一种储氢压力容器及储氢系统及应用的制作方法

本发明属于储氢，具体涉及一种储氢压力容器及储氢系统和应用。

背景技术：

1、目前的储氢技术主要分为气态储氢、液态储氢和固态储氢；其中，气态储氢技术主要采用高压，为了提高体积储氢密度，车载储氢系统采用了35mpa或70mpa超高压气态储氢系统；高压对压力容器提出了极高要求，一般使用碳纤维树脂基复合材料制造的高压罐体，这种碳纤维复合材料的高压罐体制造成本高，生产速度慢，碳纤维复合材料罐体在使用过程中产生的损伤不易检测，需要专业的人员和设备且损坏后无法维修。高压储氢罐壁厚较厚，所需空间尺寸大，且外形固定只能采用球形和椭圆形罐体，无法很好适应实际情况下可用空间的形状和大小具有多样性的需求，应用受到极大限制；高压下的氢脆现象使得材料极易损伤失效，造成泄露，对其系统的安全性提出了挑战；此外高压储氢系统向外提供氢气时需要采用特制高压阀门和多级减压系统，价格昂贵，减压系统的装配和质量检测要求高，生产需要大量人工参与，不利于自动化。

2、氢气在一定的低温下，会以液态形式存在，因此，可以将氢气压缩、冷却实现液态储存，其优点是体积储氢密度高，液氢的密度为70kg/m3，但是液化储氢由于所需临界温度低至-234℃，为了维持这一温度所需的庞大和复杂的设备限制了其在车载领域的应用；氢气液化要消耗较大的冷却能量，而且必须使用超低温用的特殊容器，目前仅在储存空间有限的场合使用，如火箭发动机等。

3、有机液态储氢属于化学储存，利用有机液体(环己烷、甲基环己烷等)与氢气进行可逆加氢和脱氢反应，能够实现常温常压下氢气吸收和释放；虽然有机液态储氢具有高质量储氢密度和高体积储氢密度，但是有机液体储氢存在很多不足，例如：技术操作条件较为苛刻，要求催化加氢和脱氢的装置配置较高，导致费用较高；脱氢反应需在低压高温非均相条件下，受传热传质和反应平衡极限的限制，脱氢反应效率较低，且容易发生副反应，使得释放的氢气不纯，并且由于冷启动和补充脱氢反应能量需要燃烧少量有机化合物，因此该技术很难实现减碳目标。

4、固态储氢是通过化学反应将氢气转化为金属氢化物固体的储氢方式，实现了对氢的高密度、低压、无泄漏、安全储存；固态储氢与其他储氢方式相比，最显著的两个优势，就是体积储氢密度高与安全性能好；

5、现有的固态储氢系统多采用气态高压瓶，使用安全性、方便性和对于其储氢的吸收和释放的可控性，均存在较多的问题，并未考虑其实际应用；同时，现有的储氢系统一般均是通过在储氢罐内部设置复杂的环绕热管道，例如专利us8636836b2，cn214093991u，cn110542015b和kr20090116907a，这些结构使得该储氢系统内部循环管路复杂，加工困难，制造成本高；同时占用大量的罐内或者罐外空间，影响有效储氢量；同时，循环管道在长期使用过程中，容易发生泄露，泄漏的传热介质与储氢金属接触后容易燃烧爆炸，或导致储氢金属中毒，储氢金属报废，安全性差，成本高，使用不方便，大大限制了其应用。

6、鉴于上述分析，有必要设计一种新的储氢压力容器以及储氢系统和应用，以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种结构简单、易加工的储氢压力容器及储氢系统，其具有极强的形状适应性，实现其在低温低压下氢的存储与供应。

2、本发明另一目的旨在提供上述储氢系统在车辆、飞机、船舶以及潜艇动力承载系统中的应用。

3、为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案来实现：

4、本发明提供的储氢压力容器，包括：第一密封盖、第二密封盖以及设置于所述第一密封盖与第二密封盖之间的多个储氢单元；所述第一密封盖、第二密封盖以及多个储氢单元通过设置于第一密封盖与第二密封盖之间的拉杆固定；所述多个储氢单元通过与拉杆连接的固定器固定；

5、所述储氢单元包括储氢单元壳体以及设置于储氢单元壳体内的多个储氢支架单元、设置在储氢支架单元上的储氢燃料棒以及穿过储氢支架单元两端分别与第一密封盖和第二密封盖连接的传感器和加热元件。

6、本发明的有益效果是：本发明以多个储氢单元为核心，每个储氢单元内包括储氢支架单元和储氢燃料棒，储氢支架单元主要用于固定储氢燃料棒的位置，分割储氢燃料棒，辅助储氢燃料棒进行热量交换，并保证其一定自由膨胀体积空间；本发明的储氢单元配合加热系统和传感系统，实现具有形状适应性的于低温低压状态下密封保存氢气的储氢压力容器，其结构简单，易加工，安全性好，能够有效地对氢气进行密封保存。

7、进一步地，所述储氢支架单元包括金属碟片顶板和金属碟片压板和至少两个设置在所述金属碟片顶板和金属碟片压板之间用于贯穿连接所述金属碟片顶板和所述金属碟片压板的多孔管；

8、所述金属碟片顶板上粘接有过滤网，所述过滤网上粘接有至少两个弹性元件，所述弹性元件的另一端抵接于所述金属碟片压板上。

9、本发明的有益效果是：本发明设置储氢支架单元由金属碟片顶板和压板组成，并且金属碟片顶板上设置过滤网，金属碟片顶板和压板之间通过多孔管连接固定，并且之间设置有弹性元件，使得金属碟片顶板和压板之间具有缓冲作用；同时，储氢燃料棒吸氢后体积会膨胀，且长期使用后储氢燃料棒表面会产生粉化作用，产生储氢材料粉末，通过在金属碟片顶板上粘接过滤网，防止金属氢化物粉末沉积堵塞管道。

10、进一步地，所述插入所述金属碟片顶板的多孔管的一端内设有过滤芯。

11、进一步地，所述弹性元件为弹簧或弹性导热泡沫。

12、进一步地，所述金属碟片顶板与金属碟片压板相对应位置处均设有用于贯穿并连接所述金属碟片顶板与所述金属碟片压板的第一通孔和第二通孔以及用于贯穿所述加热元件和传感器的第三通孔与第四通孔。

13、进一步地，所述金属碟片顶板与金属碟片压板上还设有多个用于气体流动的微孔。

14、本发明的有益效果为：通过在金属碟片顶板和压板表上设置多个微孔，确保储氢单元内的气体流动有利于氢气释放和吸收，减轻储氢支架单元的重量；同时，设置贯穿传感器和加热元件的通孔，使得储氢燃料棒与储氢支架单元接触，储氢支架单元与储氢压力容器接触，储氢支架单元辅助储氢燃料棒与加热系统等进行热量交换。

15、进一步地，所述第一密封盖上设有氢气进出管道，其与每个所述储氢单元连接，用于实现与每个储氢单元的气体进行联通和交换；所述氢气进出管道与集成阀门连接，集成阀门处还设有过滤器，用于过滤进入储氢压力容器内的氢气并实现所述储氢压力容器与外部之间的氢气吸收与释放。

16、进一步地，所述第二密封盖上设有螺纹孔，用于螺纹连接传感器和加热元件；所述传感器和加热单元电连接控制器，通过传感器的数据对加热元件进行控制，实现对储氢压力容器内温度的控制。

17、进一步地，所述传感器为温度传感器；所述加热元件为加热棒。

18、进一步地，所述固定器包括固定器上端部分和固定器下端部分以及设置于侧端用于连接固定器上端部分和固定器下端部分的螺栓。

19、本发明的另一目的是提供一种储氢系统，其包括由上保护盖和下保护盖所组成的壳体、设置于壳体内的储氢压力容器、设置于所述储氢压力容器上的冷却系统以及设置于壳体外部用于控制储氢压力容器内氢气进出的集成阀门系统；以及设置于壳体上的控制器，所述控制器分别与储氢压力容器、集成阀门系统以及冷却系统电连接，实现对储氢系统中氢气的存储和释放的控制。

20、本发明的有益效果为：本发明的储氢系统，其具有极强的形状适应性，实现其在低温低压下氢的存储与供应。

21、进一步地，所述冷却系统包括用于包裹所述储氢压力容器的第一冷却盖板和第二冷却盖板。

22、进一步地，所述集成阀门系统包括依次连接的第一过滤器、第一单向阀、第一高压压力传感器、第一电磁阀和第二单向阀；所述第二单向阀的一端依次连接有第二高压压力传感器、第二电磁阀、减压阀、低压压力传感器和第一压力释放安全阀；所述第二单向阀的另一端连接有气体质量流量计、手动阀、第二压力释放安全阀和热熔栓。

23、本发明的另一目的是提供储氢系统在车辆、飞机、船舶以及潜艇动力承载系统中的应用。

24、进一步地，所述储氢系统在车辆动力承载系统中的应用。

25、进一步地，车辆运行时，通过将储氢系统中的氢气，经由集成阀门系统提供至氢燃料电池电堆，将氢能转换为电能，存储于车载电池中并驱动车辆电机。