專利名稱：固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明領域本發(fā)明屬于清潔能源裝備領域，特別涉及固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備。
本發(fā)明
背景技術：
地球石油貯量原探明還能開采使用40年，近年來報道許多國際石油公司對其油田的石油貯量的原預測含有20-25％的夸大水分，顯然尋找到換代能源包括尋找到可再生的清潔能源和解決換代能源的物流技術裝備對人類生存而言已經十分緊迫，全世界都已共識到可再生的氫能源是最清潔和取之不盡的換代能源，據(jù)網上公布，2003年美國國會撥款12億美元用于氫能源燃料電池的研發(fā)并提出現(xiàn)在出生的新生兒將成為第一代使用氫能源的汽車駕駛員目標；許多大國都不約而同撥出巨款從事氫燃料電池的應用研究；目前各國氫能源科學家就燃氫電池技術應用遇到了兩大不可能解決的瓶頸障礙，一是燃氫電池使用的高壓液氫在燃料電池鉑金反應網上不可能全部及時與氧反應成水，大量的氫氣會直接泄入大氣層，等量的氫對臭氧層的破壞力度大于氟里昂；二是全世界汽車保有量為6億輛，而鉑的儲量有限，遠不能滿足汽車改用氫燃料電池的制造量需求；氫能源經過燃氫電池的形式換代汽車汽油動力機的方式還存在汽車動力機的被淘汰會造成巨大的汽車動力機械的生產資料及專業(yè)人員“下崗”的經濟及社會矛盾；當前全世界不僅共識到從水中獲得氫能源是最清潔最經濟最取之不盡的可持續(xù)發(fā)展能源，而且世界各國廉價獲取取之不盡的氫能源技術也已經解決，特別是已經發(fā)現(xiàn)可以通過加壓時先加熱后吸熱工藝使氫氣與某些金屬粉末順向反應生成稱作“固氫”的體積小而含氫量大的氫化金屬，例氫化鎂MgH2、聚合氫化鋁N·ALH3等，無壓而可安全物流的“固氫”即氫化金屬能在130℃至150℃恒溫環(huán)境中均勻分解放出低壓氫氣和通過調節(jié)溫度控制放氫量及放氫速度，所產生的氫氣燃料可以取代汽油或天然氣直接使用于發(fā)動機成為汽車清潔能源，避開采用燃氫電池可解決氫泄露污染和鉑材料短缺的問題，固氫可平穩(wěn)放氫取代汽油用作汽車發(fā)動機燃料由于尾氣中無污染物，因此適用轉子發(fā)動機，轉子發(fā)動機的最高效率為62％較往復式發(fā)動機的最高效率28％高出二倍多而且生產成本可降低50％，日本馬自達公司1986的轉子發(fā)動機年產量曾達到150萬臺，因排放污染物不能達標原因被迫停產，使用氫燃料顯然可促進轉子發(fā)動機再顯輝煌；但新的技術瓶頸問題又出現(xiàn)了，其中一個技術難度是現(xiàn)有的電熱材料無法制作成中空可貯固氫材料的恒溫電熱體，原因是合金電熱材料熱源有過溫特性，在固氫貯筒中要使固氫材料均勻處在130℃至150℃恒溫環(huán)境時與固氫材料直接接觸處的電熱體不僅溫度必然很高，甚至很易出現(xiàn)明火，若采用較厚的熱緩沖材料消除熱源明火影響，則電熱升降溫速度就會緩慢不靈敏，升溫不靈敏的加熱環(huán)境無法控制固氫放氫的及時和定量使與汽車發(fā)動機燃氫動作相呼應，而且顯然還會擠占貯存固氫料的有效空間而限止載氫量縮短連續(xù)行駛的里程，特別是耗電功率相應會加大，汽車電瓶的供電能力受到限制；另一個技術難度是金屬粉末在高壓加熱充氫反應成固氫的過程中自然放出熱能，其溫度積聚達到甚至會超過固氫分解出氫氣的居里溫度130℃-150℃度，很顯然一方面固氫在反應中形成，同步另一方面形成的固氫又會熱分解放出氫氣的這種可逆反應行為必會造成充氫不足、充氫時間拉長和消耗電能太多等增加成本和降低使用效率的弊病；解決這二個瓶頸問題即若能發(fā)明出輕薄結構的中空等溫電熱固氫貯筒和無氟低電耗的制冷充氫裝備，就能實現(xiàn)固氫取代汽油直接用作汽車清潔燃料甚至使用固氫取代燃熱鍋爐的時代到來，也能實現(xiàn)氫燃料電池阻止氫泄露污染大氣層和降低成本，開創(chuàng)取之不盡的廉價清潔氫燃料的可持續(xù)發(fā)展新紀元。
本

發(fā)明內容
一種固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備，由制冷裝備、中空等溫電熱體封閉在金屬筒中組成的固體氫中空等溫電熱貯筒、液氫鋼瓶、帶液氫分輸管的液氫輸送管、閥門、加壓器組成，加壓器與液氫輸入口均與液氫輸送管相通，液氫輸送管上并列有與液氫輸送管連通連體垂直設置的液氫分輸管，液氫分輸管的管口有與固氫貯筒充氫管口外螺紋相匹配的內螺紋；其中固體氫中空等溫電熱貯筒，簡稱固氫貯筒，由可塞滿固氫材料的中空等溫電熱體封閉在金屬筒中組成，金屬筒筒蓋與筒體活動旋接成共體，筒蓋上連體有充氫管口，筒底均勻排列有成對電極接線柱，所涉的中空等溫電熱體由多片厚度均勻的薄壁扁鋁管兩兩夾緊石頭紙電熱膜部件組成共體，石頭紙電熱膜部件由一對均勻的絕緣片夾緊封閉均勻厚的石頭紙電熱膜元件組成，石頭紙電熱膜元件由在熱解法包括熱生長、熱噴涂、熱滲鍍、真空電鍍膜或熏蒸法結合在石頭紙基片的一面或雙面的二氧化錫為主體的均勻的電熱膜上置上平行的銀層電極組成，石頭紙上的均勻電熱膜的方塊電阻均勻近似相一致，一對銀層電極的引出導線處在石頭紙電熱膜元件的同一端頭，石頭紙電熱膜元件的四側留有2mm以上的爬電距離；本發(fā)明制冷裝備所涉及的無氟純相變氨制冷器，由氨水貯罐、氨水循環(huán)流通管、氨水流通管上的氨水溶液電熱蒸發(fā)區(qū)段、精鎦器區(qū)段、冷凝器區(qū)段、L型導熱吸熱管、冰水管氨水溶合區(qū)段組成，氨冷凝器區(qū)段與L型導熱吸熱管貼緊成共體及L型吸熱管與冰水管貼緊成共體，可相貼緊的L型導熱吸熱管、冰水管及冷凝管段均為方型或半月型中空薄壁銅管，L型導熱吸管管中充滿平行的中空無機纖維和熱超導介質；本發(fā)明制冷設備所涉及的無氟純相變二氧化碳制冷放大器，是由絕熱膨脹室、絕熱膨脹閥、冷量補償器、制冷液體輸送泵、制冷液體CO2及貯罐組成的制冷放大系統(tǒng)的多級相連結構體，其中一級制冷器的絕熱膨脹室內置有的冷量補償器來自氨制冷器的氨制冷冷補償源，后級制冷放大器分流出一個冰水發(fā)生器，冰水管在循環(huán)回流過程中與氨純相變制冷器的L型吸熱導熱管貼緊成共體結構；該制冷裝備所涉及的無氟純相變二氧化碳放大器的后級制冷放大器分流出一個制冷補償器伸入一級制冷放大器的絕熱膨脹室內，使一級制冷放大器內擁有二個冷補償源。
本發(fā)明的優(yōu)點一是固氫貯筒的充氫速度快、效率高和節(jié)電，液氫在低溫環(huán)境中經過輸氫管進入各固氫貯筒的流程中處于不活潑狀態(tài)，輸進固氫貯筒的液氫量足，固氫貯筒在加壓和自身電加熱增溫過程中完成金屬粉末與氫結合反應成金屬固氫的同時，所釋放出的熱能傳導到固氫貯筒殼體上被冷環(huán)境及時吸收掉，能阻止金屬氫過溫逆反應反分解出氫氣；二是在完成大批量的充氫過程中的冷工藝環(huán)境的實現(xiàn)具有無氟污染和巨大的節(jié)電優(yōu)點，本發(fā)明制冷用電只需氟里昂同冷量制冷用電的1.25％左右；三是固氫貯筒的物流及使用十分方便，其在汽車上的安裝和在充氫時的安裝均可通過旋轉旋接輕易完成，物流過程中固體氫處在無壓狀態(tài)，該固氫貯筒在充氫起初時電加熱與在汽車上放氫時的均勻的電加熱可使用貯筒體內同一電熱膜部件實現(xiàn)；四是固氫貯筒中的中空等溫電熱體的貯氫空間率大，等溫電熱環(huán)境均勻，升溫速度快，沒有電熱源過溫隱患和電熱源熱慣性隱患，易于智能化控制放氫速度；顯見本發(fā)明可以實現(xiàn)氫直接成為汽車燃熱發(fā)動機的燃料供應源換代汽油、天然氣、乙醇等污染和不可再生的能源，還顯見本發(fā)明可以比加汽油還方便和安全實現(xiàn)物流，特別是處在長途奔波中的汽車可以帶足備用固氫貯筒自行更換使用；本發(fā)明不僅成為突破氫能源換代污染能源的關鍵，還具有明顯的綜合低成本優(yōu)勢，其與汽車接軌時投入的成本低和汽車行駛時的消耗成本低的雙優(yōu)勢對汽車能源的換代明顯具有多贏共利的優(yōu)點；本發(fā)明為環(huán)保和節(jié)能節(jié)耗的熱能及冷能的可持續(xù)發(fā)展的清潔能源新紀元的開創(chuàng)提供了條件。
附圖及補充說明

圖1為本發(fā)明固氫貯筒成批充氫時的工藝示意圖；圖2為固氫貯筒的剖面結構示意圖；圖3為固氫貯筒中的市電型中空等溫電熱體結構示意圖；圖4為固氫貯筒中的車用型中空等溫電熱體結構示意圖；圖5為圖2的A-A剖面結構補充說明示意圖；圖6為市電型圖2的B-B剖面電極引出結構補充說明示意圖；圖7為車用型圖2的B-B剖面電極引出結構補充說明示意圖；圖8為車用型圖2的C-C仰視電極結構補充說明示意圖；圖9為市電型圖2的C-C仰視電極結構補充說明示意圖；
圖10為固氫貯筒的聯(lián)接電源的電極結構示意圖；圖11為充氫環(huán)境裝備無氟純相變制冷及制冷放大裝備的工作原理及方法示意圖；圖12為純相變制冷裝備中的氨制冷冷補償器的結構及工作原理示意圖；圖13為多級相連的無氟純相變制冷及制冷放大過程中的冷量循環(huán)利用原理示意圖；圖14為市電型固氫貯筒的電熱電路原理示意圖；圖15為車用型固氫貯筒的電熱電路原理示意圖；圖中1表示固氫貯筒，由貯筒體2及貯筒筒蓋3組成，4表示筒蓋3上連體的蓋帽，蓋帽內置有與筒體2上端口外側的螺紋5相匹配的標準螺紋，6為處于筒蓋3中心處的接氣咀，其外側置有標準螺紋7，其中心為氫氣通道8，9表示中空等溫電熱體，圖3給出了中空等溫電熱體9的結構，其由中空扁鋁管10、石頭紙電熱膜部件11、側壁鋁貼片23、帶有平頭12的平頭鉚桿13組成共體，圖3中14為石頭紙電熱膜元件，其由石頭紙電熱膜材料15、涂銀電極16、電極引出插片17、爬電距離18組成，石頭紙電熱膜元件14被一對面積大于14的絕緣片19夾緊組成電熱膜部件11，電熱膜部件11分別置于兩兩夾緊的扁鋁管10中間用鉚桿13固定組成中空等溫電熱體9，中空等溫電熱體9上扁鋁管10的所有外露角20均可與圓形貯筒體2的內壁靠近相切，圖5給出了中空等溫電熱體9置放在貯筒2內的相切結構，固氫材料滿置在中空等溫電熱體扁鋁管的中空格21內及相鄰的切角間空隙22內；本發(fā)明所涉固體氫中空等溫電熱貯筒中的電熱等溫體9中，平行置放的石頭紙電熱膜元件14的高度均相一致時熱功效最佳，元件14的寬度各狹于相鄰的二塊扁鋁管中較狹的一塊實現(xiàn)全封閉，平行放置的所有石頭紙電熱膜元件14在同一電壓下的平均功率相一致實現(xiàn)等溫工作，處在電熱等溫體中二側的石頭紙電熱膜部件11貼在最狹的扁鋁管的外側又稱為“偏外電熱膜部件”25，“偏外電熱膜部件”25的外面貼置有鋁貼片23，23起保護“偏外電熱膜部件”25的作用和導熱作用，與“偏外電熱膜部件”25共貼緊在同一塊最狹扁鋁管另一面的電熱膜部件11，又稱為“偏內電熱膜部件”24，其余的電熱膜部件均稱作電熱膜部件并均用11表示；本發(fā)明所涉的固體氫中空等溫電熱貯筒1按應用環(huán)境的電源電壓分為市電型和車用型，簡稱市電型固氫貯筒和車用型固氫貯筒，分別適用110V至380V市電源或12V至24V車用電瓶電源，其結構差別在于石頭紙電熱膜元件14的電極分布結構不同，市電型固氫貯筒使用的石頭紙電熱膜元件14由圖3給出了結構，其由一對平行等長等寬的石頭紙電熱膜材料15、中間為2mm以上寬的爬電距離18、二端頭涂有均勻寬的銀層電極16組成，一對L型電極引出插片17平行固定在元件14的同一端頭的銀層電極16上；車用型固氫貯筒使用的石頭紙電熱膜元件14由圖4給出了結構，三條平行的銀層電極16分置在連體的石頭紙電熱材料15二側和正中間，相鄰二條電極間的距離相等，三條與電極16貼合成共體的狹條電極引出薄金屬彈性插片17平行固定在元件14的同一端頭；“偏內電熱膜部件”24與“偏外電熱膜部件”25處在并聯(lián)工作狀態(tài)共用一個對稱電極夾卡26與平頭螺桿電極27接通外電源，圖2及圖10給出了固氫貯筒1的電源接通結構，圖中28表示平頭螺桿電極27的平頭，29表示帶有對稱圓凹孔30的絕緣瓷環(huán)，31表示硅橡膠密封墊圈，32表示螺帽，33表示貯筒體2的底壁；固氫貯筒的安裝工藝為將中空等溫電熱體9插入貯筒體2內，扁鋁管10的外露角20的底部被貼置在貯筒體2內筒底壁33上的耐溫定位環(huán)34定位，所有的電極插片17自然落入對稱電極夾卡26中心內，側得對應螺桿電極27間的電阻參數(shù)均正確時，可確定電極片17與電極夾卡26均已良好接合，向扁鋁管孔21內及切角間空隙22內灌入定量的絕緣粉35使堅實并達到超過扁鋁管10底面上方確保達3mm的雙點劃線36位置，噴入一薄層定形膠固化后繼續(xù)灌入固氫材料至與扁鋁管10上口相持平時再在扁鋁管10上口處壓置圓形不銹鋼網罩隔片37，利用螺紋5旋置緊固氫貯筒筒蓋3并壓住隔片37，38表示貯氣空間，39表示“偏外電熱膜部件25”與“偏內電熱膜部件24”的并聯(lián)接線，該固氫貯筒經過加壓測試不漏氣合格便可使用；40表示中空扁鋁管內的導熱用支撐隔離筋；圖14給出了市電型固氫貯筒1的電熱電路原理，圖中41為開關，42為IC與非門智能開關，圖9所示的數(shù)對電極螺桿27并聯(lián)接入IC智能開關42與市電源43線路中，42是能自動控制可按從左到右或從右到左程序使石頭紙電熱膜元件14在放出氫氣時“一與均非”分別可輪流獨立工作及在充氫時“全與全非”工作的智能開關，這種放出氫氣時能依次均勻電熱工作“掃描式”放氫的結構能實現(xiàn)足夠大容量的固氫貯筒的中空扁鋁管10中的足夠多的固氫貯料分別熱解供氫、長時間供氫和充分分解盡氫氣，亦能在充氫時方便全部均勻電加熱或全部取消電加熱控制充氫；車用型固氫貯筒的電熱電路工作原理由圖15給出，圖7與圖8給出了相應低電壓電路接線結構，圖8中間與車用型低壓元件中間電極連接的接線桿27上可同時固定上二根標準導線，其分別與同一元件二側對應的電極連接的接線桿27形成可供電電加熱關系接入IC開關42中，車用型固氫貯筒所需的每次放氫量較少，因此只需每片石頭紙電熱膜元件14的一半功率即1/2電熱場工作面工作，顯見可減輕汽車電瓶的供電壓力，在采用常規(guī)汽車電瓶電源44的前提下可實現(xiàn)采用貯氫量擴大二倍的固氫貯筒；本發(fā)明將電加熱面積較小的偏外電熱部件25與偏內電熱部件24并聯(lián)起來工作，可簡化電極接合結構和提高放氫工作效率的實用性；圖11給出了無氟純相變制冷工作原理、無氟純相變制冷放大工作原理和冷量在制造和放大過程中的循環(huán)利用原理，圖中45表示氨制冷冷補償器，46表示氨制冷冷補償源，47為散冷翅片，48為氨制冷冷補償器的導熱散熱管，點劃線區(qū)49范圍表示一級CO2純相變制冷放大器，與點劃線區(qū)49連體的相似區(qū)84表示二級CO2純相變制冷放大器，其中50為絕熱膨脹室，51為絕熱膨脹口，52為絕熱膨脹控制閥，53為絕熱膨脹室的絕熱箱殼，54為絕熱箱殼53的外壁，55表示液態(tài)CO2，56為制冷液體CO2輸送泵，57為制冷液體CO2貯罐，58為一級CO2制冷放大器伸進二級CO2制冷放大器絕熱膨脹室的CO2制冷冷量補償器，59為CO2二級制冷放大器的高濃度CO2分流管，60為中濃度CO2回流管，61為二級CO2制冷放大器提供冷量的冰水交換器，冰水在冰水交換器內設水泵的推動下經過冰水輸送管62流經與氨制冷器45的導熱散熱管48緊貼成共體的吸熱區(qū)63后分流進并聯(lián)工作的風機盤管制冷空調64進一步散冷后經過冰水回收管65回到冰水交換器61中冷交換成冰水再被水泵輸出循環(huán)工作，66表示制冷空調64的冷風輸出口；與二級CO2制冷放大器在后相連并由二級CO2制冷放大器提供冷補償源的相似制冷放大區(qū)表示三級CO2制冷放大器85，三級CO2制冷放大器85的冷量少部分經過高濃度CO2輸送管59進入一級CO2制冷放大器絕熱膨脹室50中的CO2制冷第二冷補償源67，釋放出部分冷量后的中濃度CO2氣體經由后輸送管60進入三級CO2制冷放大器的絕熱膨脹控制閥52在三級CO2制冷放大器的絕熱膨脹口51處絕熱膨脹深度降溫成液態(tài)CO255；三級CO2制冷放大器85的冷量大部分經過較粗的高濃度CO2輸送管59進入大功率制冷器68放出大量冷能后成為的中濃度CO2沿著后輸送管60通過絕熱膨脹控制閥52經過絕熱膨脹口51處絕熱膨脹深度降溫成液態(tài)CO255；本發(fā)明的CO2制冷原理、制冷放大原理為處在一級、二級、三級CO2制冷放大器的液態(tài)CO2貯室57中的液態(tài)CO2氣化分別成高濃度CO2氣體沖入CO2制冷冷補償源58、CO2制冷第二制冷冷補償源67、冰水交換器61中的制冷源和大功率制冷器68中的制冷源，高濃度CO2氣體在各制冷源中相變成為中濃度CO2氣體的過程中吸收周圍環(huán)境中的熱能實現(xiàn)環(huán)境制冷，繼續(xù)處在膨脹中的中濃度CO2氣體經過絕熱膨脹控制閥52被節(jié)流成高速CO2氣體在絕熱膨脹口51處形成絕熱膨脹瞬間深度降溫形成干冰或液態(tài)CO2積落在絕熱膨脹室50內，各CO2液體輸送泵56連續(xù)不斷的將液態(tài)CO2泵入對應液態(tài)CO2貯罐57中，這一過程是連續(xù)不間斷的；與氟里昂壓縮式制冷機相比，處在液體CO2輸送泵56位置處的是壓縮機，該壓縮機將氣態(tài)氟里昂制冷工質壓縮為液態(tài)制冷工質的體積轉移比為104比1，即壓縮機將104份體積的氟里昂氣體壓縮成一份液態(tài)氟里昂并實現(xiàn)轉移，顯見本發(fā)明輸送泵56僅是將液態(tài)CO21比1進行了輸送轉移，所耗的電能相比節(jié)減了103/104，相對于冷量被放大了103倍，冷量的放大來源于絕熱膨脹所獲氣體中的潛能；CO2在絕熱膨脹室50中能持續(xù)實現(xiàn)絕熱膨脹，還由于獲得了冷補償源的冷量補償，圖11給出了冷補償結構及原理，CO2一級制冷放大器的絕熱膨脹室50中有二個冷補償源46及67，一個46來自氨純相變制冷器45的冷量，另一個67來自三級或更后級CO2制冷放大器分流出的放大的冷量，其中氨制冷冷補償器45的主要用途是起動和維持CO2第一級制冷放大器49工作，CO2制冷放大冷量補償器67的主要用途是利用第三級或更后級被放大的冷量的少部分維持和加大第一級CO2分級制冷放大器49制冷放大工作，可隨后適時停止氨制冷冷補償源46工作以節(jié)約氨制冷冷補償器45的電熱部件72用電，本發(fā)明圖12給出了氨制冷冷補償器的節(jié)能和深制冷原理，圖中86表示氨水貯罐，氨水溶液從氨水貯罐86上的氨水注入口69注入，氨水溶液經過循環(huán)流通的氨水流通管70在氨水溶液電熱蒸發(fā)區(qū)段71處被電熱部件72加熱成高溫氨水混合蒸汽上升到氨水流動管70的氨水精 器區(qū)段73時水蒸氣凝集成水珠跌落回氨水蒸發(fā)區(qū)段71，溫度達到110度至130度的氨氣體繼續(xù)上升沖入氨水流通管70的失熱冷凝器區(qū)段74，氨水蒸氣中的熱能被與失熱管74緊貼成共體結構的內置中空無機纖維和導熱介質的L型導熱吸熱管75快速吸走，L型導熱吸熱管75所吸收的熱量升至連體的散熱段48處又快速被緊貼成共體結構的冰水管63中流動的冰水吸走，這一瞬間連續(xù)失熱的工作過程使沖入冷量補償源46前冷凝區(qū)74的管道中的氨氣自然相變成為氨水，氨水在冷量輔償源46的管邊中氣化成氨氣體，通過散冷翅片47吸收周邊環(huán)境空氣中的熱能使周邊環(huán)境降溫成為氨制冷冷補償源46，氨氣體在氫氣的定向循環(huán)運動的推動下進入氨水流動管70的氨水溶合區(qū)段76，不斷溶于氨水溶液并落入氨水貯罐86中進入下一輪氨相變制冷循環(huán)，79為氫氣導管，77為氫氣導管79的氫氣導入口，78為氫氣導管79的氫氣導出口，氫氣封閉在氨水循環(huán)流動管70內，由于氫氣不溶于水，只能沿著氫氣入口77經由氫氣導管79從氫氣出口78經過液氨氣化管制冷區(qū)46和氨水溶合區(qū)管76作定向運動，起到了推動氨純相變制冷循環(huán)單向運動的作用，80表示一個哈夫組合成的絕熱筒殼體，內置絕熱填料81，絕熱筒80起提高電熱管72熱效率作用，82、83表示電熱管72的二個接電源線火、地線的電極柱，顯見本發(fā)明所涉的氨純相變制冷器45的氨制冷冷補償源46，由于失熱管74，與74連體的散熱管48，冰水管63的連體結構和冰水管63中利用了CO2二級制冷放大的冷量可實現(xiàn)高溫氨氣的瞬間降溫相變成為每平方厘米壓力大達25至30kg的液氨，高壓液氨在冷輔償源46中自然相變成為每平方厘米壓力為2.1kg～3kg的氨氣時急劇吸收周邊環(huán)境中的熱量，可使氨制冷冷補償源46上的散冷翅片47降溫至-62度以下，甚至達到-70度左右，實現(xiàn)了對CO2一級制冷放大器49的絕熱膨脹室50中的冷量補償，使CO2一級制冷放大行為連續(xù)工作本發(fā)明在第三級或更后級CO2制冷放大器中分流出一個CO2純相變制冷冷補償源67插入第一級CO2制冷放大器49的絕熱膨脹室50中，使第一級CO2制冷放大器49的絕熱膨脹室50中擁有二個冷補償源，其中CO2純相變制冷冷補償源67提供的冷量不僅來自CO2純相變后級絕熱膨脹所放大的潛能冷量，而且該冷補償源67的溫度更低冷量更足，冷補償力更強，充分保障了本發(fā)明的冷量放大效率和制冷節(jié)電特性；本發(fā)明第一級CO2制冷放大器放大了的近似103倍的冷量，一部分以高濃度CO2氣體形式從液態(tài)CO2貯室57中沖出經過CO2制冷冷補償源58后成為中濃度CO2氣體時成為第二級CO2制冷放大器絕熱膨脹室50中的冷補償冷能，另一部分以中濃度CO2形式經過絕熱膨脹控制閥52激發(fā)潛能使氣態(tài)CO2相變恢復成為液態(tài)CO255，在相變過程中流失的冷能由氨制冷冷補償源46補足，進一步被放大的冷量在第二級CO2制冷放大器中分為三部分，第一部分成為第三級CO2制冷放大器絕熱膨脹室50中的冷補償冷量，第二部分分流進冰水交換器61中在高濃度CO2氣體相變?yōu)橹袧舛菴O2氣體過程中放出冷能交換進充分接觸冷源的循環(huán)水中使成為冰水，冰水從冰水輸出管62中輸出先流經與氨制冷器的散熱管48相貼成共體的吸熱管63，再流經各風機盤管單制冷空調64中的冷水盤管，使能從風機盤管制冷空調冷氣輸出口輸出冷空氣，降溫的冰水經過冰水回收管65回到冰水交換器61中不斷吸冷降溫后循環(huán)被使用，第一第二部分輸出部分冷量后生成的中濃度CO2氣體合并成第三部分經過絕熱膨脹控制閥52激發(fā)潛能使氣態(tài)CO2成為液態(tài)CO2；同理，本發(fā)明第三級CO2制冷放大的冷量亦分為三部分，少部分分流通過CO2制冷冷補償源67進入第一級CO2制冷放大器的絕熱膨脹室50中，大部分由大制冷量制冷器68提供用作固氫充氫工藝環(huán)境降溫，這二部分制冷用的高濃度CO2氣體相變成為中濃度CO2氣體后合并成第三部分經過絕熱膨脹控制閥51使氣態(tài)CO2相變成為液態(tài)CO2；圖13補充給出了本發(fā)明相連制冷及制冷放大工作的原理及結構原理，氨制冷器區(qū)45、CO2一級制冷放大區(qū)49、CO2二級制冷放大區(qū)84、CO2三級制冷放大區(qū)85組成一個循環(huán)制冷工作組合體，從氨制冷器45開始，相連的制冷設備隨著制冷量的放大一個大于一個，每一級的制冷放大都依賴前一級制冷器的制冷補償源，第一級制冷放大器49的絕熱膨脹室50中有二個制冷補償源，一個來自氨制冷器45的氨制冷冷補償源46，一個來自CO2三級(或更后級)制冷放大器85的冷補償源67，氨制冷器的深制冷工作原理利用了CO2二級制冷放大的冷量所產生的冰水在冰水管63處快速吸收掉導熱散熱管48的熱能，本發(fā)明這種冷能被放大后又循環(huán)利用的技術方法使冷量的產生、冷量的放大達到高效率，在氨相變制冷器的電熱部件72及一級、二級、三級CO2制冷放大器的CO2液體輸送泵56的總電耗為5KW時，冰水交換器61與大制冷量制冷器68獲得的制冷量合計可達到400KW，提供充氫環(huán)境用實用冷量被放大了八十倍；顯見本發(fā)明在對大批量固氫貯筒充氫時，雖然為保障充氫筒不過溫、不發(fā)生一邊充氫一邊又放氫的吸熱用冷量巨大，但是實際制冷用電只需常規(guī)制冷設備的1.25％左右，固氫充氫時間可縮減50％以上，提高了設備利用率和生產率；使用固氫燃料換代汽油是歷史的必然趨向，全世界的汽車保有量為六億輛，固氫充氫所需的冷量采用本發(fā)明方法，不僅具有節(jié)能實用性和創(chuàng)造性，而且具有避免氟里昂污染的巨大社會意義；本發(fā)明在只采用氨制冷補償器45，CO2一級與二級制冷放大器49與84的連體制冷及制冷放大裝備時，顯見可以取代單制冷中央空調適用于市政建設；本發(fā)明在采用氨制冷補償器45，CO2一級、二級、三級制冷放大器49、84、85結構或在此基礎上再增加一個或數(shù)個CO2制冷放大器，則本發(fā)明可以取代任意大的氟里昂制冷設備用于冷庫；如上所述的使用氨制冷冷補償?shù)腃O2三級連體制冷放大裝備，工作8分鐘時可將固氫貯筒充氫工作室的溫度下降掉70度，本發(fā)明所涉制冷設備也可以直接應用于對金屬粉末加壓充氫制造氫化金屬即固氫的常規(guī)設備工藝中；圖1給出了本發(fā)明對批量固氫貯筒充氫的工作方法和原理，關閉與壓力機89相通的輸液氫管90上的閥門87，開通與液氫罐相通的閥門88，液氫立即通過液氫分輸管92進入接在分輸管92上的成批固氫貯筒1中并在高壓狀態(tài)下“濕透”處在固氫貯筒1的中空等溫電熱體9中已失氫的金屬粉末，利用壓力表93確定液氫充份進入固氫貯筒1時，關閉閥門88，打開閥門87，處在工作狀態(tài)的壓力機89使處在固氫貯筒中的液氫獲得增壓，全部接通固氫貯筒中的電熱元件14的電源使均勻電熱工作，處在加熱加壓狀態(tài)下的固氫貯筒中的金屬粉末與氫立即發(fā)生氫化反應生成氫化金屬即固氫，該氫化反應放出的熱量達到一定程度時，固氫貯筒中的電熱元件由IC開關42自動切斷電源全部停止工作，固氫在進一步不斷反應形成過程中放出的熱量傳導到固氫貯筒1的殼體上被三點劃線區(qū)表示的制冷環(huán)境94吸收限制固氫貯筒1不超過工藝溫度，保障了氫化金屬反應不出現(xiàn)逆向放氫反應；“充氫”過程中的液氫比重很輕，一升液氫的重量只有70克，因此本“充氫”工藝須重復數(shù)次經稱量無充氫時的貯筒經充氫后增重達到工藝重量時旋換固氫貯筒，一個使用轉子發(fā)動機每百公里耗油6升的轎車所匹配的固氫貯筒經充氫增重8.3kg時，可取代汽油行駛1000km；其中使用聚合氫化鋁固氫原料時，含8.3kg氫的聚合氫化鋁的重量僅約為41.5kg；這種固氫貯筒在物流中替代汽油可通過中空等溫電熱體中幾乎不占體積的石頭紙電熱膜部件11局部輪流“掃描式”均勻電加熱，使固氫在130至150度環(huán)境中選定對應溫度平穩(wěn)分解出氫氣供給燃熱發(fā)動機工作，圖2所示的貯氣空間38起到局部調節(jié)氫貯量的作用；由于氫燃料在燃燒后沒有污染物排放，汽車動力機可采用轉子發(fā)動機，轉子發(fā)動機的零件數(shù)量和成本均只有往復式發(fā)動機的一半，而最高熱效率與往復式發(fā)動機比為62％與28％之比，可提高二倍，可見使用本發(fā)明實現(xiàn)氫能源換代汽油能源不僅可以順利實現(xiàn)，而且有實現(xiàn)降耗和節(jié)能的優(yōu)勢；本發(fā)明市電型固氫貯筒，有以氫代油、以氫代煤適用于鍋爐等燃熱設備的實用前景。
本發(fā)明實施方式本發(fā)明主要實施方式為“固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備”；從固氫筒的物流角度出發(fā)，實施方式為“固體氫中空等溫電熱貯筒”；從對固氫的充氫角度出發(fā)，實施方式為“環(huán)保節(jié)電快速充氫的裝備”；從制冷角度出發(fā)，實施方式為“氨制冷冷補償源的CO2多級冷量放大裝備”或可稱為“無氟純相變制冷及制冷放大裝備”；其從冷量被循環(huán)使用的制冷特征角度出發(fā)，可稱為“冷量可循環(huán)利用的無氟制冷及制冷放大裝備”；其從冷量可以連續(xù)分級被放大的特征角度出發(fā)，可稱為“環(huán)保節(jié)電分段制冷放大裝備”。
權利要求
1.一種固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備，由制冷裝備，中空等溫電熱體封閉在金屬筒中組成的固體氫中空等溫電熱貯筒、與液氫鋼瓶相通的帶液氫分輸管的液氫輸送管、閥門、加壓器組成，其特征是加壓器與液氫輸入口均與液氫輸送管相通，液氫輸送管上并列有與液氫輸送管連通連體垂直設置的液氫分輸管，液氫分輸管的管口有與固氫貯筒充氫管口外螺紋相匹配的內螺紋；其中固體氫中空等溫電熱貯筒，由可塞滿固氫材料的中空等溫電熱體封閉在金屬筒中組成，金屬筒筒蓋與筒體活動旋接成共體，筒蓋上連體有充氫管口，筒底均勻排列有成對電極接線柱，所涉的中空等溫電熱體由多片厚度均勻的薄壁扁鋁管兩兩夾緊石頭紙電熱膜部件組成共體，石頭紙電熱膜部件由一對均勻的絕緣片夾緊封閉均勻厚的石頭紙電熱膜元件組成，石頭紙電熱膜元件由在結合在石頭紙基片的一面或雙面的二氧化錫為主體的均勻的電熱膜上置上平行的銀層電極組成。
2.如權利要求1所述的一種固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備，其特征是制冷裝備所涉及的無氟純相變氨制冷器，由氨水貯罐、氨水循環(huán)流通管、氨水流通管上的氨水溶液電熱蒸發(fā)區(qū)段、精鎦器區(qū)段、冷凝器區(qū)段、L型導熱吸熱管、冰水管，氨水溶合區(qū)段組成，氨冷凝器區(qū)段與L型導熱吸熱管貼緊成共體及L型吸熱管與冰水管貼緊成共體，可相貼緊的L型導熱吸熱管、冰水管及冷凝管段均為方型或半月型中空薄壁銅管，L型導熱吸熱管中充滿平行的中空無機纖維和熱超導介質。
3.如權利要求1所述的一種固體氫中空等溫貯筒及其充氫裝備，其特征是制冷裝備所涉及的無氟純相變二氧化碳制冷放大器，是由絕熱膨脹室、絕熱膨脹控制閥、冷量補償器、制冷液體輸送泵、制冷液體CO2及貯罐組成的制冷放大系統(tǒng)的多級相連結構體，其中一級制冷器的絕熱膨脹室內置有的冷量補償器來自氨制冷器的氨制冷冷補償源，后級制冷放大器分流出一個冰水發(fā)生器，冰水管在循環(huán)回流過程中與氨純相變制冷器的L型吸熱導熱管貼緊成共體結構。
4.如權利要求1所述的一種固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備，其特征是制冷裝備所涉及的無氟純相變二氧化碳制冷放大器的后級制冷放大器分流出一個制冷補償器伸入一級制冷放大器的絕熱膨脹室內，使一級制冷放大器內擁有二個冷補償源。
5.如權利要求1所述的一種固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備，其特征是氨制冷區(qū)、CO2一級制冷放大區(qū)、CO2二級制冷放大區(qū)、CO2三級制冷放大區(qū)組成一個循環(huán)制冷工作組合體，從氨制冷器開始，相連的制冷設備隨著制冷量的放大一個大于一個，每一級的制冷放大都依賴前一級制冷器的制冷補償源。
6.如權利要求1所述的一種固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備，其特征是所涉中空等溫固氫貯筒中的電熱等溫體中的平行置放的所有石頭低電熱膜元件在同一電壓下的平均功率相一致，可按從左到右或從右到左程序由智能開關控制“一與均非”分別輪流獨立工作實現(xiàn)“掃描式”電加熱放氫及“全與全非”均勻全部電加熱或全部取消電加熱控制充氫。
全文摘要
一種固體氫中空等溫電熱貯筒及其充氫裝備，由中空等溫電熱體封閉在金屬筒中組成的固體氫貯筒、無氟制冷及制冷放大裝備、與液氫鋼瓶相通的帶液氫分輸管的液氫輸送管、閥門、加壓器組成，由扁鋁管疊加成的中空電熱等溫體內可滿貯固體氫材料，均勻分層夾置在兩兩扁鋁管間的石頭低電熱膜部件實現(xiàn)了等溫可調溫均勻電加熱能控制固氫料按需分解出氫氣，環(huán)保節(jié)電的制冷裝備限制充氫溫度低于固氫放氫溫度可實現(xiàn)順向快速充氫，該發(fā)明系統(tǒng)解決了小體積大儲量氫能源貯筒的充氫和在無壓狀態(tài)下安全供氫的物流循環(huán)，為可再生的清潔能源氫燃料直接取代有限儲量的排放CO
文檔編號F17C5/04GK1734156SQ200410058040
公開日2006年2月15日 申請日期2004年8月10日 優(yōu)先權日2004年8月10日
發(fā)明者孔德凱, 易元明, 孔喜, 彭慧, 張萬選, 顧強, 戴工犁 申請人:孔德凱