一種基於液態儲氫的一體化燃料存儲裝置的製作方法

2023-11-07 16:57:56 2

本發明涉及一種燃料存儲裝置，尤其是涉及一種基於液態儲氫的一體化燃料存儲裝置。

背景技術：

燃料電池是一種電化學反應裝置，直接將化學能轉換為電能。根據電解質的不同，可以分為質子交換膜燃料電池，鹼性燃料電池，磷酸型燃料電池，熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。質子交換膜燃料電池工作溫度低，電流密度大，響應速度快，性能穩定。而且反應生成物只有水，不存在腐蝕性。因此，質子交換膜燃料電池在車輛交通和備用電源等領域具有廣闊的市場前景。

氫能作為一種儲量豐富、來源廣泛、能量密度高的綠色能源，在燃料電池以及代替化石燃料等方面展現了很好的應用前景。在實際應用過程中，其儲存和運輸是關鍵。尋找高效低成本且能夠規模化利用的儲氫方法更是關鍵。目前，工業上主要採用在-253℃的液化氫或350～700個大氣壓下高壓氫等儲運技術，高壓氫或液化氫技術及其應用所需能耗是制氫成本的20倍以上，且存在洩漏或儲氫罐壓力過高等安全隱患。

中國地質大學武漢可持續能源實驗室研究團隊，在中組部第二批「千人計劃」程寒松教授的帶領下,在原美國工作基礎上,通過長期的探索和研究,發現了一類液態有機共扼分子儲氫材料,此類材料具有熔點低(目前開發的技術已低至-20℃)、閃點高(150℃以上)、並在自製高效催化劑作用下,釋放氣體純度高(99.99％)、脫氫溫度低約(150℃)等特點,且循環壽命高(2000次以上)、可逆性強,並且不產生一氧化碳等毒害燃料電池的氣體。作為氫的載體，這類材料在使用過程中始終以液態方式存在，可以像石油一樣在常溫常壓下儲存和運輸,完全可利用現有汽油輸送方式和加油站構架。

常用的液態儲氫裝置採用了兩個同體積的箱體分別用於存儲液態氫源材料，以及脫氫後的液態儲氫載體，該方法佔用了很大一部分體積。CN104979574提出了一種基於氫燃料電池的液態氫源材料供氫反應系統，該系統採用了原液與廢液一體化的儲氫罐設計，在儲氫罐中間添加隔板，隔板兩邊分別用於儲存原液以及廢液。該儲氫罐中間添加活動隔板，不能保兩邊存儲室的密封性，存在一定的隱患。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基於液態儲氫的一體化燃料存儲裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基於液態儲氫的一體化燃料存儲裝置，用於連接外部供氫反應系統，該裝置包括原液儲氣罐和廢液存儲器，所述的廢液存儲器為壓縮式袋狀存儲器，所述的廢液存儲器固定在原液儲氣罐內，原液儲氣罐上設有原液加液口、原液輸出口、廢液輸入口和廢液排放口，所述的原液加液口和原液輸出口均連通至原液儲氣罐，所述的廢液輸出口和廢液排放口分別穿過原液儲氣罐側壁連通至廢液存儲器。

所述的廢液存儲器上端部為活動端，下端部通過彈性支架固定在原液儲氣罐底部。

所述的原液加液口和廢液排放口通過一體式接口與外部原料存儲裝置和外部廢液存儲裝置連接，所述的一體式接口上設有兩路管路，分別為原液管路和廢液管路，所述的原液管路一端連通原液加液口，原液管路另一端連通外部原料存儲裝置，所述的廢液管路一端連通廢液排放口，廢液管路另一端連通外部廢液存儲裝置。

所述的廢液排放口的口徑大於原液加液口的口徑，進而一體式接口中的廢液管路大於原液管路的管徑。

該存儲裝置中還設有液位監測傳感器，所述的液位監測傳感器設置在原液儲氣罐中。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

(1)本發明廢液存儲器採用壓縮式袋狀存儲器並固定在原液儲氣罐內，實現了原液和廢液分離的同時又實現了一體式設計，大大的提升了空間的利用效率，保證了密封性；

(2)本發明的燃料存儲裝置由於廢液存儲器位於原液儲氣罐內，可以通過原液與廢液進行初步的換熱，對原液在進入外部供氫反應系統中的反應釜前進行初步加熱，實現了能源的充分利用；

(3)本發明廢液存儲器一端需固定於原液儲氣罐底部，防止其在運動過程中的晃動而產生不良影響，結構穩定；

(4)本發明二合一的一體式接口結構緊湊，不同口徑的廢液排放口和原液加液口，合理的控制了原液添加與廢液排放的速度；

(5)本發明液位監測傳感器方便對原液儲氣罐中的原液進行檢測，從而方便配合外部自動加原液的裝置進行原液自動添加。

附圖說明

圖1為本發明基於液態儲氫的一體化燃料存儲裝置的結構示意圖；

圖2為本發明一體式接口的剖面圖；

圖3為本發明液位監測傳感器的安裝示意圖。

圖中，1為一體式接口，2為廢液排放口，3為原液加液口，4為廢液存儲器，5為原液儲氣罐，6為廢液輸入口，7為原液輸出口，8為廢液管路，9為原液管路，10為電纜接口，11為液位監測傳感器，12為外接控制器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例

如圖1所示，一種基於液態儲氫的一體化燃料存儲裝置，用於連接外部供氫反應系統，該裝置包括原液儲氣罐5和廢液存儲器4，廢液存儲器4為壓縮式袋狀存儲器，廢液存儲器4固定在原液儲氣罐5內，原液儲氣罐5上設有原液加液口3、原液輸出口7、廢液輸入口6和廢液排放口2，原液加液口3和原液輸出口7均連通至原液儲氣罐5，廢液輸出口和廢液排放口2分別穿過原液儲氣罐5側壁連通至廢液存儲器4。廢液存儲器4上端部為活動端，下端部通過彈性支架固定在原液儲氣罐5底部。

如圖2所示，原液加液口3和廢液排放口2通過一體式接口1與外部原料存儲裝置和外部廢液存儲裝置連接，一體式接口1上設有兩路管路，分別為原液管路9和廢液管路8，原液管路9一端連通原液加液口3，原液管路9另一端連通外部原料存儲裝置，廢液管路8一端連通廢液排放口2，廢液管路8另一端連通外部廢液存儲裝置。廢液排放口2的口徑大於原液加液口3的口徑，進而一體式接口1中的廢液管路8大於原液管路9的管徑。

如圖3所示，該存儲裝置中還設有液位監測傳感器11，液位監測傳感器11設置在原液儲氣罐5中。液位監測傳感器11連接外接控制器12，所用液位監測傳感器11為浮球式液位監測傳感器11。浮球式液位監測傳感器11由磁性浮球、測量導管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成，一般磁性浮球的比重小於0.5，可漂於液面之上並沿測量導管上下移動，導管內裝有測量元件，它可以在外磁作用下將被測液位信號轉換成正比於液位變化的電阻信號，並將電子單元轉換成4～20mA或其它標準信號輸出。將液位監測傳感器11安置在原液儲氣罐5內，並將液位監測傳感器11通過電纜連接外接控制器12，隨著液位變化轉換而成的標準電流信號被外接控制器12檢測到，從而實時監測原液儲氣罐5中液位數據，在一體式接口1上設有用於將電纜引出的電纜接口10。

本發明的工作原理：開始工作前，通過一體式接口1中的原液管路9對原液儲氣罐5添加原液，此時原液儲氣罐5充滿原液，廢液存儲器4處於被壓縮狀態。

原液儲氣罐5中的原液經過原液泵，通過原液輸出口7進入反應釜反應產生氫氣和廢液。產生的廢液經過一系列的過程最終通過廢液輸入口6進入廢液存儲器4中。最終原液使用完，廢液存儲器4中充滿廢液膨脹佔據了儲氣罐的整個空間。

結束工作時，通過一體式接口1中的廢液管路8對廢液存儲器4中的廢液進行吸出並再次對原液儲氣罐5中加滿原液。

設計過程中廢液存儲器4採用的是比較軟而又不溶於原液(液態氫源材料)和儲氫載體的材料。並且其一端需固定於原液儲氣罐5的底部，防止其在運動過程中的晃動而產生不良影響。