储热材料)中，且因此必须是垂直的，导致了松散。

这意味着在期望满意的填充速度和提取速度时，具有有限的储氢体积。

实际上，由于少的交换表面，气态氢和通过氢化/脱氢化起反应的多孔材料的相互作用是相对少的。

本发明提供的解决方案

本申请的发明涉及这种材料在根据重量和成本优化的装置中的施用。

本发明的目的是使以氢化镁或相同类型的其它金属和合金的形式的储氢系统更加经济和实用。

为此，本发明由使储热材料罐和每一种氢化物或等待氢化的金属锭剂连接，或更具体地使氢化物锭剂和密闭单元罐交替组成。

根据其更通用的解释，本发明涉及用于通过可逆的氢化/脱氢化反应来储存和提取氢的罐，其由包括多个以氢化物的形式的储氢元件的绝热室组成，每一个储氢元件都具有至少一个气态氢交换表面和至少一个热交换表面，所述罐的特征在于，其还包括多个用于保存和释放与可逆的氢化/脱氢化反应相关联的热的储热元件3。

有利地，储热元件3中的至少一个与所述储氢元件2中的一个之间的交换表面具有关于所述储氢元件2中的一个的前交换表面。