[发明专利]低温杜瓦容器以及低温高压储氢系统

说明书

本发明涉及制冷以及低温技术，提供一种低温杜瓦容器，包括低温杜瓦模块，所述低温杜瓦模块包括储氢承压层以及蓄冷夹层，于所述蓄冷夹层内设置有氢气进出盘管，所述氢气进出盘管于所述蓄冷夹层内曲折延伸，所述氢气进出盘管具有高压氢气入口以及高压氢气出口，所述高压氢气出口与所述储氢承压层连通；还提供一种低温高压储氢系统，还包括上述的低温杜瓦容器。本发明中，通过增压模块以及冷却模块配合增压降温，进而可以在维持氢气气相状态下，提高氢气密度，以达到提高储氢承压层内的储氢质量目的，相比传统储氢技术，可在压力不必太高，温度不必太低情况下实现的储氢释氢过程，蓄冷夹层可利用储氢释氢过程中的冷量。

技术领域

本发明涉及制冷以及低温技术，尤其涉及一种低温杜瓦容器以及低温高压储氢系统。

背景技术

氢储量丰富、燃烧效率高、无污染，是替代化石燃料的首选新能源之一。氢能利用是一个有机的系统工程，涉及氢的制备、储存、输运及应用四大关键技术。由于氢是所有元素中最轻的，在常温常压下为气态，氢气的密度为0.0899kg/m3，不到水的万分之一，因此其高密度储存一直是一个世界级难题。安全、高效、经济的氢气储存技术已成为氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈。

储氢方式分为物理储氢和化学储氢两大类。物理储氢主要有液氢储存、高压氢气储存、活性碳吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存等。化学储氢法主要有金属氢化物储氢、有机液氢化物储氢、无机物储氢等。衡量储氢技术性能的主要参数是储氢体积密度、质量分数、充-放氢的可逆性、充放氢速率、可循环使用寿命及安全性等。对车载储氢系统，国际能源署在1998年提出了如下目标：重量储氢密度5wt％，体积储氢密度50kg/m3，放氢工作温度80℃，循环寿命1100次。然而，到目前为止，尚未有一种储氢技术能够同时满足上述所有要求。从技术条件和目前的发展现状看，高压储氢、液化储氢及金属氢化物储氢是三种方式适用商用化的储存方式。

高压气态储氢是指在氢气临界温度以上，通过高压压缩的方式存储气态氢。主要优点是存储能耗低、成本低(压力不太高时)、充放氢速度快，零下几十度低温环境下也能正常工作，而且可以通过减压阀就可以调控氢气的释放。由于上述优点，高压气态储氢已成为较为成熟的储氢方案，但是高压储氢也面临重量储氢密度难以提升，存在氢气泄漏和容器破裂隐患，安全性能差等劣势。一个充满15MPa氢气的标准高压钢瓶的储氢量仅为1.0wt％。近年来开发的由碳纤维复合材料构成的新型轻质耐压储氢容器，尽管其储氢压力可以达到35～70MPa，重量储氢量可以提高到5wt％～7wt％，但安全性问题仍有待于进一步解决。

液化储氢技术是将氢冷却到20K使之液化，然后装到低温储罐储存。若仅从质量密度和体积密度上考虑，液氢储存是一种极为理想的储氢方式。但液氢储存面临两大技术难点：一是液氢储存容器的绝热问题，由于储槽内液氢与环境温差大，为控制槽内液氢蒸发损失和确保储槽的安全(抗冻、承压)，对储槽及其绝热材料的选材和储槽的设计均有很高的要求，液氢低温储罐体积约为液氢的2倍，储氢成本较高；二是氢液化能耗大，理论上液化1kg氢需要耗费4～10kWh的电，约是其储存能量的30％。液化储氢技术主要应用在航空航天方面，只有少数汽车公司推出的燃料电池汽车样车上采用该储氢技术。液氢储存的经济性与储量的大小密切相关：储氢量较大时，液氢储存成本较高压氢气储存低。对于储存容积较小的小型储存器(100L)，一般采用真空超级绝热或外加液氮保护屏的真空超级绝热，蒸发损失大约为0.4wt％/d。而对于真空粉末绝热的大型储槽而言，其蒸发损失为1～2wt％/d。总体而言，液化储氢技术由于储存成本较高，安全技术也比较复杂。

金属氢化物储氢即利用金属氢化物储氢材料来储存和释放氢气。利用某些金属或合金与氢反应后以金属氢化物形式吸氢，生成的金属氢化物加热后释放出氢。理论上，金属氢化物储氢密度可达标准状态下氢气的1000倍，与液氢相似，甚至超过液氢，是一种非常有发展前景的储氢方式。但绝大部分金属氢化物的重量储氢量仅为1wt％～3wt％，重量储氢容量有待于进一步提高，且存在储氢释氢时间长、需要高温加热再生释氢及材料循环寿命问题。