本公开涉及储氢,尤其涉及一种低温高压储氢系统及其工作方法。
背景技术:
1、氢气是重要的清洁能源载体,然而其低密度、低沸点特性带来的储运难题极大限制了氢能的大规模化推广应用,亟需高效的氢气致密化储运方法。目前商业应用较多的氢气致密化储存方法是氢液化和高压气态储氢;而金属氢化物储氢、有机液氢化物储氢、无机物储氢、吸附储氢等新型储氢方法虽有实现较高储氢密度的潜力,但尚存在储氢介质造价高、寿命有限、放氢温度高、产生副产物等局限性,仍待进一步发展。
2、氢液化技术可实现70kg/m3级别的储氢密度,且储存压力低,是较为理想的储氢方式;然而氢液化系统造价高、运行能耗较大,推广至民用领域需降低成本。而高压气态储氢目前已相对成熟并用于车载,但储氢密度有限、储存压力高,安全性要求高。综合氢液化与高压气态储氢两种技术的低温高压储氢技术储氢密度较高,本征能耗低,无需正仲氢转化,极具发展潜力。储氢容器是低温高压低温高压储氢系统的关键部件,其结构形式等直接关系到系统的整体的体积储氢密度和质量储氢密度。
3、目前,低温高压储氢容器的研究多集中于较小容量的车载容器;而现有的低温高压储氢容器结构直接放大后制造难度较大、制造成本较高,同时也难以长时间维持低温高压氢气周侧的低温环境,会因漏冷使氢气吸热升压排放造成损耗。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题,本公开提供了一种低温高压储氢系统及其工作方法。
2、第一方面,本公开提供了一种低温高压储氢系统,包括:氢气压缩机、制氮机、制冷机和储氢装置;
3、所述储氢装置包括外壳体和多个储氢罐;多个所述储氢罐排布在所述外壳体内,所述外壳体的内壁与所述储氢罐之间形成冷屏区域,所述储氢罐用于储存低温高压氢气,所述冷屏区域用于容纳液氮;
4、所述氢气压缩机与所述制氮机对应的与所述制冷机上的第一通道和第二通道连接,所述第一通道和所述第二通道对应的与多个所述储氢罐和所述冷屏区域连接。
5、可选的,还包括支架,所述支架设置在每两个相邻的所述储氢罐之间以及所述储氢罐与所述外壳体之间。
6、可选的,所述支架沿所述储氢罐的轴向方向排布有多组。
7、可选的,所述储氢罐为i型瓶、ii型瓶、iii型瓶或iv型瓶。
8、可选的,所述储氢罐内部填充有吸附材料,所述吸附材料包括活性炭、分子筛、石墨烯、金属有机骨架材料等材料中的一种或多种。
9、可选的,还包括加热组件,所述加热组件包括设置在所述外壳体外部的热源以及插入到所述储氢罐中的加热棒,所述热源用于给所述加热棒供热。
10、可选的,还包括降温组件,所述降温组件设置在所述外壳体的外部,所述降温组件的制冷端插入到所述冷屏区域内。
11、可选的,还包括氢气进出阀组、内胆阀组、液氮充注阀、冷屏容器阀组、外壳体阀组、液氮排放阀;
12、多个所述储氢罐对应的通过多条支路与主路连通,所述主路与所述第一通道连通;
13、所述氢气进出阀组设置在所述主路上,并用于控制所述储氢罐内氢气的进出;
14、所述内胆阀组设置在所述主路上,并位于所述储氢罐与所述氢气进出阀组之间,用于在达到设定压力值时排放所述储氢罐内的氢气;
15、所述液氮充注阀设置在所述冷屏区域与所述第二通道之间,并用于控制液氮的充注;
16、所述冷屏容器阀组设置在所述外壳体上,并与所述冷屏区域连通,用于释放液氮闪蒸气;
17、所述外壳体阀组设置在所述外壳上,所述外壳体阀组的一端与所述真空层连通,另一端用于连通真空泵组;
18、所述液氮排放阀设置在所述外壳体上,并与所述冷屏区域连通,用于排放液氮。
19、可选的,多个所述储氢罐的断面沿矩阵或圆形均匀排布在所述外壳体内。
20、可选的,所述外壳体包括内壳和外壳;
21、所述内壳与所述外壳之间设有真空层。
22、第二方面,本公开提供了一种如上所述的低温高压储氢系统的工作方法,包括如下步骤:
23、s1、通过制氮机制作出氮气;
24、s2、将氮气通过制冷机降温形成液氮,并将液氮通入冷屏区域,对储氢罐进行降温,最后将液氮充注阀关闭;
25、s3、将低压氢气通过氢气压缩机加工成常温高压氢气;
26、s4、将常温高压氢气通过制冷机加工成低温高压氢气;
27、s5、将低温高压氢气通入多个储氢罐中,并将低温高压氢气进出阀组关闭;
28、s6、打开液氮排放阀排放冷屏区域内的液氮;
29、s7、打开氢气进出阀组排出低温高压氢气。
30、本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点:
31、本公开提供的低温高压储氢系统,通过储氢装置中的外壳体和多个储氢罐的设置方式,在外壳体和储氢罐之间形成了冷屏区域,冷屏区域可以通过充注液氮来维持运输过程中每个储氢罐周围的低温环境,通过将多个储氢罐排列在外壳体中的方式,能够提高运输容器的容量;应当能够理解的是,不需要放大原有的储氢容器,使用现有的i型瓶、ii型瓶、iii型瓶或iv型瓶也能进一步降低整个低温高压储氢系统的成本。
1.一种低温高压储氢系统,其特征在于,包括:氢气压缩机(11)、制氮机(12)、制冷机(13)和储氢装置(14);
2.根据权利要求1所述的低温高压储氢系统,其特征在于,还包括支架(2),所述支架(2)设置在每两个相邻的所述储氢罐(142)之间以及所述储氢罐(142)与所述外壳体(141)之间。
3.根据权利要求2所述的低温高压储氢系统,其特征在于,所述支架(2)沿所述储氢罐(142)的轴向方向排布有多组。
4.根据权利要求1所述的低温高压储氢系统,其特征在于,所述储氢罐(142)内部填充有吸附材料(1421),所述吸附材料(1421)包括活性炭、分子筛、石墨烯、金属有机骨架材料等材料中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的低温高压储氢系统,其特征在于,还包括加热组件,所述加热组件包括设置在所述外壳体(141)外部的热源(151)以及插入到所述储氢罐(142)中的加热棒(152),所述热源(151)用于给所述加热棒(152)供热。
6.根据权利要求1所述的低温高压储氢系统,其特征在于,还包括降温组件(16),所述降温组件(16)设置在所述外壳体(141)的外部,所述降温组件(16)的制冷端插入到所述冷屏区域(143)内。
7.根据权利要求1所述的低温高压储氢系统,其特征在于,还包括氢气进出阀组(31)、内胆阀组(32)、液氮充注阀(33)、冷屏容器阀组(34)、液氮排放阀(36);
8.根据权利要求1至7任一项所述的低温高压储氢系统,其特征在于,多个所述储氢罐(142)的断面沿矩阵或圆形均匀排布在所述外壳体(141)内。
9.根据权利要求1至7任一项所述的低温高压储氢系统,其特征在于,所述外壳体(141)包括内壳(1411)和外壳(1412);
10.一种如权利要求1至9任一项所述的低温高压储氢系统的工作方法,其特征在于,包括如下步骤:
