镁基固态储运氢装置的制作方法

本申请涉及镁基固态储氢设备技术领域，尤其是涉及一种镁基固态储运氢装置。

背景技术：

目前，氢气输送是氢能利用的重要环节。高压气态运输因为技术比较成熟，应用普遍，是一种较为成熟的输运氢气的方式，它是由压缩机将氢气在常温下压缩至较高要求和密度，采用密封容器或管道运输至目的地再进行调压的技术方案。具体输送工具有集装格、长管拖车及管道运输等三种，其中，长管拖车也称为管束集装箱，是将多个(通常6-10个左右)直径约为0.5m，长约10m的大容积无缝高压钢瓶通过瓶身两端的支撑板固定在框架中构成，采用大型拖车运输。其设计工作压力20mpa，每次装载氢气约3500nm³，重约320kg。长管拖车运输技术成熟，是国内最普遍的运氢方式，但运氢量少，体积大，因而仅适用于小规模、200km内的短途运输。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种镁基固态储运氢装置，在一定程度上解决了现有技术中存在的长管拖车运输氢气量少，体积大，因而仅适用于小规模、短途运输的技术问题。

本申请提供了一种镁基固态储运氢装置，包括：支撑构件、第一流通组件、第二流通组件、第三流通组件以及至少一个储氢构件组；

其中，所述支撑构件形成有内部中空的安装空间，所述储氢构件、所述第一流通组件、所述第二流通组件以及所述第三流通组件均设置于所述支撑构件的安装空间内；

所述储氢构件组包括至少一个储氢构件，所述储氢构件形成有相分隔开的放置有镁基固态储氢物的储存腔以及用于流通换热介质的换热腔，所述第一流通组件用于对所述储氢构件的储存腔充氢以及卸氢；所述第二流通组件用于对所述储氢构件的换热腔输送换热介质，所述第三流通组件用于对所述储氢构件的换热腔排放换热介质。

在上述技术方案中，进一步地，所述第一流通组件包括第一流通管路，所述第一流通管路包括第一主流通管路以及至少一个与所述第一主流通管路相连通的第一分流通管路组，所述第一分流通管路组的数量与所述储氢构件组的数量相等且相一一对应；

所述第一分流通管路组包括与所述第一主流通管路相连通的第一分流通管路以及至少一个与所述第一分流通管路相连通的第一分流通管路组，任一所述第一分流通管路组所包含的第二分流通管路的数量与任一所述储氢构件组所包含的储氢构件的数量相等且相一一对应。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第二流通组件包括第二流通管路，所述第二流通管路包括第二主流通管路以及至少一个与所述第二主流通管路相连通的第二分流通管路组，所述第二分流通管路组的数量与所述储氢构件组的数量相等且相一一对应；

所述第二分流通管路组包括与所述第二主流通管路相连通的第三分流通管路以及至少一个与所述第三分流通管路相连通的第三分流通管路组，任一所述第三分流通管路组所包含的第四分流通管路的数量与任一所述储氢构件组所包含的储氢构件的数量相等且相一一对应；

所述第三流通组件包括第三流通管路，所述第三流通管路包括第三主流通管路以及至少一个与所述第三主流通管路相连通的第三分流通管路组，所述第三分流通管路组的数量与所述储氢构件组的数量相等且相一一对应；

所述第三分流通管路组包括与所述第三主流通管路相连通的第五分流通管路以及至少一个与所述第五分流通管路相连通的第三分流通管路组，任一所述第三分流通管路组所包含的第六分流通管路的数量与任一所述储氢构件组所包含的储氢构件的数量相等且相一一对应。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一流通组件还包括设置于所述第一流通管路的第一控制阀；所述第一流通管路形成有第一快插接口；

所述第二流通组件还包括设置于所述第二流通管路的第二控制阀；所述第一流通管路形成有第二快插接口；

所述第三流通组件还包括设置于第三流通管路的第三控制阀；所述第一流通管路形成有第三快插接口。

在上述任一技术方案中，进一步地，4.所述支撑构件的安装空间包括沿着所述支撑构件的长度方向间隔设置的第一安装空间和第二安装空间，且所述第一安装空间靠近所述支撑构件的一端设置，所述第二安装空间靠近所述支撑构件的相对的另一端设置；

所述第一安装空间以及所述第二安装空间内分别设置有至少一个所述储氢构件组，当所述储氢构件组的数量为多个时，多个所述储氢构件组沿着支撑构件的高度方向顺次设置，且当任一所述储氢构件组包括多个所述储氢构件时，多个所述储氢构件沿着所述支撑构件的宽度方向顺次设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述储氢构件组的数量为六个，六个所述储氢构件组包括第一储氢构件组、第二储氢构件组、第三储氢构件组、第四储氢构件组、第五储氢构件组以及第六储氢构件组；

其中，所述第一储氢构件组、所述第二储氢构件组以及所述第三储氢构件组均设置于所述第一安装空间，且所述第一储氢构件组、所述第二储氢构件组以及所述第三储氢构件组沿着所述第一安装空间的高度方向顺次设置；

所述第四储氢构件组、所述第五储氢构件组以及所述第六储氢构件组均设置于所述第一安装空间，且所述第四储氢构件组、所述第五储氢构件组以及所述第六储氢构件组沿着所述第二安装空间的高度方向顺次设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述镁基固态储运氢装置还包括储氮构件以及放散管路；其中，所述放散管路的进气端分别与所述储氮构件以及所述第一流通组件相连通；

所述储氮构件还通过氮气输送管路用于提供所述第一流通组件、所述第二流通组件以及所述第三流通组件的仪表用气。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述镁基固态储运氢装置还包括电气组件，所述电气组件设置于所述支撑构件的安装空间的一端处；

所述电气组件包括外壳以及设置于所述外壳内的防爆电气控制箱、防爆电池以及防爆插座，所述防爆电气控制箱用于控制充放氢过程以及换热油的流通，所述防爆电池用于为电气元件供电，所述防爆插座分别与所述防爆电气控制箱以及所述防爆电池电连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述电气组件还包括触摸面板，所述触摸面板分别与所述防爆电气控制箱的控制器以及所述防爆电池连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述支撑构件具有长方体框架结构，且所述长方体框架结构的相邻的拼接条所围设成的容纳空间内设置有防护板件。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述镁基固态储运氢装置还包括设置于所述支撑构件的安装空间的氢气浓度探头以及火焰探头。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一流通组件包括压力变送器以及第一温度变送器，所述第二流通组件包括第二温度变送器。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本镁基固态储运氢装置能够将氢气储存在镁基固态材料中，当到达指定地点时，再释放出氢气，整个过程安全、可靠，输氢量大，体积较小，进而也适合大规模的长途运输。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的镁基固态储运氢装置的部分结构示意图；

图2为本申请实施例提供的镁基固态储运氢装置的又一部分结构示意图；

图3为本申请实施例提供的镁基固态储运氢装置的又一部分结构示意图；

图4为本申请实施例提供的镁基固态储运氢装置的又一部分结构示意图；

图5为本申请实施例提供的镁基固态储运氢装置的又一部分结构示意图；

图6为本申请实施例提供的镁基固态储运氢装置的部分工艺流程图。

附图标记：

1-支撑构件，2-第一流通组件，21-第一主流通管路，22-第一分流通管路，23-第二分流通管路，24-第一控制阀，25-第一快插接口，26-第一控制阀门，27-第二控制阀门，28-第三控制阀门，3-第二流通组件，31-第二主流通管路，32-第三分流通管路，33-第四分流通管路，34-第二控制阀，35-第二快插接口，4-第三流通组件，41-第三主流通管路，42-第五分流通管路，43-第六分流通管路，44-第三控制阀，45-第三快插接口，51-储氢构件，5-储氮构件，7-放散管路，8-外壳，9-防爆电气控制箱，10-防爆电池，11-防爆插座，12-触摸面板，13-第一储氢构件组，14-第二储氢构件组，15-第三储氢构件组，16-第四储氢构件组，17-第五储氢构件组，18-第六储氢构件组，19-连接管路。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参照图1至图6描述根据本申请一些实施例所述的镁基固态储运氢装置。

参见图1至图6所示，本申请的实施例提供了一种镁基固态储运氢装置，包括：支撑构件1、第一流通组件2、第二流通组件3、第三流通组件4以及至少一个储氢构件组；

其中，支撑构件1形成有内部中空的安装空间，储氢构件51、第一流通组件2、第二流通组件3以及第三流通组件4均设置于支撑构件1的安装空间内；

储氢构件组包括至少一个储氢构件51，储氢构件51形成有相分隔开的放置有镁基固态储氢物的储存腔以及用于流通换热介质的换热腔，第一流通组件2用于对储氢构件51的储存腔充氢以及卸氢；第二流通组件3用于对储氢构件51的换热腔输送换热介质，第三流通组件4用于对储氢构件51的换热腔排放换热介质。

本镁基固态储运氢装置的充放氢原理如下：

充氢流程：在充装站安装辅助加热设备(导热油炉撬)和充氢模块，分别与本镁基固态储氢装置的储氢构件51的换热腔及储存腔相连通，具体地，辅助加热设备的出油口通过第二流通组件3与储氢构件51的换热腔的导热油进口相连通，辅助加热设备的进油口通过第三流通组件4与储氢构件51的换热腔的导热油出口相连通，充氢模块通过第一流通组件2与储氢构件51的储存腔的氢气接口相连通，使得纯化后的氢气通过充氢模块进入本镁基固态储氢装置，与此同时，使得导热油进入到本镁基固态储氢装置，充氢模块包括取气计量功能、紧急切断功能、流量控制功能、超压释放功能、吹扫置换功能、压力和温度监测传输功能等，具体过程如下：

导热油经辅助加热设备输送至第二流通组件3，然后流入储氢构件51中，对储氢构件51内的镁合金材料进行加热至吸氢温度例如350～400℃(参加换热完成的导热油则从第三流通组件4排出)，再由充氢模块将氢气充入第一流通组件2中，进而进入到储氢构件51中，进行吸氢，当控制系统检测到充入的氢气到达预设值时，自动停止充氢，完成整个充氢流程。

卸氢流程：装有充完氢气的镁基固态储运氢装置的车辆到达用氢场所，用氢场所配有辅助加热设备和卸氢模块。镁基固态储氢车内氢气通过第一流通组件2连接卸氢模块，卸氢模块包括取气计量功能、氢气增压功能、紧急切断功能、超压释放功能、吹扫置换功能、压力和温度监测传输功能等。导热油经辅助加热设备输送至第二流通组件3，然后流入储氢构件51中，对储氢构件51内的镁合金材料进行加热至放氢温度(参加换热完成的导热油则从第三流通组件4排出)，镁基材料在导热油的加热作用下开始放出氢气，通过压缩机增压模块升压到用户需要的压力需求。当控制系统检测到卸下的氢气到达预设值时，自动停止卸氢，完成整个卸氢流程。

可见，本镁基固态储运氢装置能够将氢气储存在镁基固态材料中，当到达指定地点时，再释放出氢气，整个过程安全、可靠，输氢量大，体积较小，进而也适合大规模的长途运输。

在该实施例中，优选地，如图3至图5所示，储氢构件组的数量为六个，六个储氢构件组包括第一储氢构件组13、第二储氢构件组14、第三储氢构件组15、第四储氢构件组16、第五储氢构件组17以及第六储氢构件组18；

其中，第一储氢构件组13、第二储氢构件组14以及第三储氢构件组15均设置于第一安装空间，且第一储氢构件组13、第二储氢构件组14以及第三储氢构件组15沿着第一安装空间的高度方向顺次设置；

第一储氢构件组13、第二储氢构件组14以及第三储氢构件组15通过并联的方式与第一流通组件2相连通，同理与第二流通组件3的连通方式以及与第三流通组件4的连通的方式均采用并联方式；

其中第一储氢构件组13、第二储氢构件组14以及第三储氢构件组15分别包含呈并联设置的三个储氢构件51。

第四储氢构件组16、第五储氢构件组17以及第六储氢构件组18均设置于第一安装空间，且第四储氢构件组16、第五储氢构件组17以及第六储氢构件组18沿着第二安装空间的高度方向顺次设置；

第四储氢构件组16、第五储氢构件组17以及第六储氢构件组18通过并联的方式与第二流通组件3相连通，同理与第二流通组件3的连通方式以及与第三流通组件4的连通的方式均采用并联方式；

其中第四储氢构件组16包含一个储氢构件51，第五储氢构件组17包括两个储氢构件51，第六储氢构件组18包含两个储氢构件51，上述结构设置使得第四储氢构件组16以及第五储氢构件组17件的侧部形成有避让空间，给管路的分布提供出避让空间。

当然，不仅限于本实施例中出现的数量，只要满足下述设置即可，支撑构件1的安装空间包括沿着支撑构件1的长度方向间隔设置的第一安装空间和第二安装空间，且第一安装空间靠近支撑构件1的一端设置，第二安装空间靠近支撑构件1的相对的另一端设置；第一安装空间以及第二安装空间内分别设置有至少一个储氢构件组，当储氢构件组的数量为多个时，多个储氢构件组沿着支撑构件1的高度方向顺次设置，且当任一储氢构件组包括多个储氢构件51时，多个储氢构件51沿着支撑构件1的宽度方向顺次设置。充分利用支撑构件1内部的安装空间，而且多个储氢构件51分布得更加规整，占用空间小。

此外，大部分管路布置于第一安装空间和第二安装空间之间，针对两个安装空间内的储氢构件组，就近分配输送管路，而且使得管路集中在一处，方便检修。可见，上述空间划分，起到合理规范布置储氢构件组的作用，占用空间小，更加规整。

针对上述的各个储氢构件51，配设如下的流通管件：

如图3至图6所示，第一流通组件2包括第一主流通管路21以及分别与第一主流通管路21相连通的六个第一分流通管路组，即一号第一分流通管路组、二号第一分流通管路组、三号第一分流通管路组、四号第一分流通管路组、五号第一分流通管路组以及六号第一分流通管路组，且分别与第一储氢构件组13、第二储氢构件组14、第三储氢构件组15、第四储氢构件组16、第五储氢构件组17以及第六储氢构件组18相一一对应。

一号第一分流通管路组包括一个第一分流通管路22以及分别与第一分流通管路22相连通并且呈并联设置的三个第二分流通管路23；

二号第一分流通管路组和三号第一分流通管路组与一号第一分流通管路组的结构相同，参见一号第一分流通管路组加以理解。

四号第一分流通管路组包括一个第一分流通管路22以及一个第二分流通管路23，两者可形成为一条管路；四号第一分流通管路组的第一分流通管路22与一号第一分流通管路组的第一分流通管路22相连通并汇合通过连通管件与第一主管路相连通，且此连通管件设置有第一控制阀门26，优选为气动阀门。

五号第一分流通管路组包括一个第一分流通管路22以及分别与第一分流通管路22相连通并且呈并联设置的两个第二分流通管路23；五号第一分流通管路组的第一分流通管路22与二号第一分流通管路组的第一分流通管路22相连通并汇合通过连通管件与第一主管路相连通，且此连通管件设置有第二控制阀门27，优选为气动阀门。

六号第一分流通管路组包括一个第一分流通管路22以及分别与第一分流通管路22相连通并且呈并联设置的两个第二分流通管路23；六号第一分流通管路组的第一分流通管路22与三号第一分流通管路组的第一分流通管路22相连通并汇合通过连通管件与第一主管路相连通，且此连通管件设置有第三控制阀门28，优选为气动阀门。

关于第二流通组件3和第三流通组件4的布置方式参见第一流通组件2，在此，不再详述。

可见，上述管路分布更加有规律，更加规整，便于装配、更换或者维修，同时能有效节省空间。

当然，不仅限于本实施例中的管路分布，只要满足下述分布即可：第一流通组件2包括第一流通管路，第一流通管路包括第一主流通管路21以及至少一个与第一主流通管路21相连通的第一分流通管路组，第一分流通管路组的数量与储氢构件组的数量相等且相一一对应；第一分流通管路组包括与第一主流通管路21相连通的第一分流通管路22以及至少一个与第一分流通管路22相连通的第一分流通管路组，任一第一分流通管路组所包含的第二分流通管路23的数量与任一储氢构件组所包含的储氢构件51的数量相等且相一一对应。

第二流通组件3包括第一流通管路，第一流通管路包括第二主流通管路31以及至少一个与第二主流通管路31相连通的第二分流通管路23组，第二分流通管路23组的数量与储氢构件组的数量相等且相一一对应；第二分流通管路23组包括与第二主流通管路31相连通的第三分流通管路32以及至少一个与第三分流通管路32相连通的第三分流通管路32组，任一第三分流通管路32组所包含的第四分流通管路33的数量与任一储氢构件组所包含的储氢构件51的数量相等且相一一对应；

第三流通组件4包括第三流通管路，第三流通管路包括第三主流通管路41以及至少一个与第三主流通管路41相连通的第三分流通管路32组，第三分流通管路32组的数量与储氢构件组的数量相等且相一一对应；第三分流通管路32组包括与第三主流通管路41相连通的第五分流通管路42以及至少一个与第五分流通管路42相连通的第三分流通管路32组，任一第三分流通管路32组所包含的第六分流通管路43的数量与任一储氢构件组所包含的储氢构件51的数量相等且相一一对应。

第一安装空间的储氢构件组的第一分流通管路22，第二安装空间内与第一安装空间的储氢构件组位于同一高度处的储氢构件组的第一分流通管路22，上述两者相连通并汇合通过连接管路19连通于第一主流通管路21，对于第二流通组件3以及第三流通组件4也采用上述结构。

上述管路结构分布得更加规整，不混乱，有助于安装以及检修，亦或者更换等操作，同时也能有效节省空间，进而减小体积。

在该实施例中，优选地，如图3至图5所示，第一流通组件2还包括设置于第一流通管路的第一控制阀24，且一号第一分流通管路组与四号第一分流通管路组共用一个第一控制阀24，二号第一分流通管路组与五号第一分流通管路组共用一个第一控制阀24，三号第一分流通管路组与六号第一分流通管路组共用一个第一控制阀24，第一控制阀24用于控制储氢构件组的充氢以及卸氢的操作；

第一流通管路形成有第一快插接口25，通过第一快插接口25能够快速连接到与氢气源相连通的管路；

第二流通组件3还包括设置于第一流通管路的第二控制阀34，且第二控制阀34也与第一控制阀24采用相同的布置方式，第二控制阀34用于控制储氢构件组的进油操作；

第一流通管路形成有第二快插接口35，通过第二快插接口35能够快速连接到与辅助加热设备的出油口相连通的管路；

第三流通组件4还包括设置于第三流通管路的第三控制阀44，且第三控制阀44也与第一控制阀24采用相同的布置方式，第三控制阀44用于控制储氢构件组的出油操作；

第一流通管路形成有第三快插接口45，通过第二快插接口35能够快速连接到与辅助加热设备的进油口相连通的管路。

其中，可选地，上述的第一控制阀24、第二控制阀34以及第三控制阀44均为气动球阀，需要下文所述的氮气提供动作气源。

在该实施例中，优选地，如图3至图6所示，镁基固态储运氢装置还包括储氮构件5以及放散管路7；其中，放散管路7的进气端分别与储氮构件5以及第一流通组件2相连通；

储氮构件5还通过氮气输送管路用于提供第一流通组件2、第二流通组件3以及第三流通组件4的仪表用气，具体指的是上文提到的气动球阀。

根据以上描述的结构可知，放散路径用于将第一流通组件2中的残余氢气排放掉，而且在放散的过程中，加入氮气是为了稀释氢气浓度，增加安全性。

其中，可选地，放散管路7为盘管，加长排放路径，起到充分冷却氮气的作用。

其中，可选地，储氮构件5为氮气瓶。

在该实施例中，优选地，如图1和图2所示，镁基固态储运氢装置还包括电气组件，电气组件设置于支撑构件1的安装空间的一端处；

电气组件包括外壳8以及设置于外壳8内的防爆电气控制箱9、防爆电池10以及防爆插座11，防爆电气控制箱9用于控制充放氢过程以及换热油的流通，防爆电池10用于为电气元件供电(电气元件包括上述的防爆电气控制箱9等)，防爆插座11分别与防爆电气控制箱9以及防爆电池10电连接，亦可由防爆插座11连接现场电缆进行供电或给电池充电。

在该实施例中，优选地，镁基固态储运氢装置还包括设置于支撑构件1的安装空间的氢气浓度探头以及火焰探头。

根据以上描述的结构可知，利用氢气浓度探头检测本装置是否出现泄露氢气的问题，利用火焰探头检测本装置内是否出现明火，并且及时报警。

其中，可选地，镁基固态储运氢装置还包括警报器，警报器与防爆电气控制箱9电连接，起到警报的作用。

在该实施例中，优选地，所述第一流通组件2包括压力变送器以及第一温度变送器，利用上述部件检测充氢以及卸氢过程中的氢气的压力以及温度，有助于控制充放氢过程。

所述第二流通组件3包括第二温度变送器，利用上述部件检测导热油的温度，进而对辅助加热设备进行调整。

在该实施例中，优选地，如图1至图3所示，电气组件还包括触摸面板12，触摸面板12分别与防爆电气控制箱9的控制器以及防爆锂电连接。

根据以上描述的结构可知，可在触摸面板12上实时读取压力、温度等参数信息及进行相关控制，亦可在远端进行参数读取。

在该实施例中，优选地，储氢构件51外包裹保温罩，使得其在充放氢过程中表层温度不超过60℃，保温罩的材料必须是阻燃材料，并且适用于户外环境，可拆卸，反复使用并且安装便利，保温罩的核心绝热材料优选纳米气凝胶毡。

在该实施例中，优选地，如图1和至图2所示，支撑构件1具有长方体框架结构，形状规整，方便加工，与运输的车辆相适配。

长方体框架结构的相邻的拼接条所围设成的容纳空间内设置有防护板件，起到防护其内部的储氢构件51、管路以及电气元件等的作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。