金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法、金屬氫化物罐反應(yīng)控制方法及金屬氫化物罐系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法、金屬氫化物罐的反應(yīng)控制方法以及金屬氫化物罐系統(tǒng)。能夠計(jì)算隨金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)而變化的溫度變化和反應(yīng)量，從而控制反應(yīng)。金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法包括：（a），向金屬氫化物罐系統(tǒng)填充金屬氫化物合金，維持設(shè)定的溫度；（b），邊改變氫含量，邊向填充到金屬氫化物罐系統(tǒng)中的金屬氫化物合金供給氫，或從金屬氫化物合金放出氫，分別測(cè)定隨著金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)熱而變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度；及（c），基于通過步驟（b）測(cè)定的數(shù)據(jù)，計(jì)算隨著反應(yīng)熱而變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度的數(shù)值模型。
【專利說明】金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法、金屬氫化物罐反應(yīng)控制方法及金屬氫化物罐系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，還涉及一種金屬氫化物罐的反應(yīng)控制方法，更具體地，涉及測(cè)定氫被金屬吸收或者從金屬氫化物放出時(shí)伴隨的溫度的變化及當(dāng)時(shí)的氫反應(yīng)量，并以此為基礎(chǔ)，通過適用最大限度地簡(jiǎn)化的算法，對(duì)各種形狀的氫儲(chǔ)存用金屬氫化物罐系統(tǒng)進(jìn)行基于數(shù)值模型的計(jì)算，就能夠計(jì)算出隨著金屬氫化物合金和氫之間反應(yīng)而發(fā)生變化的溫度變化和反應(yīng)量的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法。本發(fā)明還涉及金屬氫化物罐系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氫由于資源豐富，便于轉(zhuǎn)換為其他形態(tài)的能量，具有作為能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)的卓越的優(yōu)點(diǎn)，因此，有望能成為代替化石燃料的有力的未來能源。但是，氫由于在常溫、常壓下處于氣體狀態(tài)，因此，存在每體積的能量密度低，不便于儲(chǔ)存、搬運(yùn)等問題。
[0003]作為解決這一問題的有力方法中的一個(gè)，正在研究利用金屬氫化物的氫儲(chǔ)存技術(shù)，其特征在于，體積儲(chǔ)存密度最優(yōu)秀，在常溫常壓附近能夠進(jìn)行可逆變的氫的吸收及放出。但是，氫被金屬吸收或者從金屬氫化物放出時(shí)的速度因與反應(yīng)相伴隨的放熱或吸熱而逐漸變得緩慢，因此，會(huì)降低儲(chǔ)存或放出有效性。
[0004]因此，具有傳熱效果好的結(jié)構(gòu)的金屬氫化物罐的設(shè)計(jì)成為重要的技術(shù)。但是，無法制作無數(shù)個(gè)各種形狀的金屬氫化物罐的實(shí)物，并通過實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行動(dòng)作分析。因此，正在努力通過數(shù)值模型的計(jì)算來設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)慕饘贇浠锕?，由此，如果可以提前了解基于金屬氫化物罐系統(tǒng)的溫度和氫反應(yīng)量的關(guān)系，就能進(jìn)行適合使用人員的要求條件(使用條件)的金屬氫化物罐的設(shè)計(jì)。但是，現(xiàn)在所使用的數(shù)值模型計(jì)算方法以微小區(qū)域?yàn)閷?duì)象，來構(gòu)成系統(tǒng)的網(wǎng)格(grid),計(jì)算熱移動(dòng)支配方程式,并以平衡壓力(equilibrium pressure)、活化能(activation energy)等各種材料的物性為基礎(chǔ),計(jì)算反應(yīng)流量。
[0005]但是，在作出反映了平衡壓力、活化能等各種材料物性的模型時(shí)，由于計(jì)算公式的復(fù)雜性及必要變量的復(fù)雜性等引起與實(shí)驗(yàn)的誤差大，而存在降低可靠性或由于計(jì)算量多，而存在解析的效率及實(shí)用性方面的問題。
[0006]并且,還存在微觀尺度(microscopic scale)中的動(dòng)作分析在能進(jìn)行解析的系統(tǒng)的尺度中只能受限的問題。
[0007]相關(guān)現(xiàn)有文獻(xiàn)有，韓國(guó)公開專利第10-2007-0013385號(hào)(2007年01月31日公開)，上述文獻(xiàn)記載了“燃料電池汽車用氫儲(chǔ)存合金內(nèi)的氫含量測(cè)定方法()”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法。該方法通過簡(jiǎn)單的測(cè)定，適用最大限度地簡(jiǎn)化的算法，對(duì)各種形狀的氫儲(chǔ)存用金屬氫化物罐進(jìn)行基于數(shù)值模型的計(jì)算，就能夠計(jì)算出隨著金屬氫化物合金和氫之間反應(yīng)而發(fā)生變化的溫度變化和反應(yīng)速度及反應(yīng)量，從而來控制金屬氫化物罐的反應(yīng)。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種金屬氫化物罐的反應(yīng)控制方法
[0010]本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種金屬氫化物罐系統(tǒng)。
[0011]用于達(dá)成上述目的的本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟(a)，向金屬氫化物罐系統(tǒng)填充金屬氫化物(MH，metalhydride)合金，并以已設(shè)定的溫度條件維持，步驟(b)，一邊改變氫(H2)的含量，一邊向填充到上述金屬氫化物罐系統(tǒng)中的金屬氫化物合金供給氫，或者從該金屬氫化物合金放出氫，來分別測(cè)定隨著上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度，以及步驟(C)，基于通過上述步驟(b)測(cè)定的數(shù)據(jù)，計(jì)算隨著上述反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度的數(shù)值模型；上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)速度決定反應(yīng)流量。
[0012]優(yōu)選地，金屬氫化物合金包括含有鈦-鉻-釩-鐵合金的氫化物。
[0013]優(yōu)選地，步驟(b)中，氫的供給或放出通過如下的方式來實(shí)施:分別以從儲(chǔ)存有氫的氫供給部供給氫或者從金屬氫化物合金儲(chǔ)存部放出氫。
[0014]優(yōu)選地，步驟(b)中，利用熱電偶來測(cè)定隨著反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化，并利用流量測(cè)定儀來測(cè)定反應(yīng)速度。
[0015]優(yōu)選地，反應(yīng)流量滿足以下公式1:
[0016]公式1:反應(yīng)流量=f (T, Ch2)
[0017]其中，T表不反應(yīng)溫度，Ch2表不金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度。
[0018]優(yōu)選地，金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度Ch2滿足以下公式2-1及公式2-2:
[0019]公式2-1:CH2 = Cinitial —(反應(yīng)流量 X 時(shí)間)
[0020]公式2-2:CH2 = Cinitial + (反應(yīng)流量 X 時(shí)間)
[0021]其中Cinitial為金屬氫化物合金內(nèi)的H2的起始濃度。
[0022]優(yōu)選地，步驟(b)中，當(dāng)供給氫時(shí)，金屬氫化物合金進(jìn)行放熱反應(yīng)，在放出氫時(shí)，金屬氫化物合金進(jìn)行吸熱反應(yīng)。
[0023]優(yōu)選地，反應(yīng)速度根據(jù)反應(yīng)溫度具有單調(diào)函數(shù)關(guān)系。
[0024]用于達(dá)成本發(fā)明目的的本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐的反應(yīng)控制方法，包括以下步驟:
[0025]步驟(a)，向金屬氫化物罐系統(tǒng)填充金屬氫化物合金，并維持在已設(shè)定的溫度條件，
[0026]步驟(b)，一邊改變氫的含量，一邊向填充到上述金屬氫化物罐系統(tǒng)中的金屬氫化物合金供給氫，或者從該金屬氫化物合金中放出氫，來分別測(cè)定隨著上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度，以及
[0027]步驟(C)，基于通過上述步驟(b)測(cè)定的數(shù)據(jù)，利用隨著上述反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度來控制反應(yīng)；
[0028]金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)速度控制反應(yīng)流量。
[0029]優(yōu)選地,反應(yīng)流量滿足以下公式1:[0030]公式1:反應(yīng)流量=f (T, Ch2)
[0031]其中，T表不反應(yīng)溫度，Ch2表不金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度。
[0032]優(yōu)選地,金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度Ch2滿足以下公式2-1及公式2-2:
[0033]公式2-1:CH2 = Cinitial —(反應(yīng)流量 X 時(shí)間)
[0034]公式2-2:CH2 = Cinitial + (反應(yīng)流量 X 時(shí)間)。
[0035]優(yōu)選地,金屬氫化物合金包括含有鈦-鉻-f凡-鐵合金的氫化物。
[0036]優(yōu)選地,鈦-鉻-鑰;-鐵合金包括鈦α3；Ε-鉻ο.μ-銀0.25-鐵。.(《合金，其中，下標(biāo)表示摩爾分?jǐn)?shù)。
[0037]優(yōu)選地，步驟(b)中，氫的供給或放出通過如下的方式來實(shí)施:分別以從儲(chǔ)存有氫的氫供給部供給氫或者從金屬氫化物合金儲(chǔ)存部中放出氫。
[0038]優(yōu)選地，步驟(b)中，利用熱電偶來測(cè)定隨著反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化，并利用流量測(cè)定儀來測(cè)定反應(yīng)速度。
[0039]優(yōu)選地，步驟(b)中，當(dāng)供給氫時(shí)，金屬氫化物合金進(jìn)行放熱反應(yīng)，在放出上述氫時(shí)，金屬氫化物合金進(jìn)行吸熱反應(yīng)。
[0040]優(yōu)選地，反應(yīng)速度根據(jù)反應(yīng)溫度具有單調(diào)函數(shù)關(guān)系。
[0041]用于達(dá)成本發(fā)明第三目的的本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐系統(tǒng)，包括金屬氫化物合金儲(chǔ)存部、氫供給部、綜合測(cè)定部及數(shù)值模型綜合計(jì)算部。
[0042]優(yōu)選地，所述金屬氫化物罐系統(tǒng)還可包括壓力測(cè)定儀，其安裝于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部和氫供給部之間。
[0043]優(yōu)選地，綜合測(cè)定部包括:熱電偶，其安裝于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部；流量測(cè)定儀，其安裝于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部和氫供給部之間。
[0044]優(yōu)選地,金屬氫化物合金儲(chǔ)存部包括金屬氫化物合金。
[0045]優(yōu)選地，金屬氫化物合金包括含有鈦-鉻-釩-鐵合金的氫化物。
[0046]優(yōu)選地，氫的供給或放出通過如下的方式來實(shí)施:分別以從儲(chǔ)存有氫的氫供給部供給氫或者從金屬氫化物合金儲(chǔ)存部放出氫。
[0047]優(yōu)選地，步驟(b)中，利用熱電偶來測(cè)定金屬氫化物合金儲(chǔ)存部中隨著反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化，并利用至少兩個(gè)流量測(cè)定儀來分別測(cè)定金屬氫化物合金儲(chǔ)存部和氫供給部的反應(yīng)速度。
[0048]優(yōu)選地，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部的反應(yīng)流量滿足以下公式1:
[0049]公式1:反應(yīng)流量=f (T, Ch2)
[0050]其中，T表不反應(yīng)溫度，Ch2表不金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度。
[0051]優(yōu)選地，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度Ch2滿足以下公式2_1及公式2_2:
[0052]公式2-1:CH2 = Cinitial —(反應(yīng)流量 X 時(shí)間)
[0053]公式2-2:CH2 = Cinitial + (反應(yīng)流量 X 時(shí)間)。
[0054]優(yōu)選地，步驟(b)中，當(dāng)供給氫時(shí)，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金進(jìn)行放熱反應(yīng)，在放出上述氫時(shí)，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金進(jìn)行吸熱反應(yīng)。
[0055]優(yōu)選地，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金的反應(yīng)速度根據(jù)反應(yīng)溫度具有單調(diào)函數(shù)關(guān)系。本發(fā)明提供一種金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法、一種金屬氫化物罐的反應(yīng)控制方法以及一種金屬氫化物罐系統(tǒng)。上述方法和系統(tǒng)基于針對(duì)材料的簡(jiǎn)單測(cè)定，測(cè)定氫被金屬吸收或者氫從金屬放出時(shí)伴隨的溫度的變化及當(dāng)時(shí)的氫反應(yīng)量，并通過適用最大限度地簡(jiǎn)化的算法，對(duì)各種形狀的氫儲(chǔ)存用金屬氫化物罐系統(tǒng)進(jìn)行基于數(shù)值模型的計(jì)算，就能夠計(jì)算出隨著金屬氫化物合金和氫之間反應(yīng)而發(fā)生變化的溫度變化和反應(yīng)速度。
[0056]因此，通過本發(fā)明，可對(duì)各種系統(tǒng)容易地進(jìn)行數(shù)值模型的計(jì)算，因此，能從裝置制作費(fèi)用及對(duì)此的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用或時(shí)間等多個(gè)方面不受限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0057]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法的流程圖。
[0058]圖2是簡(jiǎn)略表示本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法中利用的金屬氫化物罐系統(tǒng)的圖。
[0059]圖3是放大表示圖2的120部分的簡(jiǎn)圖。
[0060]圖4是表示吸收及放出氫時(shí)隨著壓力而發(fā)生變化的金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度變化的簡(jiǎn)圖。
[0061]圖5是表不放出氫時(shí)隨著溫度而發(fā)生變化的反應(yīng)速度的圖表。
[0062]圖6是整理表示放出氫時(shí)的反應(yīng)速度、反應(yīng)溫度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度這三個(gè)變量之間的關(guān)系的圖表。
[0063]圖7是基于反應(yīng)速度、反應(yīng)溫度及合金內(nèi)的氫的濃度這三個(gè)變量之間的關(guān)系來定義的數(shù)值模型的計(jì)算流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]參照附圖和詳細(xì)后述的實(shí)施例，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征以及實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)和特征的方法將會(huì)明確。但是，本發(fā)明并不局限于以下所公開的實(shí)施例，而是能以互不相同的各種實(shí)施方式體現(xiàn)，本實(shí)施例僅僅使本發(fā)明的公開更為完整，也僅僅是為了向本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】普通技術(shù)人員提供更為完整的發(fā)明范疇而提供，本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求書來定義。說明書全文中相同的附圖標(biāo)記指稱相同的結(jié)構(gòu)要素。
[0065]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，包括以下步驟:步驟(a),向金屬氫化物罐系統(tǒng)填充金屬氫化物(MH, metal hydride)合金,并以已設(shè)定的溫度條件維持，步驟(b)，一邊改變氫(H2)的含量，一邊向填充到上述金屬氫化物罐系統(tǒng)中的金屬氫化物合金供給氫，或者從該金屬氫化物合金放出氫，來分別測(cè)定隨著上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度，以及步驟(c)，基于通過上述步驟(b)測(cè)定的數(shù)據(jù)，計(jì)算隨著上述反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度的數(shù)值模型；上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)速度決定反應(yīng)流量。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，金屬氫化物合金包括含有鈦-鉻-釩-鐵合金的氫化物。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟(b)中，氫的供給或放出通過如下的方式來實(shí)施:分別以從儲(chǔ)存有氫的氫供給部供給氫或者從金屬氫化物合金儲(chǔ)存部放出氫。
[0068]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟(b)中，利用熱電偶來測(cè)定隨著反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化，并利用流量測(cè)定儀來測(cè)定反應(yīng)速度。
[0069]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)流量滿足以下公式1:
[0070]公式1:反應(yīng)流量=f (T, Ch2)
[0071]其中，T表不反應(yīng)溫度，Ch2表不金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度。
[0072]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度Ch2滿足以下公式2-1及公式2_2:
[0073]公式2-1:CH2 = Cinitial —(反應(yīng)流量 X 時(shí)間)
[0074]公式2-2:CH2 = Cinitial + (反應(yīng)流量 X 時(shí)間)。
[0075]其中Cinitial為金屬氫化物合金內(nèi)的H2的起始濃度。
[0076]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟(b)中，當(dāng)供給氫時(shí)，金屬氫化物合金進(jìn)行放熱反應(yīng)，在放出氫時(shí)，金屬氫化物合金進(jìn)行吸熱反應(yīng)。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)速度根據(jù)反應(yīng)溫度具有單調(diào)函數(shù)關(guān)系。
[0078]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的金屬氫化物罐的反應(yīng)控制方法，包括以下步驟:
[0079]步驟(a)，向金屬氫化物罐系統(tǒng)填充金屬氫化物合金，并維持在已設(shè)定的溫度條件，
[0080]步驟(b)，一邊改變氫的含量，一邊向填充到上述金屬氫化物罐系統(tǒng)中的金屬氫化物合金供給氫，或者從該金屬氫化物合金中放出氫，來分別測(cè)定隨著上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度，以及
[0081]步驟(C)，基于通過上述步驟(b)測(cè)定的數(shù)據(jù)，利用隨著上述反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度來控制反應(yīng)；
[0082]金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)速度控制反應(yīng)流量。
[0083]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)流量滿足以下公式1:
[0084]公式1:反應(yīng)流量=f (T, Ch2)
[0085]其中，T表不反應(yīng)溫度，Ch2表不金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度。
[0086]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度Ch2滿足以下公式2-1及公式2_2:
[0087]公式2-1:CH2 = Cinitial —(反應(yīng)流量 X 時(shí)間)
[0088]公式2-2:CH2 = Cinitial + (反應(yīng)流量 X 時(shí)間)。
[0089]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，金屬氫化物合金包括含有鈦-鉻-釩-鐵合金的氫化物。
[0090]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，鈦-鉻-釩-鐵合金包括鈦α32-鉻0.35-釩0.25-鐵0.08合金，其中，下標(biāo)表示摩爾分?jǐn)?shù)。
[0091]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟(b)中，氫的供給或放出通過如下的方式來實(shí)施:分別以從儲(chǔ)存有氫的氫供給部供給氫或者從金屬氫化物合金儲(chǔ)存部中放出氫。
[0092]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟(b)中，利用熱電偶來測(cè)定隨著反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化，并利用流量測(cè)定儀來測(cè)定反應(yīng)速度。[0093]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟(b)中，當(dāng)供給氫時(shí)，金屬氫化物合金進(jìn)行放熱反應(yīng)，在放出氫時(shí)，金屬氫化物合金進(jìn)行吸熱反應(yīng)。
[0094]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)速度根據(jù)反應(yīng)溫度具有單調(diào)函數(shù)關(guān)系。
[0095]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的金屬氫化物罐系統(tǒng)，包括金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120、氫供給部140、綜合測(cè)定部160及數(shù)值模型綜合計(jì)算部180。
[0096]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述金屬氫化物罐系統(tǒng)還可包括壓力測(cè)定儀190，其安裝于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120和氫供給部140之間。
[0097]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，綜合測(cè)定部160包括:熱電偶162，其安裝于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120 ;流量測(cè)定儀164，其安裝于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120和氫供給部140之間。
[0098]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部包括金屬氫化物合金。
[0099]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，金屬氫化物合金包括含有鈦-鉻-釩-鐵合金的氫化物。
[0100]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，氫的供給或放出通過如下的方式來實(shí)施:分別以從儲(chǔ)存有氫的氫供給部供給氫或者從金屬氫化物合金儲(chǔ)存部放出氫。
[0101]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟(b)中，利用熱電偶來測(cè)定金屬氫化物合金儲(chǔ)存部中隨著反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化，并利用至少兩個(gè)流量測(cè)定儀來分別測(cè)定金屬氫化物合金儲(chǔ)存部和氫供給部的反應(yīng)速度。
[0102]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部的反應(yīng)流量滿足以下公式1:
[0103]公式1:反應(yīng)流量=f (T, Ch2)
[0104]其中，T表不反應(yīng)溫度，Ch2表不金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度。
[0105]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度Ch2滿足以下公式2-1及公式2-2:
[0106]公式2-1:CH2 = Cinitial —(反應(yīng)流量 X 時(shí)間)
[0107]公式2-2:CH2 = Cinitial + (反應(yīng)流量 X 時(shí)間)。
[0108]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟(b)中，當(dāng)供給氫時(shí)，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金進(jìn)行放熱反應(yīng)，在放出氫時(shí)，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金進(jìn)行吸熱反應(yīng)。
[0109]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，金屬氫化物合金儲(chǔ)存部?jī)?nèi)的金屬氫化物合金的反應(yīng)速度根據(jù)反應(yīng)溫度具有單調(diào)函數(shù)關(guān)系。以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法進(jìn)行詳細(xì)說明如下。
[0110]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法的流程圖，圖2是簡(jiǎn)略表示本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法中利用的金屬氫化物罐系統(tǒng)的圖。
[0111]參照?qǐng)D1及圖2，圖示的本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法包括以下步驟:填充金屬氫化物(MH, metal hydride)合金的步驟(步驟SI 10);測(cè)定反應(yīng)熱/反應(yīng)速度/金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度的步驟(步驟S120);以及計(jì)算數(shù)值模型的步驟(步驟S130)。
[0112]填充金屬氫化物合金[0113]填充金屬氫化物合金的步驟(步驟S110)中，向金屬氫化物罐系統(tǒng)100內(nèi)的金屬氫化物罐120填充合金，并維持已設(shè)定的外部溫度條件。此時(shí)，圖3是放大表示圖2的120部分的簡(jiǎn)圖。
[0114]參照?qǐng)D2及圖3，金屬氫化物罐系統(tǒng)100包括金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120、氫供給部140、綜合測(cè)定部160及數(shù)值模型綜合計(jì)算部180。
[0115]上述金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120中填充金屬氫化物合金。此時(shí)，金屬氫化物合金優(yōu)選利用粉末形態(tài)。尤其，作為金屬氫化物合金的一例，能利用鈦-鉻-釩-鐵(T1-Cr-V-Fe)合金,更具體地,能利用鈦 α 32_ 鉻。.35_ 銀 ο.25~ 鐵。.。8 (Tia32-Cra35-Va25-Featl8)(其中，下標(biāo)表示摩爾分?jǐn)?shù))合金。
[0116]安裝上述氫供給部140的目的在于，向填充到金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120內(nèi)的各個(gè)單元的金屬氫化物合金供給氫(H2)。這種氫供給部140可包括氫氣高壓容器142、氫供給管144及控制閥146。
[0117]氫氣高壓容器142起到供給氫的作用。氫供給管144起到將儲(chǔ)存于氫氣高壓容器142的氫向金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120供給的作用?？刂崎y146安裝于氫供給管144，起到向金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120供給氫或者阻斷氫向金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120供給的作用。
[0118]在一邊改變氫(H2)的含量,一邊向填充于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120的金屬氫化物合金供給氫或者從該金屬氫化物合金放出氫的過程中，上述綜合測(cè)定部160起到分別測(cè)定隨著上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化及反應(yīng)速度的作用。
[0119]這種綜合測(cè)定部160包括:熱電偶(thermocouple)162,其安裝于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120，用于測(cè)定隨著通過上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化；流量測(cè)定儀164，其安裝于上述金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120和氫供給部140之間，用于測(cè)定相當(dāng)于上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)速度的流量。
[0120]上述數(shù)值模型綜合計(jì)算部180起到基于在綜合測(cè)定部160中測(cè)定的數(shù)據(jù)來綜合計(jì)算隨著反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度的作用。
[0121]并且，上述金屬氫化物罐系統(tǒng)100還可包括壓力測(cè)定儀190。這種壓力測(cè)定儀190安裝于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120和氫供給部140之間，起到測(cè)定壓力的作用。此時(shí)，壓力測(cè)定儀190并不是必要的，根據(jù)需要進(jìn)行省略也無妨。
[0122]反應(yīng)熱/反應(yīng)速度/金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度的測(cè)定
[0123]測(cè)定反應(yīng)熱/反應(yīng)速度/金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度的步驟(步驟S120)中，分別將隨著填充到金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120的金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)而發(fā)生變化的反應(yīng)熱作為溫度來測(cè)定，并將反應(yīng)速度作為流量來測(cè)定，通過累積反應(yīng)流量來計(jì)算出合金內(nèi)的氫的濃度。
[0124]具體而言，氫供給部140可包括氫氣高壓容器142、氫供給管144及控制閥146。此時(shí)，氫供給部140通過氫供給管144，將儲(chǔ)存于氫氣高壓容器142的氫向金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120供給。從氫供給部140供給到金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120的氫會(huì)通過控制閥146進(jìn)行供給或阻斷。
[0125]此時(shí)，金屬氫化物合金在接收氫時(shí)進(jìn)行放熱反應(yīng)，在放出氫時(shí)進(jìn)行吸熱反應(yīng)。換句話說，供給氫的過程為放熱反應(yīng)，因此，需要將產(chǎn)生的熱量迅速向外部傳遞。相反，放出氫的過程為吸熱反應(yīng)，因此，需要從外部供給熱量，才能穩(wěn)定地放出氫。
[0126]另一方面，反應(yīng)溫度及反應(yīng)流量分別利用熱電偶及流量測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。S卩，利用熱電偶162來測(cè)定隨著通過金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化，利用安裝于金屬氫化物合金儲(chǔ)存部120和氫供給部140之間的流量測(cè)定儀(質(zhì)量流量控制器(MFC, mass flow controller)、質(zhì)量流量計(jì)(MFM, mass flow meter)) 164 來測(cè)定上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)速度。
[0127]數(shù)倌.模型的計(jì)算
[0128]計(jì)算數(shù)值模型的步驟(步驟S130)中，基于通過測(cè)定反應(yīng)熱/反應(yīng)速度/金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度的步驟(步驟S120)測(cè)定的數(shù)據(jù)，計(jì)算反應(yīng)溫度、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度的數(shù)值模型。
[0129]尤其，本發(fā)明的發(fā)明人等多年研究的結(jié)果表明，為了計(jì)算金屬氫化物合金的氫反應(yīng)狀態(tài)的數(shù)值模型，大體上需要3種變量。
[0130]第一、溫度能指定合金為熱源進(jìn)行計(jì)算。作為放熱反應(yīng)的氫吸收時(shí)，熱源具有正值，作為吸熱反應(yīng)的氫放出時(shí)，熱源具有負(fù)值。此時(shí)，相對(duì)于反應(yīng)氫含量的反應(yīng)熱能通過針對(duì)試樣的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行測(cè)定。
[0131]第二、反應(yīng)速度可視為反應(yīng)流量，S卩，根據(jù)時(shí)間而發(fā)生變化的反應(yīng)流量。這是因?yàn)榉磻?yīng)流量取決于金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)速度。
[0132]第三、金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度能通過累積隨著時(shí)間的經(jīng)過而發(fā)生變化的反應(yīng)流量來計(jì)算。
[0133]并且，可知，反應(yīng)速度具有隨著反應(yīng)熱的溫度變化而以單調(diào)函數(shù)方式減少的關(guān)系。
[0134]尤其，本發(fā)明的發(fā)明人等了解到，如以下公式I所示，反應(yīng)速度為溫度和合金內(nèi)氫的濃度的函數(shù)，并且，在氫放出及氫吸收的情況下，金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度C02分別如以下公式2-1及公式2-2所不:
[0135]公式1:反應(yīng)流量(flow rate) = f (T, CH2)
[0136]其中，T表不反應(yīng)溫度，Ch2表不金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度，
[0137]公式2-1:CH2 = Cinitial —(反應(yīng)流量 X 時(shí)間)
[0138]公式2-2:CH2 = Cinitial + (反應(yīng)流量 X 時(shí)間)。
[0139]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法進(jìn)行更為具體的說明。
[0140]圖4是表示在規(guī)定溫度下吸收、放出氫時(shí)隨著壓力而發(fā)生變化的金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度變化的簡(jiǎn)圖，圖5是表示放出氫時(shí)測(cè)定隨著溫度而發(fā)生變化的反應(yīng)速度的圖表。此時(shí)，在圖1及圖2中說明的金屬氫化物罐系統(tǒng)的金屬氫化物合金儲(chǔ)存部供給氫，或者可利用流量測(cè)定儀及熱電偶分別測(cè)定暴露在常壓下產(chǎn)生的反應(yīng)速度及反應(yīng)溫度變化。在
此，作為金屬氫化物合金，利用 了 鈦(1.32_ 鉻(1.35_ 銀 0.25-鐵(1.。8 (Tl0 32_Cra 35_V0.25_ΡΘ0.08 )(在
此，下標(biāo)表示摩爾分?jǐn)?shù))。
[0141]如圖5所示，在放出氫時(shí)，具有隨著反應(yīng)溫度上升，反應(yīng)流量逐步增加的比例曲線。
[0142]另一方面，如圖4所示，根據(jù)壓力，金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度發(fā)生變化。尤其，虛線部分是相當(dāng)于放出壓力或填充壓力的壓力，從該部分到平衡壓力為止，出現(xiàn)差異，這表示根據(jù)合金內(nèi)剩余氫的濃度，并根據(jù)此瞬間的平衡壓力和放出壓力或填充壓力之間的差異，反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力終究會(huì)不同。
[0143]另一方面，圖6是整理表示隨著反應(yīng)時(shí)間而發(fā)生變化的反應(yīng)速度、反應(yīng)溫度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度這三個(gè)變量之間的關(guān)系的圖表。
[0144]如圖6所示，反應(yīng)速度可由反應(yīng)溫度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度的函數(shù)表示。由此，能對(duì)反應(yīng)速度、反應(yīng)溫度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行定義，并能完成上述的算法。即，通過由溫度和金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度的函數(shù)表示的氫流量的關(guān)系，如同圖7所示的數(shù)值模型算法，可計(jì)算出隨著反應(yīng)時(shí)間經(jīng)過而發(fā)生變化的三個(gè)變量之間的關(guān)系，據(jù)此，能夠進(jìn)行金屬氫化物罐的解析和適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。
[0145]如目前所觀察到的，本發(fā)明實(shí)施例的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法提供一種測(cè)定氫被金屬吸收或者從金屬氫化物放出氫時(shí)伴隨的溫度的變化及當(dāng)時(shí)的氫反應(yīng)量，并依此為基礎(chǔ)，通過適用最大限度地簡(jiǎn)化的算法，對(duì)各種形狀的氫儲(chǔ)存用金屬氫化物罐系統(tǒng)進(jìn)行基于數(shù)值模型的計(jì)算，就能夠計(jì)算出隨著金屬氫化物合金和氫之間反應(yīng)而發(fā)生變化的溫度變化和反應(yīng)量的數(shù)值模型的算法。
[0146]因此，根據(jù)本發(fā)明可對(duì)各種系統(tǒng)容易地進(jìn)行數(shù)值模型的計(jì)算，因此，能從裝置制作費(fèi)用及對(duì)此的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用或時(shí)間等多個(gè)方面不受限制。
[0147]以上，以本發(fā)明實(shí)施例為中心進(jìn)行了說明，但本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能進(jìn)行各種變更或變形。這種變更或變形只要不脫離本發(fā)明提供的技術(shù)思想的范圍，均可視為屬于本發(fā)明。因此，本發(fā)明要求保護(hù)的技術(shù)范圍應(yīng)根據(jù)所附的權(quán)利要求書來判斷。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，其特征在于， 包括以下步驟: 步驟(a)，向金屬氫化物罐系統(tǒng)填充金屬氫化物合金，并以已設(shè)定的溫度條件維持，步驟(b)，一邊改變氫的含量，一邊向填充到上述金屬氫化物罐系統(tǒng)中的金屬氫化物合金供給氫，或者從該金屬氫化物合金放出氫，來分別測(cè)定隨著上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度，以及 步驟(C)，基于通過上述步驟(b)測(cè)定的數(shù)據(jù)，計(jì)算隨著上述反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度的數(shù)值模型； 上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)速度決定反應(yīng)流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，其特征在于，上述金屬氫化物合金包括含有鈦-鉻-釩-鐵合金的氫化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，其特征在于，上述步驟(b)中，上述氫的供給或放出通過如下的方式來實(shí)施:分別以從儲(chǔ)存有上述氫的氫供給部供給氫或者從金屬氫化物合金儲(chǔ)存部放出氫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，其特征在于，上述步驟(b)中，利用熱電 偶來測(cè)定隨著上述反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化，并利用流量測(cè)定儀來測(cè)定上述反應(yīng)速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，其特征在于，上述反應(yīng)流量滿足以下公式1: 公式1:反應(yīng)流量=f (T, CH2) 其中，T表不反應(yīng)溫度，Ch2表不金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，其特征在于，上述金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度Ch2滿足以下公式2-1及公式2-2: 公式2-1:CH2 = Cinitial —(反應(yīng)流量X時(shí)間) 公式2-2:CH2 = Cinitial + (反應(yīng)流量X時(shí)間)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，其特征在于，上述步驟(b)中，當(dāng)供給上述氫時(shí)，上述金屬氫化物合金進(jìn)行放熱反應(yīng)，在放出上述氫時(shí)，上述金屬氫化物合金進(jìn)行吸熱反應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物罐解析用數(shù)值模型的計(jì)算方法，其特征在于，上述反應(yīng)速度根據(jù)反應(yīng)溫度具有單調(diào)函數(shù)關(guān)系。
9.一種金屬氫化物罐的反應(yīng)控制方法，其特征在于， 包括以下步驟:步驟(a)，向金屬氫化物罐系統(tǒng)填充金屬氫化物合金，并維持在已設(shè)定的溫度條件，步驟(b)，一邊改變氫的含量，一邊向填充到上述金屬氫化物罐系統(tǒng)中的金屬氫化物合金供給氫，或者從該金屬氫化物合金中放出氫，來分別測(cè)定隨著上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度，以及步驟(C)，基于通過上述步驟(b)測(cè)定的數(shù)據(jù)，利用隨著上述反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化、反應(yīng)速度及金屬氫化物合金內(nèi)氫的濃度來控制反應(yīng)； 上述金屬氫化物合金和氫之間的反應(yīng)速度控制反應(yīng)流量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，上述反應(yīng)流量滿足以下公式1: 公式1:反應(yīng)流量=f (T, CH2) 其中，T表不反應(yīng)溫度，Ch2表不金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其特征在于,上述金屬氫化物合金內(nèi)的氫的濃度Ch2滿足以下公式2_1及公式2_2: 公式2-1:CH2 = Cinitial —(反應(yīng)流量X時(shí)間) 公式2-2:CH2 = Cinitial + (反應(yīng)流量X時(shí)間)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，上述金屬氫化物合金包括含有鈦-鉻-釩-鐵合金的氫化物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，上述鈦-鉻-釩-鐵合金包括鈦α32_鉻0.35-釩。.25_鐵。.。8合金，其中，下標(biāo)表示摩爾分?jǐn)?shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，上述步驟(b)中，上述氫的供給或放出通過如下的方式來實(shí)施:分別以從儲(chǔ)存有上述氫的氫供給部供給氫或者從金屬氫化物合金儲(chǔ)存部中放出氫。
15.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，上述步驟(b)中，利用熱電偶來測(cè)定隨著上述反應(yīng)熱而發(fā)生變化的溫度變化，并利用流量測(cè)定儀來測(cè)定上述反應(yīng)速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，上述步驟(b)中，當(dāng)供給上述氫時(shí)，上述金屬氫化物合金進(jìn)行放熱反應(yīng)，在放出上述氫時(shí)，上述金屬氫化物合金進(jìn)行吸熱反應(yīng)。`
17.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，上述反應(yīng)速度根據(jù)反應(yīng)溫度具有單調(diào)函數(shù)關(guān)系。
18.—種金屬氫化物罐系統(tǒng),包括金屬氫化物合金儲(chǔ)存部(120)、氫供給部(140)、綜合測(cè)定部(160)及數(shù)值模型綜合計(jì)算部(180)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的金屬氫化物罐系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬氫化物罐系統(tǒng)還可包括壓力測(cè)定儀(190)，其安裝于上述金屬氫化物合金儲(chǔ)存部(120)和上述氫供給部(140)之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的金屬氫化物罐系統(tǒng)，其特征在于，上述綜合測(cè)定部(160)包括:熱電偶(162)，其安裝于上述金屬氫化物合金儲(chǔ)存部(120);流量測(cè)定儀(164)，其安裝于上述金屬氫化物合金儲(chǔ)存部(120)和上述氫供給部(140)之間。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103778270SQ201310219565
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月19日
【發(fā)明者】趙星昱, 權(quán)漢重, 劉正鉉, 金智雄, 李京雨, 吳祥槿 申請(qǐng)人:韓國(guó)地質(zhì)資源研究院