[发明专利]一种集成高温热泵的有机液体供氢系统

说明书

本发明公开了一种集成高温热泵的有机液体供氢系统，属于有机液体储氢技术领域。其包括从前往后依次连接的储存单元、换热单元、脱氢反应单元、气液分离单元、氢气分配单元及压缩式燃气热泵单元，本发明通过向氢气分配单元供给充分的氢气；氢气分配单元同时向外界和压缩式燃气热泵单元持续供氢，氢气分配单元产生的氢气在压缩式燃气热泵单元中燃烧做功带动内部压缩式热泵持续放热，作为适宜脱氢单元中吸热反应的可靠热源。利用燃气热泵的高能量利用效率，减少了传统氢气催化燃烧和传热过程的火用损，为脱氢单元找到了合适的热源，无需外界供热，提高了氢气供给效率，这一系统广泛适用于各类移动式设备。

技术领域

本发明属于有机液体储氢技术领域，特别涉及一种集成高温热泵的有机液体供氢系统。

背景技术

氢能作为前景光明的新能源方式，凭借着高能量密度和清洁无污染等优势，将会取代锂离子电池等现存的储能技术。

氢能的大规模利用面临着较多的挑战，目前主要的储氢方式都有着各种缺点。如：高压气态储氢应用广泛成本低廉，但充放氢需要高压环境而且存在安全性隐患；金属氢化物储氢安全稳定且压力较低，但金属氢化物本身质量大，而且充放氢过程收到传热传质能力的限制，不适宜在移动交通领域应用；低温液态储氢具有较高的能量密度，是航空航天领域的热点技术，但该技术成本高、技术复杂，难以长时间存储氢气。

有机液体储氢技术能量密度高，安全稳定且方便大规模长距离运输，是未来氢能发展的重点。以乙基咔唑为代表的有机液体储氢材料在放氢过程中需要系统提供相当的热量，对于很多应用场景来说，热源的选取是应用有机储氢技术的关键。目前常见的技术采用电加热供热，加热器的电能从燃料电池获得，但是燃料电池发电效率只有40％～55％，浪费了大量废热，从电再转化为热，进一步降低了系统能效。申请号201910537030.9公开了一种基于氢气催化燃烧加热的脱氢装置，采用氢气燃烧的方式向脱氢反应器供热，效率比电加热方案有所提高。但是燃烧过程中浪费了一部分热量品质，而且如果系统耦合燃料电池对外供电的话，燃料电池的废热难以利用，系统能效并不具有竞争力，限制了有机液体储氢技术进一步的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成高温热泵的有机液体供氢系统，其主要解决了缺少外部热源的设备中应用有机液态储氢技术储能、供氢的难题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种集成高温热泵的有机液体供氢系统，其包括从前往后依次连接的储存单元、换热单元、脱氢反应单元、气液分离单元、氢气分配单元及压缩式燃气热泵单元；

所述的储存单元用于储存富氢有机液体和贫氢有机液体；

所述的储存单元提供的富氢有机液体在所述的换热单元中预热后，进入所述的脱氢反应单元；

所述的脱氢反应单元中的富氢液体发生吸热的脱氢反应，其脱氢反应所需热量由所述的压缩式燃气热泵单元提供；

所述的脱氢反应单元中的反应产物进入所述的气液分离单元，所述的气液分离单元将其分离为氢气和贫氢的有机液体，贫氢的有机液体依次通入所述的换热单元、储存单元中的贫氢有机液体储罐中；所述的氢气被泵入所述的氢气分配单元；

所述的氢气分配单元产生的一部分氢气输入到所述的压缩式燃气热泵单元，以支持所述压缩式燃气热泵单元的正常运行，另一部分氢气输出外界。

上述技术方案直接带来的有益技术效果为：

通过设置压缩式燃气热泵单元，氢燃烧产生的废热经由热泵被转化为品质适宜、热量充分的热源，最终供应给脱氢反应单元，无需额外对其进行加热。

作为本发明的一个优选方案，所述的储存单元包括富氢有机液体储罐和贫氢有机液体储罐；所述的换热单元采用板翅式换热器。