[发明专利]一种金属氢化物储氢系统及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于氢能领域的储氢技术，特别涉及一种燃料电池电源用金属氢化物储氢系统及其制作方法。

背景技术

氢能具有洁净、效率高、可再生等诸多优点，是受到全世界普遍关注的一种新型能源。氢燃料电池作为氢能应用的典型代表，在交通运输、分布式发电和备用电源等领域展现出良好的应用前景。氢燃料电池作为备用电源应用时，与目前市场上的主要备用电源产品，如铅酸电池和油机等相比，具有备电时间长、高效、环保、体积小、重量轻等诸多优点，在世界主要发达国家如美国、欧盟、日本等已开始商业化应用。

在氢燃料电池备用电源系统推广应用中，如何保证系统用氢的安全供给是各方关心的焦点问题。目前，商业化氢源有高压气态氢和金属氢化物低压固态氢两种。高压气态氢一般是将氢气直接压缩储存于气瓶内，经济、方便，但占用体积大，压力高(≥15Mpa)，作为室内氢燃料电池电源的氢源有一定的安全隐患；相比而言，金属氢化物低压固态氢是利用了氢气与合金化学反应来储存氢气，具有如下特点：(1)金属氢化物材料室温储氢压力≤3.0Mpa，储氢压力低，安全性高；(2)金属氢化物材料单位体积的贮氢密度是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍以上，系统储氢密度高，结构紧凑，体积小；(3)金属氢化物材料对氢气的选择性吸附可实现对原料氢气的纯化，使其释氢纯度高可达6N以上，从而可提高燃料电池效率，防止燃料电池中毒，延长使用寿命，降低系统综合成本；(4)金属氢化物储氢系统的充氢压力≤3.0Mpa，可方便地与现有电解水产氢工艺集成，实现备电系统无人值守的持续工作；(5)金属氢化物储氢系统放氢时的吸热特性，有利于燃料电池的散热，可提高系统能量效率。综上，金属氢化物固态储氢系统具有储氢压力低、密度高、供氢纯度高等特点，特别适用于做氢燃料电池氢源。

金属氢化物储氢材料吸放氢的过程是一热交换的过程，吸氢时放热，放氢时则吸热。目前，现有的储氢器多采用单一的瓶式结构，主要利用容器表面与外界进行热交换，导致金属氢化物储氢材料吸放氢时不能与外界环境进行充分的热交换，影响了其动力学性能，吸放氢速率较慢，难以满足氢燃料电池连续工作对供氢速率的要求。在储氢装置整体体积不变的情况下，若能增大散热面积，并充分利用燃料电池发电时产生的余热，则可大幅提高金属氢化物储氢系统的换热能力，从而保证氢气的快速、稳定输出。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可与燃料电池进行热量配合的模块化的金属氢化物储氢系统及其制作方法，利用该方法制作的金属氢化物储氢系统可在-20～50℃的环境温度条件下，对1～5KW的氢燃料电池稳定供氢，连续工作时间可达8小时以上。通过换热结构设计，使燃料电池发电释放的余热通过换热结构对储氢系统进行加热，大幅提高储氢系统的换热效率，减小储氢系统放氢对环境温度的依赖。储氢系统采用模块化的结构设计，由若干储氢量500～2000L标况氢气的储氢模块组成，储氢模块壳体为矩形，通过滑道固定；储氢模块通过卡套和快速接头与系统充放氢气体管路连接，可方便的运输和装配，并可在系统对燃料电池供氢时在线进行储氢模块的加载以补充氢源，保证燃料电池发电系统长时间连续工作；系统设置稳压减压器，可将储氢系统氢压降至燃料电池的额定工作压力，通过卡套或快速接头直接与燃料电池进氢口连接实现对燃料电池供氢；系统还设置了安全阀，当系统遭遇火灾等事故出现异常高压时安全阀启动泄压，提高了系统的使用安全性。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种金属氢化物储氢系统，包括储氢系统机架，换热结构和若干个储氢模块；所述的储氢系统机架上设置系统的充放氢气路、充放氢气路上的稳压减压器和安全阀以及固定储氢模块的滑道；所述的换热结构可根据与燃料电池的相对位置固定于机架的底部、中部或顶部，其通过换热结构的进风口与燃料电池的出风口配合，燃料电池发电时排出的热风通过换热结构对储氢模块均匀加热；所述的储氢模块置于系统内一系列平行的滑道内，两端由卡槽或螺钉固定，根据系统储氢容量的大小储氢模块可分1～3层摆放，在储氢模块分为2～3层摆放情况下，放氢时燃料电池的热风在储氢模块上下层之间垂直流通，实现对储氢模块的均匀加热。

在本发明的金属氢化物储氢系统中，所述的换热结构为外形是梯形的中空结构，其小端为进风口，其大端为出风口，该出风口正对着若干个储氢模块。