镁基固态储氢材料性能测试系统

摘要

本申请涉及镁基储氢材料储放氢技术领域，尤其是涉及一种镁基固态储氢材料性能测试系统，包括：换热构件、温度调节部、循环构件、第一流量调节构件以及参数检测部；换热构件形成有设置有储氢材料的储存腔，储存腔的进口端用于连接氢气源，储存腔的出口端用于连接待充氢设备；换热构件形成有与储存腔间隔设置的流通通道，流通通道与温度调节部形成循环回路，循环构件设置于循环回路上，使得导热介质循环流通；第一流量调节构件用于调节换热构件的进气流量和流速；参数检测部用于检测储氢材料的最佳的充放氢参数。本系统可测试储氢材料的充氢与放氢两个过程，并得出最佳充放氢参数。

说明书

技术领域

本申请涉及镁基储氢材料储放氢技术领域，尤其是涉及一种镁基固态储氢材料性能测试系统。

背景技术

目前，氢能是一种清洁无污染的新能源，但氢气在常态下体积密度小，液化温度低，难以储存和运输，这些因素限制了氢能的推广和应用。镁基储氢材料是一种极具发展前景的固体储氢材料，其储氢量高，来源广泛，无毒无害，成本低廉，安全性好，适合氢气的大规模储运。镁合金储氢的原理是：在一定温度和氢气压力条件下，镁合金材料能够与氢气发生可逆的吸氢-脱氢反应，从而实现氢气的储存与释放，但现阶段并没有测试设备用来测试镁合金固态储氢材料的性质与特点，故镁合金固态储氢材料还没有完全产业化。

发明内容

本申请的目的在于提供一种镁基固态储氢材料性能测试系统，在一定程度上解决了现有技术中存在的没有测试设备用来测试镁合金固态储氢材料的性质与特点，故镁合金固态储氢材料还没有完全产业化的技术问题。

本申请提供了一种镁基固态储氢材料性能测试系统，包括：换热构件、温度调节部、循环构件、第一流量调节构件以及参数检测部；

所述换热构件形成有设置有储氢材料的储存腔，所述储存腔的进口端用于连接氢气源，所述储存腔的出口端用于连接待充氢设备；

所述换热构件形成有与所述储存腔间隔设置的流通通道，所述流通通道与所述温度调节部形成循环回路，所述循环构件设置于所述循环回路上，使得导热介质循环流通；

所述第一流量调节构件用于调节所述换热构件的进气流量和流速；所述参数检测部用于检测所述储氢材料的充放氢参数。

在上述技术方案中，进一步地，所述参数检测部包括流量检测构件、温度检测构件以及压力检测构件；其中，所述流量检测构件用于检测所述换热构件的进气的以及排气的流量和流速；所述压力检测构件用于检测所述换热构件的进气的以及排气的压力；所述温度检测构件用于检测所述换热构件的储存腔内的温度；

所述温度调节部包括加热构件、冷却构件以及第二流量调节构件；其中，所述流通通道的进口端与所述加热构件的出口端相连通，所述流通通道的出口端与所述加热构件的进口端相连通，以形成所述循环回路，用于循环流通导热介质；所述循环构件以及所述第二流量调节构件均设置于所述循环回路；所述冷却构件设置于所述流通通道的进口端与所述换热构件的出口端相连通的路径上。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述储存腔的进口端与所述氢气源之间相连通的进气路径包括顺次相连通第一进氢路径和第二进氢路径，所述第一进氢路径的进口端与所述氢气源相连通，所述第二进氢路径的出口端与所述储存腔的进口端相连通；

所述储存腔的出口端与所述待充氢设备之间相连通的路径包括第一排氢路径和第二排氢路径，所述第一排氢路径的进口端与所述储存腔的出口端相连通，所述第二排氢路径的出口端与所述待充氢设备的进口端相连通；

其中所述储存腔的进口端与所述储存腔的出口端相重合，所述第二进氢路径和所述第一排氢路径相重合以形成共有路径。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一进氢路径顺次设置有第一控制阀以及所述第一流量调节构件，且所述第一控制阀靠近所述氢气源一侧设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述共有路径顺次设置有所述流量检测构件、第二控制阀、冷却机组以及所述压力检测构件，且所述压力检测构件靠近所述换热构件一侧设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第二控制阀还并联有第三控制阀；

所述第二控制阀的与所述第三控制阀相并联的路径设置有第一过滤器，且所述第一过滤器靠近所述冷却机组一侧设置；

所述第三控制阀的与所述第二控制阀相并联的路径设置有第二过滤器，且所述第二过滤器靠近所述流量检测构件一侧设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第二排氢路径设置有第四控制阀。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述冷却构件为冷却风机；

所述加热构件为电加热导油炉；

所述第一流量调节构件以及所述第二流量调节构件均为流量调节阀。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述压力检测构件为压力变送器；

所述温度检测构件为温度变送器。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述流量检测构件包括第一流量检测构件和第二流量检测构件；

所述压力检测构件包括第一压力检测构件和第二压力检测构件；

所述储存腔的进口端与所述氢气源之间相连通的进气路径顺次设置有第一控制阀、流量调节阀、第一流量检测构件、第一过滤器以及所述第一压力检测构件，且所述第一压力检测构件靠近所述换热构件一侧设置。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述储存腔的出口端与所述待充氢设备之间相连通的路径顺次设置第二压力检测构件、冷却机组、第二过滤器、第二流量检测构件以及第二控制阀，且所述第二控制阀靠近所述待充氢设备一侧设置。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本系统可较为完整地测试储氢材料尤其是镁合金储氢材料的充氢与放氢两个过程，并最终得出最佳的充放氢参数，具体地，充氢过程中以及排氢过程中系统中氢气压力，氢气流量，导热油温度，导热油流量以及储氢材料的实际反应温度等参数均可控制，为实验需求提供相应的环境，并且利用相应的设备能够时刻检测上述参数，记录数据曲线供实验分析，进而最终得出最佳的充放氢参数，为研究镁合金固态储氢材料的性质与特点打下了坚实的基础。

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氢材料性能测试系统的结构示意图。

附图标记：

1-氢气源，2-第一控制阀，3-第一流量调节构件，4-第四控制阀，5-待充氢设备，6-流量检测构件，7-第二控制阀，8-第三控制阀，9-冷却机组，10-压力检测构件，11-温度检测构件，12-换热构件，13-循环构件，14-加热构件，15-冷却构件，16-第二流量调节构件。

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描述根据本申请一些实施例所述的镁基固态储氢材料性能测试系统。

实施例一

参见图1所示，本申请的实施例提供了一种镁基固态储氢材料性能测试系统，包括：换热构件12、温度调节部、循环构件13、第一流量调节构件3以及参数检测部；

换热构件12与温度调节部形成循环回路，循环构件13设置于循环回路上，使得导热介质循环流通；

换热构件12形成有设置有储氢材料的储存腔，储存腔的进口端用于连接氢气源1，储存腔的出口端用于连接待充氢设备5；

换热构件12形成有与储存腔间隔设置的流通通道，流通通道与温度调节部形成循环回路，循环构件13设置于循环回路上，使得导热介质循环流通；

第一流量调节构件3用于调节换热构件12的进气流量和流速；参数检测部用于检测储氢材料的充放氢参数，对氢能源的使用具有指导作用。

具体地，参数检测部包括流量检测构件6、温度检测构件11以及压力检测构件10；其中，流量检测构件6用于检测换热构件12的进气的以及排气的流量和流速；压力检测构件10用于检测换热构件12的进气的以及排气的压力；温度检测构件11用于检测换热构件12的储存腔内的温度；

温度调节部包括加热构件14、冷却构件15以及第二流量调节构件16；其中，流通通道的进口端与加热构件14的出口端相连通，流通通道的出口端与加热构件14的进口端相连通，以形成循环回路，用于循环流通导热介质；循环构件13以及第二流量调节构件16均设置于循环回路；冷却构件15设置于流通通道的进口端与换热构件12的出口端相连通的路径上。

其中，可选地，氢气源1可选用为储存有氢气的高压氢气罐，待充氢设备5可选用为燃料电池，加热构件14可选用为导热油加热炉，导热介质选用为导热油(以下也将以此为例加以说明)，当然，不仅限于上述，还可根据实际需要选择。

利用镁基固态储氢材料性能测试系统测试最佳充放氢参数的过程如下：

(1)当充氢时，在氢气系统中：将氢气源1的氢气导入进本系统中，观察流量检测构件6测得的氢气流量，利用第一流量调节构件3调节氢气流量以达到预定吸氢流量，而后通入换热构件12的储存腔内。在热油系统中：打开循环构件13以及第二流量调节构件16，使热油在换热构件12与加热构件14之间开始循环，调节第二流量调节构件16的开度，控制热油流量达到设定值，而后使加热构件14对热油进行加热，当温度检测构件11所检测到的温度达到吸氢温度后，储氢材料开始吸氢。

由于充氢状态中会放热，当观察温度检测构件11所检测到的温度高于设定最高温度时，冷却构件15会打开对热油进行降温。

充氢过程中观察压力检测构件10所检测到的压力是否下降过快，如过快证明氢气流量过大，调节第一流量调节构件3以达到换热构件12中储存腔的压力平衡。

设置流量检测构件6的充氢质量达到设定数值后，关闭加热构件14、冷却构件15、循环构件13、第二流量调节构件16以及氢气源1，充氢结束。

(2)当进入放氢状态后，在热油系统中：打开循环构件13以及第二流量调节构件16，使热油在换热构件12与加热构件14之间开始循环，调节第二流量调节构件16的开度，控制热油流量达到设定值，使加热构件14对热油进行加热，设置换热构件12中材料进行化学反应所需达到的温度。当温度检测构件11的温度达到放氢温度后，氢气从装有储氢材料的换热构件12中放出，最后通至待充氢设备5，当然此处不仅限于待充氢设备5，还可以为储存容器。流量检测构件6所检测到的放氢质量达到设定数值后(注意，实验目的不仅是测得最大放氢量，还有在相应的试验条件下放氢效率最高，最高效率持续的最长时间，例如最高放氢效率以及最高效率持续的最长时间往往出现在排放掉90％的氢气总量的试验过程，因而我们会着重研究排放掉90％的氢气总量的试验过程，在此过程中会根据测得数据寻找到最高放氢效率所对应的温度、压力以及流量等数据，而对于后期排放掉剩余的10％的氢气总量花费的时间较长而且研究的意义不大，因而没必要把剩余的10％的氢气总量排放掉，所以为流量检测构件6设定一个设定数值，加以控制与待充氢设备5的切断的时机)，关闭加热构件14、循环构件13、第二流量调节构件16，并且切断与待充氢设备5的连通，放氢结束。

可见，本系统可较为完整地测试储氢材料尤其是镁合金储氢材料的充氢与放氢两个过程，并最终得出最佳的充放氢参数，具体地，充氢过程中以及排氢过程中系统中氢气压力，氢气流量，导热油温度，导热油流量以及储氢材料的实际反应温度等参数均可控制，为实验需求提供相应的环境，并且利用相应的设备能够时刻检测上述参数，记录数据曲线供实验分析，进而最终得出最佳的充放氢参数，为研究镁合金固态储氢材料的性质与特点打下了坚实的基础。

在该实施例中，优选地，如图1所示，储存腔的进口端与氢气源1之间相连通的进气路径包括顺次相连通第一进氢路径和第二进氢路径，第一进氢路径的进口端与氢气源1相连通，第二进氢路径的出口端与储存腔的进口端相连通；

储存腔的出口端与待充氢设备5之间相连通的路径包括第一排氢路径和第二排氢路径，第一排氢路径的进口端与储存腔的出口端相连通，第二排氢路径的出口端与待充氢设备5的进口端相连通；

其中储存腔的进口端与储存腔的出口端相重合，第二进氢路径和第一排氢路径相重合以形成共有路径。

根据以上描述的结构可知，当充氢气时，氢气可依次经过第一进氢路径和第二进氢路径输送给换热构件12的储存腔；当排放氢气时，换热构件12内产生的氢气可依次经过第一排氢路径和第二排氢路径排放给待充氢设备5。其中，第二进氢路径和第一排氢路径相重合以形成共有路径，能够节省管路，此外，还节省了下文所述的第二流量检测构件6，降低成本。

在该实施例中，优选地，如图1所示，第一进氢路径顺次设置有第一控制阀2以及第一流量调节构件3，且第一控制阀2靠近氢气源1一侧设置。

根据以上描述的结构可知，第一控制阀2控制加氢的开启或者关闭。

在该实施例中，优选地，如图1所示，共有路径顺次设置有流量检测构件6、第二控制阀7、冷却机组9以及压力检测构件10，且压力检测构件10靠近换热构件12一侧设置。

进一步，优选地，如图1所示，第二控制阀7还并联有第三控制阀8；

第二控制阀7的与第三控制阀8相并联的路径设置有第一过滤器，且第一过滤器靠近冷却机组9一侧设置；

第三控制阀8的与第二控制阀7相并联的路径设置有第二过滤器，且第二过滤器靠近流量检测构件6一侧设置；

第二排氢路径设置有第四控制阀4。

根据以上描述的结构可知，加氢时，第二控制阀7打开，第三控制阀8以及第四控制阀4均处于关闭状态，氢气依次经过第一进氢路径、第二控制阀7、第一过滤器、冷却机组9以及压力检测构件10进入到换热构件12的储存腔内，其中第一过滤器起到过滤氢气中的杂质的作用。

排放氢气时，第一控制阀2以及第二控制阀7均处于关闭状态，第三控制阀8以及第四控制阀4打开，换热构件12内产生的氢气依次经由压力检测构件10、冷却机组9、第三控制阀8以及第二过滤器最终流入至待充气设备。其中，冷却机组9起到对高温的氢气冷却的作用，既能有效避免对排氢路径中的其他部件以及待充氢设备5造成损坏，又能保证使用的安全性；第二过滤器起到过滤氢气的作用，保证氢气的纯度。

上述涉及到的过滤器是单向的，因此第一过滤器相对第二控制阀7靠近冷却机组9一侧设置，用于过滤充氢时的氢气，而第二过滤器相对第三控制阀8靠近流量检测构件6一侧设置，用于过滤放氢时的氢气。

在该实施例中，优选地，冷却构件15为冷却风机，冷却效果好，而且造价低，有助于降低成本。

第二流量调节构件16为流量调节阀，能够起到调节流量和流速的作用，而且便于采购。

压力检测构件10为压力变送器，能够准确检测进氢的压力和排氢的压力。

温度检测构件11为温度变送器，能够准确检测换热构件12的储存腔的温度。

综上，结合上述涉及到的详细部件加以说明本镁基固态储氢材料性能测试系统测试最佳充放氢参数的过程如下：

当充氢时，在氢气系统中：第三控制阀8和第四控制阀4处于关闭的状态，打开第一控制阀2，把氢气源1所提供的氢气通入到导入进本系统中，观察流量检测构件6测得的氢气流量，使用第一流量调节构件3调节氢气流量以达到预定吸氢流量，打开第二控制阀7，使固定流量的氢气通过冷却机组9最终进入到换热构件12的储存腔内。在热油系统中：打开循环构件13以及第二流量调节构件16，使热油在换热构件12与加热构件14之间开始循环，调节第二流量调节构件16的开度，控制热油流量达到设定值，而后使加热构件14对热油进行加热，当温度检测构件11的温度达到吸氢温度后，储氢材料开始吸氢。

由于充氢状态中会放热，当观察温度检测构件11所检测到的温度高于设定最高温度时，冷却构件15会打开对热油进行降温。充氢过程中观察压力检测构件10所检测到的压力是否下降过快，如过快证明氢气流量过大，调节第一流量调节构件3以达到换热构件12中储存腔的压力平衡。设置流量检测构件6的充氢质量达到设定数值后，关闭加热构件14、冷却构件15、循环构件13、第二流量调节构件16、第一控制阀2以及第二控制阀7，充氢结束。

当进入放氢状态后，在氢气系统中，第一控制阀2与第二控制阀7均关闭，第三控制阀8与第四控制阀4均打开。在热油系统中：打开循环构件13以及第二流量调节构件16，使热油在换热构件12与加热构件14之间开始循环，调节第二流量调节构件16的开度，控制热油流量达到设定值，使加热构件14对热油进行加热，设置换热构件12中材料进行化学反应所需达到的温度。当温度检测构件11的温度达到放氢温度后，氢气从装有储氢材料的换热构件12中放出，经过冷水机组把从换热构件12中放出的高温氢气冷却至常温，经过第三控制阀8、流量检测构件6以及第四控制阀4后通至待充氢设备5例如燃料电池或其他用氢设备中，易或者是储存容器。流量检测构件6所检测到的放氢质量达到设定数值后，关闭加热构件14、循环构件13、第二流量调节构件16、第三控制阀8以及第四控制阀4，放氢结束。

通过上述的试验过程能够掌握储氢材料尤其是镁合金储氢材料的充氢与放氢两个过程，并最终得出最佳的充放氢参数。

实施例二

本申请的实施例提供了一种镁基固态储氢材料性能测试系统，包括：换热构件、循环构件、加热构件、冷却构件、第二流量调节构件、流量检测构件、温度检测构件以及压力检测构件；

其中，换热构件形成有相分隔开的流通通道以及设置有储氢材料的储存腔；储存腔的进口端用于连接氢气源，储存腔的出口端用于连接待充氢设备；流量检测构件用于检测换热构件的进气的以及排气的流量和流速；压力检测构件用于检测换热构件的进气的以及排气的压力；温度检测构件用于检测换热构件的储存腔内的温度；

流通通道的进口端与加热构件的出口端相连通，流通通道的出口端与加热构件的进口端相连通，以形成循环回路；循环构件以及第二流量调节构件均设置于循环回路；冷却构件设置于流通通道的进口端与换热构件的出口端相连通的路径上。

流量检测构件包括第一流量检测构件和第二流量检测构件；

压力检测构件包括第一压力检测构件和第二压力检测构件；

储存腔的进口端与氢气源之间相连通的进气路径顺次设置有第一控制阀、流量调节阀、第一流量检测构件、第一过滤器以及第一压力检测构件，且第一压力检测构件靠近换热构件一侧设置。

储存腔的出口端与待充氢设备之间相连通的路径顺次设置第二压力检测构件、冷却机组、第二过滤器、第二流量检测构件以及第二控制阀，且第二控制阀靠近待充氢设备一侧设置。

根据以上描述的结构可知，本实施例与实施例一不同点在于，本实施例中的排氢路径和进气路径没有重合的区域，换热构件的储存腔的进口端和出口端也是区分开的，属于单独的结构。

加氢时，第一控制阀打开，氢气依次流经第一控制阀、流量调节阀、第一流量检测构件、第一过滤器以及第一压力检测构件，最终进入到换热构件的储存腔内。

排氢时，第二控制阀处于打开的状态，换热构件排出的氢气依次流经第二压力检测构件、冷却机组、第二过滤器、第二流量检测构件以及第二控制阀，最终进入到待充氢设备中。

可见，本实施例提供的镁基固态储氢材料性能测试系统也具有与实施例一中提及的镁基固态储氢材料性能测试系统具有相同的效果，即可较为完整地测试储氢材料尤其是镁合金储氢材料的充氢与放氢两个过程，并最终得出最佳的充放氢参数，为研究镁合金固态储氢材料的性质与特点打下了坚实的基础。

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。