[发明专利]泡沫纳米孔高压储氢

权利要求书

1.泡沫纳米孔高压储氢，其特征是：

压缩机(101)又叫加气机，或加压机；氢气由压强低的地方流向压强高的地方均需要压缩机(101)压缩升压氢气的压强；

减压阀(103)又叫降压阀；氢气由压强高的地方流向压强低得多的地方需要减压阀(103)；

泡沫纳米孔高压储氢：这里所说的“高压”仅仅是2MPa左右，与现有技术的需要70MPa大气压小得多；而储存的氢气的密度却要大得多；因此泡沫纳米孔高压储氢安全性好，储氢密度大；

泡沫纳米孔高压储氢由压缩机(101)，压力罐或压力管道(102)，减压阀(103)，加热电阻丝(104)，纳米孔金属、或非金属、或化合物(105)，计量与控制器(106)，能源互联网(107)，安全阀(108)；

压缩机(101)将氢气压强升高，利用压强差将氢气罐装到压力罐或压力管道(102)中，在压力的作用下，氢气分子跑到纳米孔金属、或非金属、或化合物(105)中，氢气分子跑到纳米孔金属、或非金属、或化合物(105)物质与悬挂键结合，由此，大大增加了氢气的储存密度；

需要使用氢气时，氢气在压力的作用下经过减压阀(103)送给用户使用；

安全阀(108)采用当压力罐或压力管道(102)温度超过设定的温度泄放氢气；或当压力罐或压力管道(102)压强超过设定值泄放氢气；从而避免压力罐或压力管道(102)爆炸，保证氢气存储的安全；

由于纳米孔金属、或非金属、或化合物(105)悬挂键的作用，有些氢气分子被悬挂键吸引不能在常温时释放，在计量与控制器(106)控制下加热电阻丝(104)通电、发热，使氢气分子从悬挂键脱落，释放氢气供用户使用；

纳米孔金属、或非金属、或化合物(105)是带有纳米孔的非金属，纳米孔的金属，纳米孔化合物；

纳米孔物质包括：纳米孔碳，或活性炭，或不定性碳，或带有纳米孔的石墨，或纳米孔硫，或纳米孔硅，或纳米孔磷，或纳米孔砷，或纳米孔碘，或纳米孔硼；

或纳米孔铝，或纳米孔镁，或纳米孔钴，或纳米孔锂，或纳米孔镍，或纳米孔铁，或纳米孔锌，或纳米孔铜，或纳米孔钠，或纳米孔锡，或纳米孔钠银，或纳米孔金，或纳米孔铂，或纳米孔铬，或纳米孔钛，或纳米孔钠铅，或纳米孔锰，或纳米孔钒，或纳米孔钡；或纳米孔化合物；

计量与控制器(106)，根据现场传感器送来的信息按系统设置，或用户设置，控制压缩机(101)，压力罐或压力管道(102)，减压阀(103)，加热电阻丝(104)，纳米孔金属、或非金属、或化合物(105)各个部分工作；

或计量与控制器(106)连接能源互联网(107)收集本地传感器的状态，并将传感器的信号送到能源互联网(107)，或接受互联网系统过来的指令，控制压缩机(101)，控制减压阀(103)开闭，从而控制压缩充气，用气；计量与控制器(106)控制加热电阻丝(104)的通断电，实现压力罐或压力管道(102)余量氢气放气；

基于泡沫纳米孔高压储氢系统组成框图，包括：管道输氢，带泡沫纳米孔高压储氢的氢运输车运氢，带泡沫纳米孔高压储氢的氢运输船运氢，带泡沫纳米孔高压储氢的氢燃料电池车系统，带泡沫纳米孔高压储氢的氢内燃机系统，带泡沫纳米孔高压储氢的储氢罐，带泡沫纳米孔高压储氢的加气站；带泡沫纳米孔高压储氢的家庭或单位的氢燃气系统，氢燃料电池发电系统，电能转化为氢化学能的能源存储系统，光能转换为氢化学能的能源存储系统；取代现有的石油液化气，或燃气系统，或汽油，或柴油，或天然气的管道输送，或车辆输运，或轮船输运；用氢气系统取代现有柴油、汽油、天然气、液化气的能源系统；

基于泡沫纳米孔高压储氢系统组成：电解制氢系统；或光解制氢系统；或家庭/单位用氢气系统；或氢气存储系统；或燃料电池系统；或管道氢气加气站系统；或独立氢气加气站系统；或氢燃料电池车系统；或氢内燃机车系统；或能源互联网系统；

电解制氢系统，或光解制氢系统，或家庭/单位用氢气系统，或氢气存储系统，或燃料电池系统，或管道氢气加气站系统，或独立氢气加气站系统，或氢燃料电池车系统，或氢内燃机车系统均连接到能源互联网系统，接受能源互联网系统调度，或控制，能源互联网系统计量实现各个单元之间的经济核算；

压缩、计量与控制(206)、压缩、计量与控制(212)、压缩、计量与控制1(216)、压缩、计量与控制n(218)、压缩、计量与控制(233)、压缩、计量与控制(223)、计量与控制(214)，计量与控制(220)，可以单独工作，控制本单元内的设备；

或压缩、计量与控制(206)、压缩、计量与控制(212)、压缩、计量与控制1(216)、压缩、计量与控制n(218)、压缩、计量与控制(233)、压缩、计量与控制(223)、计量与控制(214)，计量与控制(220)，通过能源互联网(207)连接到能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)负责整个系统的所有设备计量；或发送命令给各个单元的控制部件，控制部件在各单元内控制设备工作；

电解制氢单元：市电(201)，清洁能源发电(202)，电解水制氢(203)，压缩机(204)，储氢罐(205)，压缩、计量与控制(206)；能源互联网(207)，能源控制与结算中心(208)；

利用市电(201)电源，或清洁能源发电(202)电源电解水制氢(203)电解制氢，制取的氢气通过压缩机(204)压缩送到储氢罐(205)，

市电(201)，清洁能源发电(202)：利用太阳能发电，或风能发电，或水能发电，或潮汐能发电；

电解水制氢(203)，压缩机(204)，储氢罐(205)均受压缩、计量与控制(206)控制；

压缩机(204)将电解水生成的氢气压缩，存储到储氢罐(205)中，在压缩、计量与控制(206)的控制下，将氢气压缩输送到氢管道系统(217)中，并对输出的氢气量进行计量；并将计量的数据通过能源互联网(207)送到能源控制与结算中心(208)；

或市电(201)电源，或清洁能源发电(202)电源，电解水制氢(203)电解制氢，制得氢气直接经过压缩、计量与控制(206)，将氢气压缩输送到氢管道系统(217)中，并对输出售卖的氢气量进行计量；并将计量的数据通过能源互联网(207)送到能源控制与结算中心(208)；

光解水制氢单元：太阳能光解水制氢(209)，压缩机(210)，储氢罐(211)，压缩、计量与控制(212)；太阳能光解制氢(209)制得的氢气，通过压缩机(210)压缩后存储在储氢罐(211)，在压缩、计量与控制(212)的控制下，将氢气压缩输送到氢管道系统(217)中，并对输出售卖的氢气量进行计量；并将计量的数据通过能源互联网(207)送到能源控制与结算中心(208)；

或光解水制氢单元，由太阳能光解水制氢(209)，压缩、计量与控制(212)两个部分构成，太阳能光解水制氢(209)直接连接压缩、计量与控制(212)；太阳能光解制氢(209)制得的氢气，经过压缩、计量与控制(212)的控制下，将氢气压缩输送到氢管道系统(217)中，并对输出售卖的氢气量进行计量；并将计量的数据通过能源互联网(207)送到能源控制与结算中心(208)；

家用、或单位用气单元：计量与控制(214)，家庭/单位用气(213)；家庭/单位用气(213)家庭用气或单位用气设备通过计量与控制(214)设备连接氢管道系统(217)，计量与控制(214)计量买入的氢气的量，计量与控制(214)连接能源互联网(207)，能源互联网(207)连接到能源控制与结算中心(208)；买入氢气的量，或本单元工作状态等参数送到能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)根据各用户的开户协议及付费情况，通过计量与控制(214)监控本单元的所有设备，或控制对本用户是否供气；

氢气储存单元：氢管道系统(217)中根据生产氢气和使用氢气需要分布n个氢气储存单元；压缩、计量与控制1(216)，储氢罐1(215)；压缩、计量与控制1(216)为双向压缩机设备，或用使用两台压缩机，一台用于储氢罐1(215)向氢管道系统(217)抽气，一台用于氢管道系统(217)向储氢罐1(215)抽气；当氢管道系统(217)内储氢罐1(215)段氢气多余时，启动压缩、计量与控制1(216)设备，将氢气从氢管道系统(217)压缩存储到储氢罐1(215)中；当氢管道系统(217)内储氢罐1(215)段氢气欠压时，启动压缩、计量与控制1(216)设备，将氢气从内储氢罐1(215)压缩到氢管道系统(217)中，供用户使用或氢管道系统(217)平衡调度；计量与控制1(216)连接能源互联网(207)，能源互联网(207)连接能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)进行经济核算，并通过计量与控制1(216)监控本单元的所有设备；

压缩、计量与控制n(218)，储氢罐n(219)，压缩、计量与控制n(218)中的压缩机为双向，或使用两台压缩机，或仅有一台压缩机、用于将氢管道系统(217)中的氢气压缩到储氢罐n(219)，从储氢罐n(219)到氢管道系统(217)的氢气流动靠储氢罐n(219)中压强；当氢管道系统(217)内储氢罐n(219)段氢气多余时，启动压缩、计量与控制n(218)设备，将氢气从氢管道系统(217)压缩存储到储氢罐1(215)中；当氢管道系统(217)内储氢罐n(219)段氢气欠压时，启动压缩、计量与控制n(218)设备，将氢气从内储氢罐n(219)压缩到氢管道系统(217)中，或靠储氢罐n(219)中压强将氢气压入到氢管道系统(217)中，供用户使用或氢管道系统(217)平衡调度；通常情况下储氢罐n(218)中氢气的压强大于氢管道系统(217)中的压强；计量与控制n(218)连接能源互联网(207)，能源互联网(207)连接能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)进行经济核算，并通过计量与控制n(218)监控本单元的所有设备；

燃料电池单元：计量与控制(220)，氢燃料电池(221)；计量与控制(220)控制氢管道系统(217)中的氢气输送到氢燃料电池(221)中，供燃料电池发电；氢燃料电池(221)发电构成电力微网供用户使用；或氢燃料电池(221)发电通过并网设备，将所产生发的电力送到电力网上；氢管道系统(217)上可以有1个或多个燃料电池；燃料电池独立对用户供电；或燃料电池发电通过并网电路，给电力网供电；计量与控制(220)连接能源互联网(207)，能源互联网(207)连接能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)进行经济核算，并通过计量与控制(220)监控本单元的所有设备；

工业产氢系统加入单元：石油或煤化工厂产生氢气(234)，通过压缩、计量与控制(233)将氢气压缩到氢管道系统(217)；压缩、计量与控制(233)负责计量，对单元系统进行监控；计量与控制(233)连接能源互联网(207)，能源互联网(207)连接能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)进行经济核算，并通过计量与控制(233)监控本单元的所有设备；

独立加气站单元：由加气机(225)，储氢罐(226)构成，通过运氢车或运氢船运送通过加压机将车载或船载的氢气，卸运至储氢罐(226)；通过加气机(225)加载到氢燃料电池电动车，或氢内燃机车；

氢管道系统连接的加气站单元：由压缩、计量与控制(223)，储氢罐(224)，加气机(222)组成；储氢罐(224)中氢气直接由氢管道系统(217)送来，通过压缩、计量与控制(223)将氢气压缩，送到储氢罐(224)中，由加气机(222)加气给氢燃料电池电动车，或氢内燃机车；计量与控制(223)连接能源互联网(207)，能源互联网(207)连接能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)进行经济核算，并通过计量与控制(223)监控本单元的所有设备；

运氢车或运氢船单元：由氢运输车或氢运输船(228)，储氢罐(227)，无线计量与控制(237)组成；对未连入氢管道系统(217)的加气站，或微网氢循环系统，或家庭/单位氢存储罐，或两个大型氢管道系统(217)之间需要运输氢气，采用氢运输车或氢运输船(228)运输，实现氢气的交换；无线计量与控制(237)连接能源互联网(207)，能源互联网(207)连接能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)进行经济核算，并通过无线计量与控制(237)监控本单元的所有设备；

氢燃料电池电动车单元：由氢储氢罐(230)，燃料电池(229)，电解水产氢(233)，无线计量与控制(235)组成；氢燃料电池电动车上的氢储氢罐(230)，通过独立加气站单元加入氢气，或通过氢管道系统连接的加气站单元加入氢气，或家庭/单位加气机加入氢气；

或插上市电电解水，通过电解水产氢(233)产生氢气，再通过车载加气机将电解的氢气加入氢储氢罐(230)中，这样通过充电桩就可以对氢燃料电池电动车充氢；无线计量与控制(235)连接能源互联网(207)，能源互联网(207)连接能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)进行经济核算，并通过无线计量与控制(235)监控本单元的所有设备；

氢内燃机车单元：由氢储氢罐(232)，氢内燃机(231)，电解水充氢(234)，无线计量与控制(237)组成；氢内燃机车上的氢储氢罐(230)，通过独立加气站单元加入氢气，或通过氢管道系统连接的加气站单元加入氢气，或家庭/单位加气机加入氢气；

或插上市电电解水，通过电解水产氢(234)产生氢气，再通过车载加气机将电解的氢气加入氢储氢罐(232)中，这样通过充电桩就可以对氢内燃机车充氢；

无线计量与控制(236)连接能源互联网(207)，能源互联网(207)连接能源控制与结算中心(208)；能源控制与结算中心(208)进行经济核算，并通过无线计量与控制(236)监控本单元的所有设备；

氢气源：氢气由水电解产生，或氢气由太阳光光解水产生，或氢气由煤化工产生，或氢气由石油化工产生；

氢气的储存与运输：车载或船载燃料电池储氢罐，或车载氢内燃机储氢罐，或家用氢气灶储氢罐，或家用燃料电池储氢罐，或加氢站卧室圆筒、或球形储氢罐，或储氢站/储氢场卧室圆筒、或球形储氢罐，或运氢车储氢罐，或氢气输运管道；

微网氢循环系统：为氢气循环微网系统；电解制氢(301)，光水解制氢(302)，氢储氢罐(303)，氢燃料电池(304)，氢燃气设备(305)，加气机(306)，加气机(307)，减压阀(308)，减压阀(309)；氢燃气设备(305)：氢燃气灶，氢燃气热水器，氢燃气炉；输入或输出加气机(310)；输入/输出加气口(311)；

电解制氢(301)制得氢气通过加压机(306)存储到氢储氢罐(303)中；或光解制氢(302)制得氢气通过加压机(307)存储到氢储氢罐(303)中；氢储氢罐(303)中的氢气通过减压阀(308)送给氢燃料电池(304)，氢燃料电池(304)发电供用户使用；氢储氢罐(303)中的氢气通过减压阀(309)送给氢燃气灶，供用户烧饭；或氢储氢罐(303)中的氢气通过减压阀(309)送给氢燃气热水器，供用户烧水；或氢储氢罐(303)中的氢气通过减压阀(309)送给氢燃气炉，供用户供热；

微网氢循环系统中氢燃料不足时，通过输入加气机(310)将常压外部的氢气加入到氢储氢罐(303)中；或通过输入加气口(311)将高压的氢气加入到氢储氢罐(303)中；

微网氢循环系统中产生的氢燃料用不完时，通过输出加气机(310)将氢气输出到备用储氢罐或储氢车中，出售氢气；或通过输出加气口(311)将氢气输出到备用储氢罐或储氢车中，出售氢气，这时给氢气加压是靠储氢罐或储氢车的加气机实现的；输入或输出加气机(310)中内含压缩机；输入/输出加气口(311)中无压缩机；

氢储存及管道输送网络，电力网，能源互联网：电力网(401)，能源互联网(402)，计量、调度、控制中心(403)，氢存储及管道输运网络(404)，电解水(405)，氢燃料电池(406)；

电力网(401)为电力网，电解水(405)单元，可以将电力网上多余的电能转换为氢化学能，存储于氢存储及管道输运网络(404)；当电力网(401)有多余的电能时，在计量、调度、控制中心(403)控制下，通过能源互联网(402)将指令下达到电解水(405)单元工作；

在用电高峰，当电力网(401)电力不足时，在计量、调度、控制中心(403)控制下，通过能源互联网(402)将指令下达到氢燃料电池(406)单元；将氢气的化学能转换为电能；产生的电能并网输送到电力网上；即实现“削峰填谷”；

由于泡沫纳米孔高压储氢解决了氢气高密度存储问题，实现氢能源网络，电力网络两条能源主线，通过能源互联网联系起来，实现两种不同属性能源的相互转化；电力即发即用能源，无法存储；氢化学能源可以存储；按需要进行两种能源的转化：家家户户可以发电，买电、卖电、用电；家家户户通过太阳能水解制氢或电解制氢，卖氢、卖氢、用氢。

制氢、发电、用氢、用电可以构成电、氢能源相互转化的微网，或构成大电网大氢网；

工作原理：纳米孔物质表面有许多悬挂键，氢气在压缩机高压下氢气与纳米孔物质悬挂键结合，实现氢气的高密度存储，减压后，氢气与部分纳米孔物质悬挂键脱离，输出氢气供用户使用，尚存不能与纳米孔物质悬挂键脱开的氢气在电阻丝的加热，氢气析出供用户使用；从而实现氢气的高密度存储、或运输；

创新点：

1)利用纳米孔物质中表面的悬挂键，同时升高气体的压强，实现气体的高密度储存；

2)泡沫纳米孔高压储氢：所说的“高压”仅仅是2MPa左右，安全性高，成本大大降低，而储存的氢气的密度大；与现有需要70MPa气压小得多，70MPa气压氢气罐在氢燃料电动车、氢内燃机车上，就像载着炸弹；氢气加气站、氢气储存罐的成本将到大大下降；

3)用基于氢循环的能源网络，代替现有的以石油、天然气、液化气的能源网络；

4)基于氢循环能源系统：基于氢循环的微网系统；或基于氢循环区域管网系统；或基于氢循环的氢循环与公用电网相互转换的系统；

5)用基于氢循环的能源网络与现有的电力网，实现氢化学能与电能的相互转化，实现能源的合理调度，或合理存储，对电力网实现“削峰填谷”；实现能源储存与供应的最优化；

6)加氢站取代现有的加油站、加气站，实现氢燃料电池电动车加氢，或氢内燃机车的加氢；

7)利用加压的方法，纳米孔表面材料实现氢气在常温下实现高密度存储氢气，或氢气，或氧气，或氮气；

8)利用减压，实现储存气体的释放；

9)利用加热实现储存气体的释放；

10)利用带纳米孔表面材料车载罐高压实现氢气输运；

11)利用带纳米孔表面材料罐高压实现氢气储存；

12)利用带纳米孔表面材料罐高压实现氢气储存，实现燃料电池车的氢气的存储；

13)利用带纳米孔表面材料罐高压实现氢气储存，实现氢气内燃机车的运行；

14)利用能源互联网实现加气站，或氢输运管道，或家用氢气燃气、或工业氢气，或电解氢气，或光解制氢，或载氢输运车，或氢燃料电池车，或氢内燃机车的管理，和控制，和计量；

15)氢储存及管道输送网络，电力网，能源互联网构成一个综合的能源供给系统；实现电能和化学能互相转化；

16)制氢、发电、用氢、用电可以构成电、氢能源相互转化的微网。