[发明专利]燃料气体储存系统

说明书

本发明涉及气体储存领域，优选地为氢气，并且为多毛细管结构形式。所述多毛细管结构在一定长度上具有恒定的横截面，然后该横截面急剧减小到一个使得多毛细管变得足够柔韧的数值。多毛细管的柔性区域的长度足以将氢输送到燃料元件。以此方式，创建了柔性的多毛细管气体管道，该管道与一定体积的储存的氢集成在一起，该管道的功能是向燃料元件供应氢。技术效果包括：为微毛细管容器快速灌注高压气体和将气体从容器中受控地释放到收集器中，在收集器中维持燃料元件运行所需的中等压力(1MPa)。此外，必须实现为动力设备提供最佳的安全性以及重量和尺寸特性，所述动力设备包括气体储存系统以及将所述气体输送到燃料元件的输送系统。

发明领域

本发明涉及高压下气体储存领域。更准确地，本发明涉及诸如氢气和甲烷的气体的紧凑且轻质的储存。本发明可应用于发动机领域，特别是在汽车领域中，其中在燃料电池中燃料气体与氧气的催化反应被用于发电。

现有技术

当前，用于移动电子设备和无人机的最常见的电能来源是镍聚合物或锂聚合物电池。最好的锂聚合物电池，在20Ah的总容量下，具有每1千克电池重量约200Wh的比能耗，这限制了在不对电池进行充电的情况下的设备运行时间。为了显著增加移动动力设备(powerplant)的能耗量，可使用燃料电池。在燃料电池中，来自储器的氢气与氧化剂进行催化反应，由此产生电能。燃料电池最常用的燃料气体是氢气，空气中的氧气用作氧化剂，可产生水、热能和电能。但是，其他燃料，例如天然气，可用于燃料电池。

氢能所面临的问题之一是氢燃料的安全储存以及受控地向燃料电池供氢。已经开发了用于在钢气瓶或复合气瓶中移动储存氢气的各种不同方法，包括物理储存方法(处于液态、经压缩、或被多孔结构吸附)和化学储存方法(金属氢化物)。所有这些方法都对燃料储存和供应系统中氢气的重量含量和体积含量产生重大限制(Gupta R.，Basile A.，Veziroglu T.N.(编辑)，氢能简编：氢气储存、分配和基本结构-伍德海德出版社(WoodheadPublishing)，2016年)(Gupta R.，Basile A.，Veziroglu T.N.(ed.)，Compendium ofHydrogen Energy：Hydrogen Storage，Distribution and Infrastructure-WoodheadPublishing，2016)。

更有希望的是使用基于微毛细管结构的储存设施。众所周知，对于储存和输送压缩燃料气体，高强度玻璃等级的毛细管容器是现有钢气瓶和复合材料气瓶的实用替代品。根据已有的实验数据(Zhevago NK，Denisov EI，Glebov VI，国际氢能杂志，2010年，第35卷，第169-175页)(Zhevago N.K.，Denisov E.I.，Glebov V.I.，International Journalofhydrogen energy，2010，v.35，pp.169-175)，在压力比标准气瓶(20-35MPa)和复合气瓶(35-70MPa)高得多(100MPa和更高)的情况下，玻璃的微毛细管可用于安全储存氢气和其他气体，从而提供了创纪录的重量含量的气体。由于储存在多毛细管容器中的气体总体积被分成许多小体积(对应于微毛细管的数量)，因此在紧急的部分容器受损的过程中瞬间将大量气体释放到大气中的可能性降低，从而提高了在高压下储存氢气的安全性。