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DE19703749A1 - System to release hydrogen from a stored medium - Google Patents

System to release hydrogen from a stored medium

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DE19703749A1
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DE
Germany
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storage medium
storage
discharge pressure
zones
constant
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Withdrawn
Application number
DE19703749A
Other languages
German (de)
Inventor
Holger Dyja
Hans Joerg Freyer
Bernd Dr Grimm
Veronika Wolff
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

To release hydrogen from a stored medium, it is heated in successive zones, with the delivery pressure held constant and pref. at the ambient atmosphere pressure. The section of the store which is at a low pressure, and pref. at ambient temp. levels, has a gas-tight barrier between it and the heated zone. Also claimed is an assembly with one or more conductive coils to give the local heating zones. They are of tubes pref. of electrically conductive material at the lower section of the store near the outlet opening and/or within the whole storage space in adjacent zones.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Freisetzung von Wasserstoff aus einem Speichermedium durch Temperaturerhöhung bei hoher spezifischer Speicherkapazität und geringem Bedarf an Prozeßenergie für den Speicher. Das Verfahren erlaubt es, den Speicher auf niedrigem Druck und Temperaturniveau in Bezug auf Umgebungsdruck und -temperatur zu betreiben. Nach seiner Entladung ist das Speichermedium mehrfach wiederbeladbar und/oder durch beladenes Speichermedium ersetzbar. The invention relates to a method for releasing hydrogen from a storage medium by increasing the temperature at a high specific Storage capacity and low process energy requirements for the storage. The process allows the memory to be at low pressure and Temperature level related to ambient pressure and temperature operate. After it has been discharged, the storage medium is multiple reloadable and / or replaceable with a loaded storage medium.  

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur rationellen Langzeit- und Kurzzeitspeicherung von Wasserstoff für die Versorgung von stationären oder mobilen Energieerzeugungsanlagen verwendet werden.The inventive method can for rational long-term and Short-term storage of hydrogen for the supply of stationary or mobile power generation plants can be used.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bisher bekannte Möglichkeiten der Wasserstoffspeicherung für kleinere bis mittlere stationäre und mobile Energieerzeugungsanlagen sind Druckgasbehälter, hochisolierte Tanks für flüssigen Wasserstoff und die Speicherung in ab-/adsorbtiven Medien. Nachteile der Druckgasspeicherung sind der hohe Volumenbedarf und die Sicherheitsrisiken. Für die Speicherung von flüssigem Wasserstoff sind die hohen Leckverluste und der hohe Energiebedarf für die Verflüssigung nachteilig. Für die ab-/adsorbtive Speicherung und Freisetzung sind bisher keine energiegünstigen und wirtschaftlichen Verfahren bekannt.Previously known possibilities of hydrogen storage for small to medium-sized stationary and mobile power generation plants Pressurized gas tanks, highly insulated tanks for liquid hydrogen and the Storage in absorbent media. Disadvantages of compressed gas storage are the high volume requirements and the security risks. For the The storage of liquid hydrogen are the high leakage losses and the high energy requirement for liquefaction disadvantageous. For the ab- / adsorbtive Storage and release are not yet energy-efficient and known economic process.

Ziel der ErfindungAim of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das bei hoher spezifischer Speicherkapazität und geringer Prozeßenergie für den Betrieb des Speichers und geringen Leckverlusten des gespeicherten Wasserstoffs diesen in einfacher Weise freisetzt.The aim of the invention is to provide a method that high specific storage capacity and low process energy for the Operation of the memory and low leakage losses of the stored Hydrogen releases it in a simple manner.

Darlegung des Wesens der ErfindungState the nature of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das es erlaubt, einen mit einem Speichermedium gefüllten Wasserstoffspeicher auf niederem Druck- und Temperaturniveau in Bezug auf Umgebungsdruck und -temperatur zu betreiben.The object of the invention is to develop a method which allows a hydrogen storage filled with a storage medium low pressure and temperature level in relation to ambient pressure and -to operate temperature.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß, wie im Patentanspruch formuliert, ein Speichermedium mit hoher spezifischer Speicherkapazität in einen Speicher eingebracht wird und daß durch nacheinanderfolgendes zonenweises Aufheizen einzelner Speicherbereiche, die gegeneinander gasdicht abgesperrt sind, der Wasserstoff freigesetzt wird. Durch die nur zonenweise Aufheizung des Speichers wird ein besonders energiegünstiger Betrieb des Speichers gewährleistet. Die Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens gestattet die Freisetzung des Wasserstoffs bei annähernd konstantem Druck. Entladenes Speichermedium kann im Speicher mehrfach wieder be- und entladen oder durch beladenes Speichermedium ersetzt werden. Da die Beladung ebenfalls zonenweise, unter der für die Abführung der Adsorptionswärme notwendigen Kühlung nur der jeweiligen zu beladenen Zone erfolgt, wird auch bei der Beladung ein sehr energiegünstiger Betrieb des Speichers gewährleistet.The object of the invention is achieved in that, as in the claim formulated a storage medium with a high specific storage capacity in a memory is inserted and that by successive zone-by-zone heating of individual memory areas that work against one another are sealed gas-tight, the hydrogen is released. By only zone-by-zone heating of the storage becomes a particularly energy-efficient one Operation of the memory guaranteed. The instructions for implementation the method allows the hydrogen to be released at approximately constant pressure. Unloaded storage medium can be stored multiple times  reload and unload or replace with loaded storage medium will. Since the loading also zone by zone, below that for the discharge of the heat of adsorption necessary only to the respective loaded zone takes place, also becomes a very when loading Energy-efficient operation of the storage guaranteed.

AusführungsbeispieleEmbodiments Beispiel 1example 1

In einem gasdichten Speicher 2 befinden sich die mit unter hohem Druck mit Wasserstoffgas gefüllten Mikroglashohlkugeln als Speichermedium 3. Der Speicher 2 wird mit dem geladenen Speichermedium 3 über die wasserstoffgasdichte Kupplung 4 nachgefüllt. Über die Schleuse 5 kann entladenes Speichermedium in die Auffangvorrichtung 8 abgeführt werden. Eine Pumpe 7 dient zur Evakuierung der Schleuse 5. Durch die Heizung 6 wird der Wasserstoff aus dem Speichermedium 3 unmittelbar in der Heizzone freigesetzt. Außerhalb der Heizzone befindet sich das Speichermedium 3 auf Umgebungstemperatur. Der Faltenbalg 1 gewährleistet einen konstanten Wasserstoffabgabedruck, der sich annähernd auf Umgebungsdruck befindet.The hollow glass microspheres filled with hydrogen gas under high pressure are located in a gas-tight store 2 as the storage medium 3 . The memory 2 is replenished with the loaded storage medium 3 via the hydrogen gas-tight coupling 4 . Discharged storage medium can be discharged into the collecting device 8 via the lock 5 . A pump 7 serves to evacuate the lock 5 . The heater 6 releases the hydrogen from the storage medium 3 directly in the heating zone. The storage medium 3 is at ambient temperature outside the heating zone. The bellows 1 ensures a constant hydrogen discharge pressure, which is approximately at ambient pressure.

Beispiel 2Example 2

In einem Speicher 2 befinden sich gasdichte Behälter 10, in denen sich jeweils als Speichermedium 3 platinhaltiges Zeolith und eine aus spiralförmigen Rohren bestehende Heizung/Kühlung 6 befindet. Jeder Behälter 10 ist mit einem steuerbaren Ein-/Auslaßventil 11 versehen. Die Aufteilung des Speichers 2 in die Behälter 10 gewährleistet, daß nur der Wasserstoff in der jeweils beheizten Zone bei geöffnetem Ventil 11 freigesetzt wird und die übrigen Bereiche auf Umgebungstemperatur bleiben und weder Wasserstoff aufnehmen noch abgeben können. Jedes Ventil führt über eine Sammelleitung 9 und die Membranpumpe 7 an einen Faltenbalg 1, der einen konstanten Wasserstoffabgabedruck gewährleistet, der sich annähernd auf Umgebungsdruck befindet. Eine Beladung der Behälter 10 mit Wasserstoff kann zonenweise bei jeweils geöffnetem Ventil 11 und zur Abführung der Adsorptionswärmer unter Kühlung durch die Heizung/Kühlung 6 erfolgen. Der für die Beladung benötigte Wasserstoff kann großtechnisch oder mit einer in Nähe des Speichers befindlichen solarstrombetriebenen Elektrolyseanlage erzeugt werden. Alternativ sind entladene Behälter 10 jeweils einzeln durch beladene austauschbar.In a memory 2 there are gas-tight containers 10 , in each of which there is platinum-containing zeolite as the storage medium 3 and a heating / cooling 6 consisting of spiral tubes. Each container 10 is provided with a controllable inlet / outlet valve 11 . The division of the memory 2 into the container 10 ensures that only the hydrogen is released in the respectively heated zone when the valve 11 is open and the remaining areas remain at ambient temperature and can neither absorb nor release hydrogen. Each valve leads via a manifold 9 and the diaphragm pump 7 to a bellows 1 , which ensures a constant hydrogen delivery pressure that is approximately at ambient pressure. The containers 10 can be loaded with hydrogen in zones with the valve 11 open and to remove the adsorption heaters with cooling by the heating / cooling 6 . The hydrogen required for loading can be generated on an industrial scale or with a solar-powered electrolysis system located near the storage facility. Alternatively, unloaded containers 10 can each be replaced individually by loaded ones.

BezugszeichenlisteReference list

11

Faltenbalg
Bellows

22nd

Speicher
Storage

33rd

Speichermedium
Storage medium

44th

gasdichte Kupplung
gas-tight coupling

55

Schleuse
lock

66

Heizung/Kühlung
Heating / cooling

77

Membranpumpe
Diaphragm pump

88th

Auffangvorrichtung
Fall arrester

99

Sammelleitung
Manifold

1010th

gasdichter Behälter
gastight container

1111

Ein-/Auslaßventil
Inlet / outlet valve

Claims (13)

1. Verfahren zur Freisetzung von Wasserstoff aus einem von einem Behälter umgebenen Speichermedium unter Ausschluß der äußeren Atmosphäre durch Temperaturerhöhung, wobei das entladene Speichermedium mehrfach be- und entladbar und/oder gegen beladenes Speichermaterial austauschbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Speichermediums zonenweise nacheinander erfolgt und der Abgabedruck konstant oder annähernd konstant, vorzugsweise auf den Druck der äußeren Atmosphäre, gehalten wird und der jeweils auf niederer Temperatur, vorzugsweise auf Umgebungstemperatur, befindliche Bereich des Speichers gegen die Heizzone gasdicht abgesperrt wird.1. A method for releasing hydrogen from a storage medium surrounded by a container to the exclusion of the external atmosphere by increasing the temperature, the discharged storage medium being able to be loaded and unloaded several times and / or being exchanged for loaded storage material, characterized in that the storage medium is heated up in zones one after the other takes place and the discharge pressure is kept constant or approximately constant, preferably to the pressure of the external atmosphere, and the region of the storage located at a low temperature, preferably at ambient temperature, is sealed off gas-tight against the heating zone. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium Mikrohohlglaskugeln verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that as Storage medium micro hollow glass spheres can be used. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium ein Zeolith oder ein Gemisch von Zeolithen, welches ganz oder teilweise in Kontakt mit einem oder mehreren Metallen der achten Nebengruppe des PSE steht, verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that as Storage medium a zeolite or a mixture of zeolites, which whole or partially in contact with one or more metals of the eighth Sub-group of the PSE is used. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium ein oder mehrere Metallhydride verwendet werden.4. The method according to claim 1, characterized in that as Storage medium one or more metal hydrides can be used. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium Aktivkohle verwendet wird.5. The method according to claim 1, characterized in that as Activated carbon storage medium is used. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Abgabedrucks ein Faltenbalg verwendet wird.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that for Keeping the discharge pressure constant using a bellows. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Abgabedrucks eine Zylinder-Kolben-Anordnung verwendet wird.7. The method according to claim 1 to 5, characterized in that for Maintaining the discharge pressure in a cylinder-piston arrangement is used. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Abgabedrucks ein Siphon verwendet wird.8. The method according to claim 1 to 5, characterized in that for Keeping the discharge pressure constant using a siphon. 9. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Absperrung des auf niederer Temperatur befindlichen Bereichs des Speichers gegen die Heizzone das in den einzelnen Heizzonen befindliche Speichermaterial jeweils für sich von einer gasdichten Hülle umgeben ist, die sich über eine oder mehrere Öffnungen mit jeweils steuerbarem Verschluß mit dem Speicherausgang strömungsmechanisch verbinden läßt. 9. The method according to claim 1 and 3 to 8, characterized in that to shut off the low temperature area of the Store against the heating zone that located in the individual heating zones Storage material is surrounded by a gas-tight envelope, which can be controlled via one or more openings, each with controllable Fluidically connect the closure to the storage outlet.   10. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederbeladung von entladenem Speichermaterial im Speicher selbst zonenweise nacheinander erfolgt.10. The method according to claim 1 and 3 to 8, characterized in that the reloading of unloaded storage material in the store even one after the other. 11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die zonenweise Temperaturerhöhung bzw. Temperaturerniedrigung eine oder mehrere spiralförmige Leiterschleifen aus rohrförmigem, vorzugsweise elektrisch leitendem, Material als Heiz- bzw. Kühlkörper im unteren Bereich des Speichers in der Nähe seiner Auslaßöffnung und/oder im gesamten Speichervolumen jeweils zonenweise benachbart vorgesehen sind.11. Arrangement for performing the method according to claim 1 to 10, characterized in that for the zone-wise temperature increase or lowering the temperature one or more spiral Conductor loops made of tubular, preferably electrically conductive, Material as a heating or cooling element in the lower area of the memory in the Near its outlet opening and / or in the total storage volume in each case are provided adjacent in zones. 12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Speicherausgang und der Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten Abgabedrucks eine Membranpumpe verwendet wird.12. Arrangement for performing the method according to claim 1 to 9, characterized in that between the memory output and the Device for maintaining a constant discharge pressure Diaphragm pump is used. 13. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Nachfüllung von beladenem Speichermedium am oben befindlichen Speichereinlaß eine gasdichte, totvolumenfreie Behälterkupplung und für die Entnahme von entladenem Speichermedium am unten gelegenen Speicherablaß eine evakuierbare Schleuse vorgesehen ist.13. Arrangement for performing the method according to claim 1 and 2, characterized in that for the refill of loaded Storage medium at the top storage inlet a gas-tight, Dead volume-free container coupling and for the removal of unloaded Storage medium at the storage drain below an evacuable Lock is provided.
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