- 氢气低温储存是什么意思？
- 市场上有哪些不同的储氢技术？
- 哪些设计考虑对于最先进的液态氢存储解决方案很重要？
- 液氢储氢系统的关键部件有哪些？其各自起什么作用？
- 使用哪种制冷剂可以达到如此低的氢气温度？
- 低温储氢主要应用领域有哪些？
- 下表显示了液态和气态氢存储之间的主要区别、优点和缺点。
- 液氢储罐的优缺点
- 气态氢储罐的优缺点
- 液态氢在燃料电池堆中消耗之前是如何转化为气态氢的？
- 液氢的纯度等级有哪些？
- 什么是绿色液态氢？
- 低温储氢的主要工作参数有哪些？
- 需要哪些组件来确保低温氢系统的安全？
- 液态氢存储解决方案需要遵守哪些国际标准/规范/认证？
- 液氢加气站和加气枪是否存在，安全考虑有哪些？
- 低温储氢可以用于氢气运输吗？
- 用于氢气卡车的低温氢气罐
- 正确储存液态氢需要多少主动冷却？
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氢气低温储存是什么意思？
低温储氢是一种以液态形式储存氢气的系统，在 1 个大气压下可达到约 -253°C 的温度。在低温下储存氢气的原因是氢气的密度高，这使我们能够在小体积内储存更多能量。但由于材料在如此低的温度下会变脆以及氢脆问题，因此在低温下储存氢气始终是一个挑战。一些特殊的奥氏体不锈钢在这种温度下表现出良好的抗氢脆性，从而减少了脆化问题。低温储氢的另一个挑战是在此温度下所需的绝热。通常，超级绝热材料将用于绝热保温目的，目的是减少蒸发。超级绝热是一种多层绝热材料（铝箔 + 玻璃纤维纸），真空度低于 1 微米，可阻止从环境温度到 -253°C 的所有三种传热模式（传导、对流和辐射）。
市场上有哪些不同的储氢技术？
众所周知，氢气的热值非常高（1,43,000 kJ/kg）且零碳。全球都在寻求将其用作替代燃料。但由于其密度低且易燃性高，在尝试获得更高的能量体积比时，氢气的能量储存始终是一个挑战。不同的公司开发了不同类型的氢气罐和储存系统来提高能量体积比。
目前商用燃料电池汽车采用高压气态氢气储存，常温下采用IV型和V型压力容器储存35MPa/70MPa气态氢。
丰田还与精选的合作伙伴公司合作开发了一种低温压缩储氢容器，该容器可以在-40°C 和高压下以更高的能量体积比储存氢气。
很多公司也开发了液态氢储罐，以适应不同压力下的不同存储容量。这些主要用于静态存储系统，但在低温冷却等一些发达技术的帮助下，一些公司已开始制造用于液态氢运输的 ISO 储罐。
固态储氢系统是将氢储存在金属氢化物粉末中的另一种选择，但由于使用寿命较短，该系统尚未得到广泛采用。
哪些设计考虑对于最先进的液态氢存储解决方案很重要？
对于液氢存储系统中的低温储罐设计，需要考虑一些因素和参数以达到最高的安全水平。低温液氢储罐的设计考虑因素如下：
- 设计压力
- MAWP（最大允许工作压力）
- 工作压力
- 方向（垂直或水平）
- 设计代码
- 基础设计
- 支持系统设计
液氢储氢系统的关键部件有哪些？其各自起什么作用？
为了将液态氢以 1 个大气压和 -253 °C 的温度储存在低温储存容器中，需要一些基本组件来消除热泄漏并使储存有效。用于在氢气储罐中填充、储存和提取燃料的储存系统的各种组件包括：
- 内容器
- 外容器
- 绝热
- 阀门
- 增压单元 (PBU)
- 支撑
- 真空套管（VJP）
- 涡流破坏器
- 低温冷却器
a) 内容器
内容器多为圆柱形，内装有工作介质，即氢燃料。内容器应保持在储存液体所需的低温下。内容器是与实际氢燃料直接接触的部件。因此，内容器的材料是根据低温温度来选择的。
b) 外容器
外层容器充当内容器的外壳。内容器通过支撑板安装在外容器内部。外容器的主要功能是保持真空，并通过减少或消除热泄漏为内容器提供良好的绝热。
c) 阀门
阀门是低温储氢系统必不可少的部件，用于促进氢燃料进出储罐的转移。根据用途使用不同的阀门。这些低温阀门用于满足设计要求：
- 截止阀
- 分流阀
- 安全阀
- 压力释放阀。
d) 增压装置
压力构建单元起到热交换器的作用。在流体提取过程中，容器内的压力会下降。当容器内的压力下降时，工作压力下的流体饱和温度会降低，从而导致液体转化为气体。此外，压力下降会导致液体提取的质量流速降低。PBU（压力构建单元）从容器的排放管线中提取一些液体，并将低温液体转化为所需的低温蒸汽，然后将其再循环到容器中以保持所需的工作压力。
e) VJP（真空套管）
在 -253°C 或 20K 的低温下，液态氢在绝缘传输管线中传输。如果我们使用普通管道，从周围环境到流体的热量传递非常高，会导致液体蒸发。真空夹套管道或真空绝缘传输管道专门用于解决此问题。
使用哪种制冷剂可以达到如此低的氢气温度？
氢气在 1 巴压力下的沸点为 -253°C。为了制冷氢气，我们需要低沸点的液体或气体来达到氢气的这种低温。由于我们无法直接达到该温度，因此需要完成几个阶段才能达到如此低的氢气温度。氦气和氮气是实现这种低温的最常用制冷剂。其他制冷剂，例如氮气、甲烷、乙烷、丙烷和正丁烷的混合物，可用于实现低至 114 K 的温度。
低温储氢主要应用领域有哪些？
氢气低温储存在当今世界具有广泛的应用范围。低温氢广泛用于太空飞行，而液态氢则用作航天飞机和 FCEV（燃料电池电动汽车）的燃料，例如汽车、公共汽车、卡车等。低温氢储存系统的主要应用是：
- 加油站
- 航空航天站
- 汽车应用
下表显示了液态和气态氢存储之间的主要区别、优点和缺点。
| 主题 | 液态氢储存 | 气态氢储存 |
| 密度 | 大气压下 70.899 kg/m3 | 大气压下为 1.3164 kg/m3 |
| 绝缘 | 必需的 | 不要求 |
| 成本 | 昂贵 | 较低 |
| 压力 | 压力增量较小 | 压力增量较大 |
| 沸腾 | 高蒸发 | 无蒸发 |
液氢储罐的优缺点
| 液态氢储存的优点 | 液态氢储存的缺点 |
| 高容量和高密度 | 需要绝热 |
| 压力较小 | 更多增发 |
| 压力较小，危险较少 | 需要更多设备来维持液体储存 |
气态氢储罐的优缺点
| 气态氢存储的优点 | 气态氢存储的缺点 |
| 无需绝热 | 高压导致更多危险 |
| 价格便宜且随时可用 | 需要更大的厚度 |
| 无蒸发 | 体积更小、密度更小 |
液态氢在燃料电池堆中消耗之前是如何转化为气态氢的？
使用低温压缩将氢气以液态储存，以实现更高的储存容量。但在燃料电池等某些应用中，入口氢气需要为气态。为了将液态氢转化为气态氢，需要使用低温汽化器。低温汽化器是一种相变装置，可在所需的压力和温度下将液态氢转化为气态氢。
液氢的纯度等级有哪些？
氢气有多种物理和化学形式，但人们感兴趣的是如何将其从母体中分离出来。将氢气从母体中分离出来就是氢气的生成。氢气的纯度取决于制备方法，即从母体中提取氢气所使用的氢气制备手段。一般来说，氢气有三种类型或纯度等级：纯氢气，纯度为 99.99%；高纯氢气，纯度为 99.999%；超纯氢气，纯度为 99.9999%。
什么是绿色液态氢？
绿色氢是通过电解水产生的氢。能源来源包括太阳能、风能和水力发电。这种氢被称为绿色氢。绿色液态氢是使用可再生能源液化的氢。绿色氢储存过程中不会产生温室气体排放。整个过程中的各个阶段都使用相同的可再生能源，例如低温冷却、驱动低温氢压缩机以及生成绿色低温压缩氢所需的其他过程。
低温储氢的主要工作参数有哪些？
低温氢气储罐的工作参数分类为：
a) 操作系统行为
- 填充（底部填充和顶部填充）
- 液位计
- 试水线
b) 输油管线状况或工作条件
- PBU（增压单元）
- 汽化器
- 低温泵
需要哪些组件来确保低温氢系统的安全？
许多现有和新兴的氢应用都涉及使用气态氢。然而，也有一些重要的应用使用液态氢。所有与气态氢相关的安全注意事项和危险也适用于液态氢，因为它很容易蒸发。用于确保低温系统安全的组件包括：
- 容器安全泄压阀
- 管线安全泄压阀
- 火焰探测器
- 烟雾探测器
- 氢气泄漏检测仪
- 超声波泄漏检测仪
- 通风
- 火灾/爆炸
- 通风管
- 氢传感器
- 围栏
液态氢存储解决方案需要遵守哪些国际标准/规范/认证？
储氢系统的国际标准和认证包括
- ASME 锅炉和压力容器规范第 VIII 节
- 美国交通部 (DOT) 规范和规定
- NFPA（美国国家消防协会）
- ISO 标准
- CGA（压缩气体协会）
液氢加气站和加气枪是否存在，安全考虑有哪些？
氢气用于汽车燃料电池。氢气储存在储罐中。储罐在加氢站加满。氢气分配器用于将液态氢输送到燃料储罐。有许多安全注意事项需要实践。
a) 加油站的安全考虑
- 消防安全
- 漏电安全
- 储存安全
- 分配安全
b) 分配器喷嘴的安全考虑
- 要求车辆喷嘴与分配器喷嘴完美配合
- 喷嘴的磨损（磨蚀）考虑
- 压力下降
- 燃油从喷嘴出口逸出
低温储氢可以用于氢气运输吗？
低温储罐是液态氢运输的主要应用之一。与气态氢相比，液态氢可以在相同体积内以高容量储存。液态氢可以容纳更多容量。对于氢气的运输，低温储罐被广泛使用，因此与气态氢相比，可以在更小的空间内运输更多容量的氢气。
用于氢气卡车的低温氢气罐
a) 有哪些优势以及仍需克服哪些挑战？
氢燃料卡车是使用氢气作为燃料的车辆。卡车内置有氢气车载燃料箱。氢燃料卡车使用的发动机以氢燃料为动力。
b）氢燃料卡车有很多优势
- 零碳排放
- 充足供应
- 快速加氢
c) 需要克服的挑战
- 重量和体积
- 效率
- 耐用性
- 加氢时间
- 成本
- 生命周期与效率分析
正确储存液态氢需要多少主动冷却？
a) 是否可以计算出保持氢气液态所需的能量？
任何液体或气体都会利用称为潜热的热量来改变相态。可以使用传热方程计算能量。因此，物质相变会因潜热的存在而发生。在低温氢储罐中，需要去除罐内的潜热，以避免从液体变为气体。潜热通过液态氢的主动冷却（也称为低温冷却）去除。为了对液态氢进行主动冷却以不断去除蒸发潜热，使用低温冷却器来提供所需的温度以防止蒸发潜热积聚，将介质始保持仅呈液态。
b）低温储氢系统中氢泄漏是一个问题吗？
低温氢存储系统中的液态氢会吸收周围环境中的热量。由于吸收的热量泄漏，液态氢会变成气态氢。必须注意的是，液化氢气的成本非常高，因为氢气的导热性优于其他气体。此外，如果发生氢气泄漏，低温压缩存储系统的绝热将受到损害。例如，超级绝热材料成本更高，由玻璃纤维纸和铝箔制成。保持无泄漏的低温氢存储系统是防止此类问题的首选或有用方法。如果低温氢储罐中发生气体泄漏，液态氢会因蒸发而变成气态氢。这会降低储罐的容量，同样会造成爆炸危险。因此，阻止储罐泄漏至关重要。
最后更新：2023 年 1 月 13 日