一种固态储氢材料自动控制吸放氢系统及方法
技术领域
本发明涉及固态储氢领域，具体地说是涉及一种固态储氢材料自动控制吸放氢系统及方法。
背景技术
氢能源是一种清洁能源，目前，全球在氢能的应用方面已经较为成熟，但是氢的储存与运输却是普遍存在的技术瓶颈。国外高压气态储氢压力可达70MPa，国内储氢气瓶压力最高可达35MPa，虽然提高了储氢密度，但是对气瓶材质要求较高，危险系数也较高。低温液态储氢需要在-253℃条件下存储，这两种储氢方式均存在技术和经济型弊端。固体储氢材料因其储氢量大、安全性高，成为较为青睐的储氢方式，但目前用于存放储氢材料的储氢装置多存在不易装卸固态储氢材料，传热速度慢，材料介质受热不均，吸放氢控制效果差，适用范围较窄等问题。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出一种固态储氢材料自动控制吸放氢系统及方法。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种固态储氢材料自动控制吸放氢系统，包括充氢管段、放氢管段和不锈钢储氢罐；
所述不锈钢储氢罐包括不锈钢罐体和罐体盖，在不锈钢罐体的内部设置有多个金属筐，所述金属筐的顶部敞口，在金属筐的周圈侧壁上间隔设置有通孔，在金属筐的中心竖向设置有中心管；所有金属筐呈上下叠放布置，且相邻金属筐之间的中心管相连通；
所述罐体盖与不锈钢罐体之间通过螺栓连接，在罐体盖的左右两端分别设置有充氢孔和放氢孔，在罐体盖的中间位置处设置有测温孔；充氢孔与第一三通管的第一端口相连通，第一三通管的第二端口通过充氢防爆电磁阀连接充氢管路，充氢管路与氢气压缩机相连接，第一三通管的第三端口连接智能压力变送器；放氢孔与第二三通管的第一端口相连通，第二三通管的第二端口通过放氢防爆电磁阀连接放氢管路，第二三通管的第三端口连接安全阀；在测温孔中插入有热电偶，热电偶的下部伸入中心管中；
在不锈钢罐体的外侧设置有保温层，在保温层中设置有电磁加热线圈，电磁加热线圈与功率调节装置相连接；
所述氢气压缩机、充氢防爆电磁阀、智能压力变送器、热电偶、放氢防爆电磁阀与功率调节装置均与计算机控制装置相连接。
优选的，在罐体盖上设置有用于与不锈钢罐体旋转密封的卡头，在不锈钢罐体上设置有与卡头相配合的卡槽，在不锈钢罐体上且位于卡槽的端部还设置有用于对卡头旋转限位的限位端。
优选的，在罐体盖的内部设置有水平隔板，在水平隔板的中间区域间隔设置有气孔，在水平隔板的下方且正对中间区域的位置处设置有保温棉，在保温棉的上部外侧与罐体盖之间设置有密封圈；在水平隔板和保温棉的中心设置有用于热电偶穿过的插孔。
优选的，该吸放氢系统还包括用于对不锈钢罐体侧壁进行测温的测温装置，该测温装置也与计算机控制装置相连接。
优选的，所述计算机控制装置上设置有吸氢、放氢、保温和停车控制档。
一种固态储氢材料自动控制吸放氢方法，采用如上所述的系统，包括以下步骤：
(1)打开罐体盖，将固态储氢材料分别放入各个金属筐中，然后将各个金属筐依次叠放入不锈钢罐体中，旋转密封罐体盖，并用螺栓紧固；插入热电偶，并将各组件与计算机控制装置连接；
(2)设定吸氢档温度、吸氢时间、放氢档温度与放氢时间；
(3)储氢时，将计算机控制装置调到吸氢档，这时电磁加热线圈自动启动工作，当不锈钢罐体中心温度达到吸氢档设定温度以后，充氢防爆电磁阀打开，氢气压缩机自动启动，将常压氢气加压至10MPa，达到吸氢档设定吸氢时间后，吸氢基本饱和，充氢防爆电磁阀自动关闭，氢气压缩机关闭，此时罐体内压力稳定在10MPa；
(4)当需要放氢时，放氢防爆电磁阀自动打开，当罐体内压力低于1.5MPa之后，电磁加热线圈启动加热升温至放氢档设定温度，固体储氢材料中的氢气不断放出，当罐体内气体压力低于0.2MPa之后，放氢防爆电磁阀关闭，放氢结束。
优选的，所述固态储氢材料选择为镁基储氢材料，吸氢档温度设置为330℃，吸氢时间设置为10min，放氢档温度设置为380℃，放氢时间设置为20min。
本发明的有益技术效果是：
本发明可根据固态储氢材料的吸放氢性能设置吸放氢温度，并采用电磁感应原理通过电磁加热线圈对储氢容器进行加热控温，固态储氢材料加热速度快，受热均匀；本发明能实现对温度及氢气压力的自动控制，可适用于大多数固态储氢材料，适用范围较宽。
本发明中固态储氢材料粉体采用上下叠放的多个金属筐盛装，便于装卸，而且在加热时能够进一步确保固态储氢材料粉体的受热均匀性。
本发明采用可旋转密封的卡头和螺钉双重密封，使罐体盖和不锈钢罐体的锁紧密闭效果好，再配合罐体盖内侧水平隔板及保温棉的设置，可起到对不锈钢罐体的保温作用。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明固态储氢材料自动控制吸放氢系统的结构原理示意图；
图2为本发明系统中金属筐的结构示意图；
图3为本发明系统中多个金属筐叠放在一起的结构示意图；
图4为本发明系统中罐体盖的仰视图；
图5为本发明系统中罐体盖的剖面图；
图6为本发明系统中不锈钢罐体的俯视图；
图7为图6的A-B向剖面图；
图8为图6的C-D向剖面图；
图9为图6的E-F向剖面图。
具体实施方式
结合附图，一种固态储氢材料自动控制吸放氢系统，包括充氢管段、放氢管段和不锈钢储氢罐。所述不锈钢储氢罐包括不锈钢罐体1和罐体盖2，在不锈钢罐体1的内部设置有多个金属筐3，所述金属筐3的顶部敞口，在金属筐的周圈侧壁上间隔设置有通孔301，在金属筐的中心竖向设置有中心管302。所有金属筐3呈上下叠放布置，且相邻金属筐之间的中心管302相连通。所述罐体盖2与不锈钢罐体1之间通过螺栓4连接，在罐体盖2的左右两端分别设置有充氢孔207和放氢孔208，在罐体盖的中间位置处设置有测温孔。充氢孔与第一三通管5的第一端口相连通，第一三通管的第二端口通过充氢防爆电磁阀6连接充氢管路7，充氢管路7与氢气压缩机8相连接，氮气压缩机8连接常压氢气储罐9。第一三通管5的第三端口连接智能压力变送器10。放氢孔与第二三通管11的第一端口相连通，第二三通管的第二端口通过放氢防爆电磁阀12连接放氢管路，第二三通管的第三端口连接安全阀13。在测温孔中插入有热电偶14，热电偶14的下部伸入中心管302中。在不锈钢罐体1的外侧设置有保温层15，在保温层15中设置有电磁加热线圈16，电磁加热线圈16与功率调节装置17相连接。保温层15与电磁加热线圈16共同组成具有保温功能的电磁加热套。所述氢气压缩机8、充氢防爆电磁阀6、智能压力变送器10、热电偶14、放氢防爆电磁阀12与功率调节装置17均与计算机控制装置18相连接。
本发明可根据固态储氢材料的吸放氢性能设置吸放氢温度，并采用电磁感应原理通过电磁加热线圈16对储氢容器进行加热控温，固态储氢材料加热速度快，受热均匀。本发明能实现对温度及氢气压力的自动控制，可适用于大多数固态储氢材料，适用范围较宽。本发明中固态储氢材料粉体采用上下叠放的多个金属筐3盛装，便于装卸，而且在加热时能够进一步确保固态储氢材料粉体的受热均匀性。
作为对本发明系统的进一步设计，在罐体盖2上设置有用于与不锈钢罐体旋转密封的卡头201，在不锈钢罐体1上设置有与卡头相配合的卡槽101，在不锈钢罐体上且位于卡槽的端部还设置有用于对卡头旋转限位的限位端102。罐体盖2与不锈钢罐体1密封时，将罐体盖2与不锈钢罐体1相扣合，然后旋转罐体盖2，使罐体盖2上的卡头201嵌入卡槽101中，当卡头201旋转至限位端102后，停止旋转，再采用螺栓将罐体盖2与不锈钢罐体1进一步紧固。本发明采用卡头和卡槽旋转密封的配合密封结构，再配合螺钉紧固，进行双重密封，确保罐体盖和不锈钢罐体的锁紧密闭效果。
进一步的，在罐体盖2的内部设置有水平隔板202，在水平隔板的中间区域间隔设置有气孔203，在水平隔板的下方且正对中间区域的位置处设置有保温棉204，在保温棉的上部外侧与罐体盖之间设置有密封圈205。在水平隔板和保温棉的中心设置有用于热电偶穿过的插孔206。本发明系统在双重密封的基础上，再配合罐体盖内侧水平隔板及保温棉的设置，可起到对不锈钢罐体的较好保温作用。
更进一步的，上述固态储氢材料自动控制吸放氢系统还包括用于对不锈钢罐体侧壁进行测温的测温装置19，该测温装置19也与计算机控制装置18相连接。通过该测温装置19可对不锈钢罐体的侧壁进行温度测量，进一步确保对不锈钢罐体内固态储氢材料的温度控制效果。
上述计算机控制装置18上设置有吸氢、放氢、保温和停车控制档。
本发明还提出一种固态储氢材料自动控制吸放氢方法，该方法采用如上所述的固态储氢材料自动控制吸放氢系统，具体包括以下步骤：
(1)打开罐体盖2，将固态储氢材料分别放入各个金属筐3中，然后将各个金属筐依次叠放入不锈钢罐体1中，旋转密封罐体盖2，并用螺栓4紧固。插入热电偶14，并将氢气压缩机8、充氢防爆电磁阀6等各组件与计算机控制装置18连接。
(2)设定吸氢档温度、吸氢时间、放氢档温度与放氢时间。
(3)储氢时，将计算机控制装置18调到吸氢档，这时电磁加热线圈16自动启动工作，当不锈钢罐体1中心温度达到吸氢档设定温度以后，充氢防爆电磁阀6打开，氢气压缩机8自动启动，将常压氢气加压至10MPa，达到吸氢档设定吸氢时间后，吸氢基本饱和，充氢防爆电磁阀6自动关闭，氢气压缩机8关闭，此时不锈钢罐体1内压力稳定在10MPa。
(4)当需要放氢时，放氢防爆电磁阀12自动打开，当罐体内压力低于1.5MPa之后，电磁加热线圈16启动加热升温至放氢档设定温度，固体储氢材料中的氢气不断放出，当罐体内气体压力低于0.2MPa之后，放氢防爆电磁阀12关闭，放氢结束。
以镁基储氢材料为例，吸氢档温度设在330℃，在10MPa氢压下，吸氢时间可设为10min，放氢档温度设在380℃，放氢时间可设为20min。储氢时，将控制打到吸氢档，这时电磁加热线圈自动启动工作，当罐体中心温度达到330℃以后，充氢电磁阀打开，氢气压缩机自动启动，将常压氢气加压至10MPa，10min后，吸氢基本饱和，吸氢电磁阀自动关闭，氢气压缩机关闭，此时罐内压力可稳定在10MPa。当需要放氢时，放氢电磁阀自动打开，当罐内压力低于1.5MPa之后，电磁加热线圈启动加热升温至380℃，固体储氢材料中的氢气不断放出，当罐内气体压力低于0.2MPa之后，放氢电磁阀关闭，放氢结束。当系统需要频繁进行吸放氢工作时，可将系统温度设置在保温档，否则可选择停车档，使系统自动降温。
上述实施方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述实施方式，本领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，均应属于本发明的保护范围。
