專利名稱：在氫動(dòng)力車輛中使用的具有熱傳遞系統(tǒng)的車載儲(chǔ)氫單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及儲(chǔ)氫單元的冷卻和加熱系統(tǒng)。更特別地，本發(fā)明涉及用以在加氫燃料站加燃料時(shí)利用儲(chǔ)氫合金冷卻儲(chǔ)氫容器的熱傳遞系統(tǒng)，和用以加熱儲(chǔ)氫容器以有助于在冷啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)過程中氫的釋放的加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于世界人口膨脹及其經(jīng)濟(jì)增長，二氧化碳的大氣濃度使地球變暖導(dǎo)致氣候變化。然而，全球能量系統(tǒng)正不斷地遠(yuǎn)離富碳燃料，所述富碳燃料的燃燒產(chǎn)生有害氣體。專家稱到下世紀(jì)末為止，二氧化碳的大氣水平可能是前工業(yè)時(shí)期的兩倍，但是他們還稱若沒有已持續(xù)了超過100年的向低碳燃料發(fā)展的趨勢，所述水平將更高。此外，化石燃料導(dǎo)致污染并且是國家之間的戰(zhàn)略性軍事斗爭中的導(dǎo)致因素。
將近一個(gè)半世紀(jì)以來，具有高碳量的燃料已經(jīng)逐漸被那些含碳量越來越小的燃料所替代。在19世紀(jì)晚期，含碳更少的煤使高碳的最初木材黯然失色。隨后，在20世紀(jì)60年代，具有較低含碳量的石油同樣廢黜了煤的王者地位?，F(xiàn)在分析家稱更低碳的天然氣可能正進(jìn)入其全盛時(shí)期，且燃料中根本不含碳的氫的時(shí)代可能最終將要來臨。因此，專家估計(jì)世界經(jīng)濟(jì)今天產(chǎn)生每單位能量所燃燒的碳不到其在1860年產(chǎn)生每單位能量所燃燒的碳的三分之二。
在美國，據(jù)估計(jì)自1950年以來，向低碳燃料發(fā)展的趨勢結(jié)合更高的能量效率，已經(jīng)減少了近一半的為每單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量而消耗的碳量。因此，能量系統(tǒng)的脫碳是從過去20年的系統(tǒng)分析中出現(xiàn)的一個(gè)最重要的事實(shí)。已經(jīng)預(yù)計(jì)，到21世紀(jì)末為止，這種發(fā)展將產(chǎn)生無碳能量系統(tǒng)。本發(fā)明將那個(gè)周期縮短為時(shí)間的問題。在近期內(nèi)，氫將被用在汽車，卡車和工業(yè)設(shè)備的燃料電池中，正如氫已經(jīng)為軌道空間飛行器提供動(dòng)力一樣。但最終，氫還將提供普通的無碳燃料以覆蓋所有燃料需要。
正如最近的報(bào)紙文章所注意的，大型工業(yè)，尤其在美國，長期以來懷疑地球在變暖的主張，且叫囂否認(rèn)氣候變化的科學(xué)。電力工業(yè)甚至已經(jīng)試圖在普通人中引發(fā)憂慮，即針對氣候變化的國際條約將削減經(jīng)濟(jì)增長并以就業(yè)為代價(jià)。因此，非常值得鼓舞的是，一些世界上最大的公司，例如荷蘭皇家殼牌石油公司(Royal Dutch/Shell)和英國阿莫科石油公司(BP Amoco)，兩家大型歐洲石油公司，現(xiàn)在明確提出曾經(jīng)被認(rèn)為異端邪說的聲明全球變暖是真實(shí)的且值得立即行動(dòng)。多家美國公司宣稱要以適當(dāng)?shù)姆绞綔p少他們的動(dòng)力設(shè)備對大氣產(chǎn)生的損害。杜邦(Dupont)，世界最大的化學(xué)品公司，甚至宣稱它將在十年內(nèi)自愿地將其溫室氣體的排放量減少至其在1990年的排放水平的35％。做為溫室氣體和其它污染物(盡管其車輛排放的單位減少)的排放的主要貢獻(xiàn)者的汽車工業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)意識(shí)到改變是必然的，正如其電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛所證實(shí)的。
氫是“最終燃料”。事實(shí)上，氫被大多數(shù)人認(rèn)為是下一個(gè)千年的“那種”燃料，且它是用之不竭的。氫是宇宙中最豐富的元素(超過95％)且是“大爆炸”產(chǎn)生的第一元素。氫可為我們的星球提供用之不竭的清潔能量源，所述氫可通過將水分解為氫和氧的各種工藝產(chǎn)生。氫可以以固體狀態(tài)被儲(chǔ)存和運(yùn)輸。氫還可易于被產(chǎn)生和儲(chǔ)存。例如，經(jīng)濟(jì)的，輕質(zhì)的，三結(jié)非晶硅太陽能電池(由Stanford R.Ovshinsky開創(chuàng)的發(fā)明，直接發(fā)明人之一)，例如在美國專利No.4,678,679(所述專利的公開內(nèi)容在此作為參考而被引用)中闡明的那些，可易于被設(shè)置與水體相鄰，在所述水體處可利用它們的固有高開路電壓將水離解成其組分氣體，并收集由此產(chǎn)生的氫。此外，通過將這些高效率太陽能電池板放置在附近農(nóng)場上，水中或者陸地上，可產(chǎn)生電流以將氫傳輸并抽進(jìn)金屬氫化物儲(chǔ)床內(nèi)。儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫能力允許氫以固體形式進(jìn)行存儲(chǔ)，從而以安全經(jīng)濟(jì)的形式通過駁船，油輪，火車或者卡車運(yùn)輸而最終使用。能量是生命的基本必需品和當(dāng)今社會(huì)的文明，做為能量的基本來源的氫以此處所述方式的使用將結(jié)束為控制化石燃料而發(fā)動(dòng)的戰(zhàn)爭?，F(xiàn)在引用的短語將是“從來源到車輪”，而不是“從油井到車輪”。
在過去，已經(jīng)給予作為燃料或者燃料供應(yīng)的氫的使用以相當(dāng)大的關(guān)注。雖然世界的石油儲(chǔ)量是可耗竭的，而氫的供應(yīng)幾乎是保持無限的。氫可由煤、天然氣和其它烴中產(chǎn)生，或者由水的電解形成，優(yōu)選通過來自太陽的能量產(chǎn)生，所述太陽主要由氫組成且其本身可認(rèn)為是巨大的氫“爐”。此外，可以不使用化石燃料而產(chǎn)生氫，例如通過利用核能或太陽能或者其它任何形式的經(jīng)濟(jì)型能量(例如風(fēng)、波浪、地?zé)岬?電解水。此外，氫，盡管目前比石油昂貴，但本質(zhì)上是低成本燃料。氫在各種化學(xué)燃料中具有最高的每單位重量的能量密度，且由于“燃燒”氫的主要副產(chǎn)物是水，所以它基本上是無污染的。因此，氫可以是解決多種涉及世界能源的問題，例如氣候變化、污染、對石油的戰(zhàn)略性依賴等的手段，以及提供幫助發(fā)展中國家的手段。
盡管氫做為燃料有廣泛的潛在應(yīng)用，但在其使用，特別是在例如車輛的動(dòng)力供應(yīng)的移動(dòng)使用中的一個(gè)主要缺點(diǎn)是缺乏可接受的輕質(zhì)緊密的儲(chǔ)氫介質(zhì)。常規(guī)情況下，氫在高壓條件下被存儲(chǔ)在耐壓容器中或者作為被冷卻至極低溫度的低溫冷卻液體被存儲(chǔ)。作為壓縮氣體或者液體的氫的存儲(chǔ)包括使用較大和/或低溫容器，所述較大和/或低溫容器的使用使得以供應(yīng)車輛動(dòng)力的氫的使用較不可行。
另一種可選方式是，所公知的是，某些金屬和合金允許可逆儲(chǔ)存和釋放氫。在這一點(diǎn)上，由于其高儲(chǔ)氫效率，它們已經(jīng)被認(rèn)為是優(yōu)秀的儲(chǔ)氫材料。氫作為固體氫化物的儲(chǔ)存可提供比作為壓縮氣體或者液體形式的儲(chǔ)存更大的體積存儲(chǔ)密度。此外，氫在固體氫化物中的儲(chǔ)存存在比作為氣體或者液體在容器中儲(chǔ)存所導(dǎo)致的問題更少的問題。這些合金在題目為“實(shí)現(xiàn)氫基生態(tài)系統(tǒng)的高存儲(chǔ)能力合金”的美國專利No.6,193,919中被充分描述，所述專利在此作為參考而被引用。
隨著在氫存儲(chǔ)方面的這些進(jìn)展，現(xiàn)在氫作為供應(yīng)車輛動(dòng)力的燃料具有可行的使用。固體相金屬或者合金系統(tǒng)通過高密度吸收氫和在特定的溫度/壓力或者電化學(xué)條件下形成金屬氫化物而可以儲(chǔ)存大量的氫，且可通過加熱易于釋放氫。
隨著現(xiàn)在氫成為供應(yīng)車輛動(dòng)力的可行來源，已經(jīng)在設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)以依靠氫而不是化石燃料運(yùn)行方面進(jìn)行了相當(dāng)多的研究。在這些設(shè)計(jì)中，氫/空氣混合物在內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)行燃燒，非常類似于汽油和其它烴燃料在當(dāng)今的內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)行燃燒的情況。然而，由于氫的存在，不需要催化轉(zhuǎn)化器以處理排出物從而符合排放標(biāo)準(zhǔn)。氫清潔地進(jìn)行燃燒，唯一的副產(chǎn)物是水。
同樣還對燃料電池在動(dòng)力車輛上的使用進(jìn)行了相當(dāng)多的研究。燃料電池，類似于電池，通過利用電化學(xué)反應(yīng)運(yùn)行。與在所述電池中化學(xué)能被存儲(chǔ)在電池內(nèi)不同的是，通常給燃料電池提供來自電池外的反應(yīng)物以產(chǎn)生用以供給車輛動(dòng)力的電流。在燃料電池中，利用氫流、氧流和電解質(zhì)流以提供電流。燃料電池提供優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)或者發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的多個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。所述這些優(yōu)點(diǎn)包括相對較高的效率、環(huán)境清潔運(yùn)行、高可靠性、很少的移動(dòng)部件和安靜的運(yùn)行。燃料電池潛在地比其它基于卡諾循環(huán)的常規(guī)動(dòng)力源更有效率。
由于氫成為烴燃料可行的另一種可選方式，需要各種系統(tǒng)以將氫儲(chǔ)存和保持在車輛中。這些系統(tǒng)必須考慮到簡單和有效的燃料補(bǔ)給以贏得普通公眾的接受。在需要給車輛提供動(dòng)力時(shí)，存儲(chǔ)的氫必須是從儲(chǔ)氫系統(tǒng)中可得的，而不管在啟動(dòng)或者運(yùn)行中的外部溫度。
本發(fā)明描述了一種用于在添加燃料的過程中冷卻車輛的氫儲(chǔ)床和在車輛的運(yùn)行和啟動(dòng)過程中加熱氫儲(chǔ)床的熱傳遞系統(tǒng)的新型設(shè)計(jì)。該熱傳遞系統(tǒng)從車輛儲(chǔ)氫容器中除去氫化物的形成熱以最小化給車輛補(bǔ)給燃料并給氫存儲(chǔ)容器提供熱量以在車輛的運(yùn)行和啟動(dòng)過程中幫助從氫化的儲(chǔ)氫合金中釋放氫的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露了一種用于氫動(dòng)力車輛的具有熱傳遞系統(tǒng)的車載儲(chǔ)氫單元，包括至少被部分填充儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫容器，適于向儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫容器中的儲(chǔ)氫合金傳遞熱量并從儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫容器中的儲(chǔ)氫合金中傳遞出熱量的第一回路，和與所述第一回路熱連接的第二回路。
儲(chǔ)氫容器適于接收來自外部氫源，例如燃料供應(yīng)站的氫流。在燃料補(bǔ)給過程中，儲(chǔ)氫合金產(chǎn)生氫化物形成熱。使用第一回路以從儲(chǔ)氫合金中除去熱量從而最優(yōu)化燃料補(bǔ)給所需的時(shí)問。
在燃料補(bǔ)給過程中，第一回路是開放的回路。第一回路接收來自外部源，例如燃料補(bǔ)給站的冷卻流體流。第一回路包括與所述儲(chǔ)氫合金熱接觸的一條或更多管道。因此，冷卻流體在第一回路中循環(huán)并除去由于氫被吸入儲(chǔ)氫合金產(chǎn)生的任何熱量。
在車輛的運(yùn)行過程中，第一回路是閉合回路，所述閉合回路用以給儲(chǔ)氫合金提供熱量從而幫助從儲(chǔ)氫合金中釋放氫。第一回路包含從燃料補(bǔ)給過程剩余的封閉在回路中的流體。在第一回路中的流體被加熱并在第一回路中循環(huán)，從而給儲(chǔ)氫合金提供熱量。第一回路中的流體利用熱交換器被加熱。熱量可從在第二回路中循環(huán)的加熱流體中或者通過催化燃燒器被提供給熱交換器。第二回路被用作車輛的運(yùn)行過程中的熱源，且催化燃燒器被用作車輛冷啟動(dòng)過程中的熱源。存在于儲(chǔ)氫罐中的未吸收和吸收的氫可被用于給催化燃燒器提供燃料。
在車輛的運(yùn)行過程中，利用泵送裝置使第一回路中的流體在第一回路中循環(huán)。泵送裝置可以是被機(jī)械連接到第二回路上的電連接或者定向連接的渦輪機(jī)，所述第二回路使加熱流體循環(huán)。定向連接的渦輪機(jī)利用在第二回路中循環(huán)的加熱流體流使流體在第一回路中循環(huán)。


圖1示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的圖解；圖2示出了本發(fā)明的另一種可選實(shí)施方式的圖解；圖3示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的圖解，其中在冷啟動(dòng)過程中使用催化燃燒器；圖4示出了本發(fā)明的另一種可選實(shí)施方式的圖解，其中在冷啟動(dòng)過程中使用催化燃燒器；并且圖5示出了本發(fā)明的另一種可選實(shí)施方式的圖解，其中第一回路僅被用以在燃料補(bǔ)給過程中冷卻第二回路。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明披露了一種在氫動(dòng)力車輛中使用的具有熱傳遞系統(tǒng)的車載儲(chǔ)氫單元。所述熱傳遞系統(tǒng)被設(shè)計(jì)以與至少一個(gè)儲(chǔ)氫容器結(jié)合使用，所述儲(chǔ)氫容器被至少部分填充有儲(chǔ)氫合金。儲(chǔ)氫容器被構(gòu)造以接收來自燃料補(bǔ)給站的氫并提供需要作為燃料的氫。氫可被用作燃料電池、氫動(dòng)力內(nèi)燃機(jī)或者其它用于利用作為燃料的氫驅(qū)動(dòng)車輛的裝置的燃料。
在燃料補(bǔ)給過程中，包含在儲(chǔ)氫容器中的儲(chǔ)氫合金吸收氫，從而產(chǎn)生相當(dāng)大量的熱量(氫化物形成熱)。如果熱量保持存在，氫吸入儲(chǔ)氫合金中的速度下降且用于給容器補(bǔ)給燃料的時(shí)間增加。由于氫吸入儲(chǔ)氫合金而產(chǎn)生的熱量必須足夠快地被除去以最大化氫吸入儲(chǔ)氫合金的速度從而最小化燃料補(bǔ)給所需的時(shí)間。本發(fā)明披露了一種用于在燃料補(bǔ)給過程中將氫化物形成熱從儲(chǔ)氫容器中除去以最小化燃料補(bǔ)給時(shí)間的新型方法。
除冷卻儲(chǔ)氫合金之外，本發(fā)明還被設(shè)計(jì)以在車輛的啟動(dòng)或運(yùn)行過程中將熱量提供給儲(chǔ)氫合金。將熱量加到儲(chǔ)氫合金上有助于從儲(chǔ)氫合金中釋放氫，從而產(chǎn)生了從儲(chǔ)氫容器中被提供的易得的氫流。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式示于圖1中。本發(fā)明包括第一回路、第二回路、一個(gè)或更多儲(chǔ)氫容器、一個(gè)或更多熱交換器、多個(gè)閥門和多個(gè)牢固的快速連接連接器。
在燃料補(bǔ)給過程中，氫從車外來源被提供給包含儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫容器1。氫源與氫入口可封閉地連接。氫入口2可以是快速連接連接器，所述連接器提供了與氫源的氣密封閉。氫流經(jīng)氫入口2并通過管道流至包含儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫容器1。氫被儲(chǔ)氫合金吸收并且產(chǎn)生熱量。為保持氫進(jìn)入儲(chǔ)氫合金的最優(yōu)吸收，必須從儲(chǔ)氫合金中除去氫化物形成熱。這通過在燃料補(bǔ)給過程中使冷卻流體在儲(chǔ)氫容器1中循環(huán)實(shí)現(xiàn)。
在燃料補(bǔ)給前以及在燃料補(bǔ)給過程中，低溫冷卻流體被從車外來源提供給系統(tǒng)。所述低溫冷卻流體可以是水、乙二醇、其混合物或者其它適于系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行熱傳遞的流體。通過使用車外來源的低溫?zé)醾鬟f流體，熱傳遞系統(tǒng)實(shí)施以提供快速填充所需的空間更少。低溫?zé)醾鬟f流體來源可密封地連接至第一回路入口3。第一回路入口3可以是為冷卻流體來源提供氣密密封的快速連接連接器。低溫冷卻流體從車外來源被抽入第一回路4中。熱傳遞流體通過第一回路4流至儲(chǔ)氫容器1。冷卻流體流經(jīng)包含在儲(chǔ)氫容器1中的一條或更多管道或者流動(dòng)通路，所述管道或者流動(dòng)通路與儲(chǔ)氫合金熱接觸。低溫冷卻流體吸收由氫化物形成產(chǎn)生的熱量，流出儲(chǔ)氫容器，并通過第一回路出口5流出系統(tǒng)。閥門6位于第一回路中，所述閥門在接收低溫冷卻流體前被關(guān)閉。閥門6被關(guān)閉以形成開放回路，所述開放回路允許流體連續(xù)地流經(jīng)第一回路4。在補(bǔ)給燃料后，閥門6被打開且第一回路入口3和第一回路出口5被密封。在補(bǔ)給燃料后，第一回路4保持被冷卻流體充滿。在車輛的啟動(dòng)和運(yùn)行過程中，這種冷卻流體被加熱并用于將熱量傳遞至儲(chǔ)氫合金以幫助從儲(chǔ)氫合金中釋放氫。
在車輛的運(yùn)行過程中，熱量從第一回路4被提供給儲(chǔ)氫合金。保持在第一回路4中的冷卻流體被加熱并利用定向連接的渦輪機(jī)7在第一回路4中循環(huán)，所述渦輪機(jī)7與第二回路8機(jī)械連接。第二回路可以是用于車輛的內(nèi)燃機(jī)中的燃料電池的冷卻回路。第二回路8中的加熱流體在運(yùn)行過程中在第二回路8中連續(xù)地循環(huán)。定向連接的渦輪機(jī)7利用通過第二回路8的流體流使保持在第一回路中的流體在第一回路4中循環(huán)，從而消除在第一回路中對泵的需要。
熱量從在第二回路8中循環(huán)的加熱流體被提供給包含在第一回路4中的冷卻流體。第一回路4可通過熱交換器9與第二回路8熱接觸。第二回路8在車輛的運(yùn)行過程中將熱量提供給第一回路4中的流體。流經(jīng)第二回路8的流體可以是車輛的冷卻回路，所述冷卻回路根據(jù)應(yīng)用接收來自燃料電池或者氫內(nèi)燃機(jī)，或另一種熱源中的熱量。當(dāng)在第一回路4中循環(huán)時(shí)，受熱流體以與在燃料補(bǔ)給過程中相同的方式流經(jīng)儲(chǔ)氫容器1中的管道。受熱流體將熱量提供給氫化物儲(chǔ)氫合金以幫助氫的釋放。在本發(fā)明的另一種可選實(shí)施方式中，定向連接的渦輪機(jī)7被泵7a代替。這種實(shí)施方式示于圖2中。
在冷啟動(dòng)過程中，熱量不易從第二回路供應(yīng)給第一回路。催化燃燒器9a可被用以快速加熱包含在第一回路4中的冷卻流體。催化燃燒器可與熱交換器或者第一回路4熱連接。如圖3例示的這種實(shí)施方式示出了與熱交換器熱連接的催化燃燒器。在這種實(shí)施方式中，少量的氫從儲(chǔ)氫容器1被提供給催化燃燒器9a。盡管氫化物床中的溫度可以是這樣的以至于高速度的氫不易從儲(chǔ)氫材料中釋放，但最小量的氫仍還可從儲(chǔ)氫容器被提供給催化燃燒器9a。包含在儲(chǔ)氫容器中的該最小量的氫是為催化燃燒器9a所需以加熱在第一回路中的流體從而開始從儲(chǔ)氫合金中釋放氫的量。在利用催化燃燒器的本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，定向連接的渦輪機(jī)7被泵7a代替。這種實(shí)施方式被示于圖4中。
在另一種可選實(shí)施方式中，本發(fā)明的第一回路4a可在燃料補(bǔ)給過程中僅被用于冷卻第二回路。這種實(shí)施方式被示于圖5中。在車輛的運(yùn)行過程中，第二回路8a達(dá)到兩個(gè)目的。第二回路8a通過根據(jù)應(yīng)用接收來自燃料電池或者氫內(nèi)燃機(jī)10，或者另一種熱源中的熱量起到車輛的冷卻回路的作用，并將熱量提供給儲(chǔ)氫容器1以幫助從儲(chǔ)氫合金中釋放氫。在車輛的運(yùn)行過程中，閥門12保持關(guān)閉且閥門11保持打開。在燃料補(bǔ)給過程中，通過關(guān)閉閥門11和打開閥門12，第二回路8a被縮短。第二回路隨后被用以從儲(chǔ)氫容器1中除去氫化物形成熱。在燃料補(bǔ)給過程中，從車外來源接收的冷卻流體被用以通過熱交換器9冷卻在第二回路中循環(huán)的流體。定向連接的渦輪機(jī)7被用以利用來自車外來源的冷卻流體流以使流體在第一回路中循環(huán)通過儲(chǔ)氫容器，從而消除在燃料補(bǔ)給過程中使用泵的需要。
儲(chǔ)氫裝置1可以是至少被部分填充有儲(chǔ)氫合金的壓力密封容器。儲(chǔ)氫容器可以具有一系列遍及容器內(nèi)部延伸的管道。管道可適于接收熱傳遞流體并利用這種流體加熱或冷卻容器的內(nèi)容物。這種容器的內(nèi)部還可被導(dǎo)熱材料分成隔室以更好地適應(yīng)遍及容器的熱傳遞且阻止儲(chǔ)氫合金的致密化和隨后的膨脹(在充氫后)，所述儲(chǔ)氫合金的致密化和隨后的膨脹可導(dǎo)致容器器壁產(chǎn)生應(yīng)變。這種儲(chǔ)氫容器在2002年5月9日提交的題目為“蜂巢狀儲(chǔ)氫結(jié)構(gòu)”的美國專利申請序列號(hào)10/143,243中被描述，所述專利申請的公開內(nèi)容在此作為參考而被引用。
在金屬氫化物儲(chǔ)氫單元中使用的合金可以是在為該目的的技術(shù)領(lǐng)域中的各種已公知的合金。具體的合金包括AB2、AB5或者體心立方(BCC)合金，例如稀土-鎳合金、鈦-錳合金、鈦-鋯合金、鈦-鐵合金、鎂合金以及類似合金。這些合金的實(shí)例可參見以下美國專利6,193,929；6,103,024；5,976,276；5,916,381；5,840,440；4,832,913；4,431,561和以下美國專利申請序列號(hào)09/573,240；09/609,487；09/902,320；09/901,816；09/444,812；09/873,863中，所述專利和專利申請全部在此作為參考而被引用。
實(shí)用儲(chǔ)氫合金的一個(gè)實(shí)例是低溫儲(chǔ)氫合金，所述合金在暴露于環(huán)境大氣中時(shí)是非自燃的。特別地，所述合金即使在充氫/放氫循環(huán)后仍是非自燃的。所述合金是利用原子設(shè)計(jì)制造的TiMn2型合金。非自燃低溫儲(chǔ)氫合金的優(yōu)選實(shí)施方式包括鈦、鋯、釩、鉻和錳。所述合金還可包括鐵和鋁。合金的原子工程包括調(diào)整合金的組分以包括超過常規(guī)TiMn2合金的鉻水平的鉻。換句話說，隨著合金的鉻含量增加，發(fā)生自燃的趨勢下降。特別優(yōu)選的合金組分包括0.5-10at.％(原子百分含量)Zr，29-35at.％Ti，10-15at.％V，13-20at.％Cr，32-38at.％Mn，1.5-3.0at.％Fe和0.05-0.5at.％Al。所述合金還可包括總計(jì)1-10at.％的從由Ba、Co、Cu、Cs、K、Li、Mm、Mo、Na、Nb、Ni、Rb、Ta、Tl和W組成的元素組中選擇的至少一種元素。實(shí)用合金的具體實(shí)例包括Zr1Ti33V12.54Cr15Mn36Fe2.25Al0.21和Zr1.5Ti32.5V12.54Cr15Mn36Fe2.25Al0.21的組分。
前述說明被提供目的用于解釋和披露本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。對所述實(shí)施方式，特別包括對一次或者第二回路的改變，熱傳遞系統(tǒng)的運(yùn)行條件和系統(tǒng)部件的定位的變型和改變對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的?？稍诓黄x在所附權(quán)利要求中的本發(fā)明的精神或范圍內(nèi)做出這些改變和其它改變。
權(quán)利要求
1.一種用于氫動(dòng)力車輛的儲(chǔ)氫單元，包括至少部分填充有儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫容器，其中所述儲(chǔ)氫容器適于接收來自外部氫源的氫；適于在車輛燃料補(bǔ)給過程中從所述儲(chǔ)氫容器傳遞熱量和在車輛運(yùn)行過程中將熱量傳遞至所述儲(chǔ)氫合金的第一回路；和與所述第一回路熱連接的第二回路，所述第二回路適于在車輛運(yùn)行過程中將熱量提供給所述第一回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一回路包括一條或更多與所述儲(chǔ)氫合金熱接觸的管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中在車輛燃料補(bǔ)給過程中，所述第一回路是適于從外部源接收冷卻流體流并使所述冷卻流體流在所述第一回路中循環(huán)的開放回路，其中由氫吸入儲(chǔ)氫合金中產(chǎn)生的氫化物形成熱被從所述儲(chǔ)氫容器中除去。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中在車輛運(yùn)行過程中所述第一回路是包括熱傳遞流體的閉合回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中利用泵送裝置使包含在所述第一回路中的所述熱傳遞流體在所述第一回路中循環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述泵送裝置是與所述第二回路機(jī)械連接的定向連接渦輪機(jī)，其中所述定向連接渦輪機(jī)利用在所述第二回路中循環(huán)的加熱流體流使所述熱傳遞流體在所述第一回路中循環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述儲(chǔ)氫單元還包括與所述第一回路熱連接的催化燃燒器，所述催化燃燒器適于將熱量提供給第一回路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述催化燃燒器最初被供以包含在所述儲(chǔ)氫容器內(nèi)的一定量的未吸收的燃料氫。
全文摘要
一種用于氫動(dòng)力車輛的具有熱傳遞系統(tǒng)的車載儲(chǔ)氫單元。所述系統(tǒng)包括包含儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫容器(1)，所述儲(chǔ)氫容器被構(gòu)造以通過氫入口(2)接收氫流并且提供用于為車輛提供動(dòng)力的氫。在車輛的燃料補(bǔ)給過程中，使用冷卻/加熱回路(4，8)以從儲(chǔ)氫合金中除去氫化物形成熱，而在車輛的運(yùn)行過程中，使用冷卻/加熱回路(4，8)以將熱量提供給儲(chǔ)氫合金，從而有助于氫的脫附。
文檔編號(hào)B01D53/02GK1688857SQ03824128
公開日2005年10月26日 申請日期2003年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月14日
發(fā)明者V·米亞斯尼科夫, R·楊, Y·李, S·R·奧夫辛斯基 申請人:特克薩科雙向氫系統(tǒng)有限責(zé)任公司