CN100549492C

CN100549492C - 储氢装置

Info

Publication number: CN100549492C
Application number: CNB2004100941887A
Authority: CN
Inventors: 施志刚; 黄先进; 法汉·白普丁
Original assignee: H Bank Tech Inc
Current assignee: H Bank Tech Inc
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-12-31
Also published as: CN1800694A

Abstract

本发明提供一种储氢装置，其包含有一储氢罐、至少一第一分隔物及至少一第二分隔物。储氢罐定义一长轴。至少一第一分隔物用以将储氢罐分隔为至少一隔间。至少一第二分隔物用以将至少一隔间分隔为数个次隔间，且储氢合金置放于该数个次隔间中。至少一第二分隔物包含数个巢室，所述巢室皆具有一内壁并且排列成一蜂巢式结构。第二分隔物具有一方型蜂巢式结构或扇型蜂巢式结构。每一巢室的内壁与储氢罐定义的长轴相垂直，使得氢气于储氢装置进出时，热传效率更佳，且因合金在罐体内部应力均匀，结构稳定不易变形，以提高安全性。

Description

储氢装置

技术领域

本发明涉及一种储氢装置(Hydrogen storage apparatus)，特别是涉及一种用以储存一储氢合金(Hydrogen storage alloy)的储氢装置，使得氢气于该储氢装置进出时，热传效率更佳，且因合金在罐体内部应力均匀，结构稳定不易变形，以提高安全性。

背景技术

在过去，将氢气视为一种燃料来使用，已广泛的被注意。当世界上的石油存量正被快速耗尽的同时，氢气的供应却是无尽的。再者，氢气属于一成本较低的燃料，虽然目前氢气还是比石油要来得昂贵。氢气于所有燃料中，具有最高的能量密度，且因为氢气燃烧所产生的副产物为水，因此本质上来说并不具任何污染性。

虽然以氢气作为燃料具有非常广泛的潜在应用价值，不过在氢气的利用上却有一主要的缺点，即缺乏令人满意的储氢媒体。公知技术将氢气于高压下储存于一压力罐体，或于一极低温的状态下，以液态氢的形式储存。以压缩气体方式来储存氢气，需要使用庞大的罐体，因而增加搬运上的困难度。另外，由于氢气具有低密度的性质，储存于罐体中的氢气容量将会受到限制。再者，由于氢气极度易燃，当用作汽车燃料时，若以液态方式储存，对安全性来说会产生极大的问题。此外，制造液态氢的成本非常昂贵。

公知技术亦或利用某些金属和合金以反复的储存及释放氢气，由于某些金属和合金具有高度的储氢效率，因此被视为极佳的储氢材料。非常多的金属合金皆被视为适合将氢气储存于其原子或晶体结构中。尽管上述的储存方法极为方便且安全，但在储氢效率上，仍有进一步提高的空间。例如，热传能力可以提高或抑制氢气于储氢系统中的金属合金的进出交换效率。如一般的反应，要从一金属氢化物的晶体结构中将氢气释放，需要输入一些能量，通常是输入热量。而要将氢气置入一金属合金的晶体结构中时，便会释放出能量，通常释放的也是热量。

储氢合金于氢化的过程中所释放的热量必须被移除，若热量没有被有效的移除，将会使得氢化过程变慢，甚至终止，这对于快速吸氢而言，是一个极为严重的问题。于快速吸氢的过程中，储氢合金会快速的被氢化，并且产生大量的热量。此外，当储氢合金使用一段时间的后，储氢合金会有微粉化的现象发生。微粉化的储氢合金会渐渐积聚在储氢罐体的底部。当储氢罐进行充氢程序时，由于罐体底部的合金会因吸氢而产生约20％的膨胀率，进而导致罐体内上、下部因受力不均，而易使罐体变形，以致破损。例如，于美国专利第6,666,034号所披露的氢储运装置即有上述的缺点。

于美国专利第6,626,323号所披露的储氢装置中，其装置结构亦无法有效的散热及防止微粉化合金的位移。而于美国专利第6,709,497号所披露的储氢结构，由于尚需导热管(Heat exchanger tube)来散热，整体热传效果较为不高，设计较为复杂，且成本亦相对较高。

因此本发明的主要目的在于提供一种具有较佳热传效率及安全性的储氢装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种用以储存一储氢合金(Hydrogen storagealloy)的储氢装置，使得氢气于该储氢装置进出时，热传效率更佳。

本发明的另一目的在于提供一种用以储存一储氢合金(Hydrogen storagealloy)的储氢装置，用以当储氢合金于吸放氢过程中而微粉化时，降低储氢合金的位移量，以防止储氢罐的变形。

根据本发明的一较佳具体实施例的储氢装置，其包含有一储氢罐(Hydrogen storage canister)、至少一第一分隔物(Partition)以及至少一第二分隔物。储氢罐定义一长轴(Longitudinal axis)。至少一第一分隔物用以将储氢罐分隔为至少一隔间(Compartment)。至少一第二分隔物用以将至少一隔间分隔为数个次隔间，且储氢合金置放于该数个次隔间中。至少一第二分隔物包含数个巢室(Cell)，所述巢室皆具有一内壁(Cell wall)并且排列成一蜂巢式结构(Honeycomb configuration)，每一巢室的内壁与储氢罐定义的长轴相垂直。储氢装置进一步包含至少一第二滤片，用以包覆至少一第二分隔物的外表面。

所述的储氢装置，其中该储氢罐包含至少一控制阀(Control valve)，该至少一控制阀用以控制氢气于该储氢罐的进出。

所述的储氢装置，其中该储氢罐另包含至少一第一滤片(Filter)以及至少一压环(Ring)，每一该至少一压环用以将相对应的该第一滤片固定于相对应的该控制阀的底部，且该至少一第一滤片仅允许氢气通过。

所述的储氢装置，其中该至少一第一滤片的孔隙(Porosity)小于1.0微米。

所述的储氢装置，其中该至少一第一分隔物为一滤片。

所述的储氢装置，其中该至少一第二分隔物具有可挠性，使得所述次隔间的大小为可调整的。

所述的储氢装置，其中该至少一第二分隔物的巢室的侧表面具有一矩形结构(Rectangle-shaped honeycomb configuration)。

所述的储氢装置，其中该至少一第二分隔物的巢室的上下表面具有一扇形结构(Fan-shaped honeycomb configuration)。

所述的储氢装置，其中该储氢装置进一步包含一滤心(Filter center)，该滤心通过该至少一第一分隔物以及该至少一第二分隔物的中心，用以过滤氢气。

因此，通过本发明的储氢装置，不仅充分改善了氢气于储氢装置进出时的热传效率，并且确保微粉化的储氢合金于每一巢室中，以防止储氢罐因微粉化的储氢合金位移量太大，使得储氢罐内的应力不均而使罐体变形。此外，本发明的储氢装置适用于直式或横式的应用。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1为本发明的一具体实施例的储氢装置外部视图。

图2为图1所示的储氢装置的分解图。

图3为图2所示的第二分隔物的三种不同疏密度的展开图。

图4A为图2所示的第二分隔物的俯视图。

图4B为图2所示的第二分隔物的侧视图。

图5为本发明的另一具体实施例的储氢装置分解图。

图6为本发明的另一具体实施例的储氢装置分解图。

图7为本发明的另一具体实施例的储氢装置外部视图。

图8为本发明的另一具体实施例的储氢装置外部视图。

图9为图8所示的储氢装置的分解图。

图10A为图9所示的第二分隔物的附视图。

图10B为图9所示的第二分隔物的侧视图。

图11为本发明的另一具体实施例的储氢装置分解图。

图12为本发明的另一具体实施例的储氢装置分解图。

其中，附图标记说明如下：

10、24、30、40、50、64、70：储氢装置

12、52：储氢罐

13、33、53、73：第一分隔物

14、34、54、74：第二分隔物

16、16a、56、56a：控制阀

18、18a、58、58a：第一滤片

20、20a、60、60a：压环

22：尾盖 32：滤心

46：第二滤片 62：上盖

Y：长轴

具体实施方式

请参阅图1至图3，图1为本发明的一具体实施例的储氢装置10外部视图。图2为图1所示的储氢装置10的分解图。图3为图2所示的第二分隔物14的三种不同疏密度的展开图。储氢装置10用以储存一储氢合金(Hydrogen storage alloy)(图中未示)。如图2所示，储氢装置10包含一储氢罐(Hydrogen storage canister)12、至少一第一分隔物(Partition)13、至少一第二分隔物14、一控制阀(Control valve)16、一第一滤片(Filter)18、一压环(Ring)20以及一尾盖(Bottom cover)22。储氢罐12定义一长轴(Longitudinal axis)Y。于此实施例中，储氢装置10包含二个第一分隔物13以及一个第二分隔物14。第一分隔物13为一滤片，且用以将储氢罐12分隔为至少一隔间(Compartment)。第一分隔物13还可过滤氢气，亦即仅允许氢气通过，并且可以避免储氢合金粉末跑出。

控制阀16用以控制氢气于储氢罐12的进出。压环20用以将第一滤片18固定于控制阀16的底部，且第一滤片18仅允许氢气通过，使得储氢装置10于吸/放氢时，可以避免储氢合金粉末跑出。第一滤片18的孔隙(Porosity)设计为小于1.0微米，效果较佳。尾盖22用以罩住储氢罐12的底部，以防止氢气及储氢合金泄漏，如图1所示。

第二分隔物14用以将至少一隔间分隔为数个次隔间，储氢合金置放于所述次隔间中。第二分隔物14包含数个巢室(Cell)，每一巢室皆具有一内壁(Cell wall)并且排列成一蜂巢式结构(Honeycomb configuration)，每一巢室的内壁皆与长轴Y相垂直。储氢合金置放于第二分隔物14的每一巢室中，以减少微粉化的储氢合金积聚于储氢罐12底部。此外，第二分隔物14具有可挠性，使得所述次隔间的大小为可调整的。借此，可依据不同的需求，而改变所述次隔间的疏密度，以进一步增进热传导效率，如图3所示。

请参阅图4A以及图4B，图4A为图2所示的第二分隔物14的俯视图。图4B为图2所示的第二分隔物14的侧视图。由于第二分隔物14中每一巢室的内壁皆与长轴Y相垂直，使得第二分隔物14与储氢罐12的内壁相接触的面积增加，进而增进热传导效率，如图4B所示。第二分隔物14的巢室的上下表面具有一扇形结构，如图4A所示。此外，储氢装置10进一步包含至少一第二滤片(图中未示)，第二滤片用以包覆第二分隔物14的外表面，确保微粉化的储氢合金于每一巢室中，以防止储氢罐因微粉化的储氢合金位移量太大，使得储氢罐内的应力不均而使罐体变形。由于储氢合金皆被限制于第二分隔物14的每一巢室中，本发明的储氢装置10适用于直式或横式的应用。

请参阅图5，图5为本发明的另一具体实施例的储氢装置24分解图。储氢装置24与储氢装置10主要不同之处在于，储氢装置24将储氢装置10的尾盖22替换为一控制阀16a、一第一滤片18a以及一压环20a。控制阀16a、第一滤片18a以及压环20a的功能及原理与控制阀16、第一滤片18以及压环20相同。当储氢装置24的氢气填充完成时，可同时将控制阀16以及控制阀16a打开，并且以高纯度氢气吹洗储氢罐12内部。借此，储氢罐12内不被储氢合金吸收的不纯物将可被吹出，以更加提高氢气的纯度达99.9999％以上。图5中的储氢装置24的功能与图2中的储氢装置10相同，在此不再赘述。

请参阅图6，图6为本发明的另一具体实施例的储氢装置30分解图。储氢装置30与储氢装置10主要不同之处在于储氢装置30包含一滤心(Filtercenter)32、二个第一分隔物33以及三个第二分隔物34。滤心32通过每一第一分隔物33以及每一第二分隔物34的中心，用以过滤氢气，并使得储存于下层储氢合金的氢气可以快速放出。此外，由于储氢装置30的第二分隔物34的尺寸较储氢装置10的第二分隔物14来得小，使得第二分隔物34较容易成形，且储氢合金的位移量也较小。图6中的储氢装置30的功能与图2中的储氢装置10相同，在此不再赘述。

请参阅图7，图7为本发明的另一具体实施例的储氢装置40分解图。储氢装置40与储氢装置30主要不同之处在于储氢装置40于每一第二分隔物34中，另包含一第二分隔物34。于每一第二分隔物34外，皆包覆一第二滤片46。相较于储氢装置30，储氢装置40将第二分隔物分为内外两层，可进一步减少储氢合金的位移量。此外，当储氢罐的尺寸较大时，将第二分隔物分为内外两层的设计较容易制造成形。图7中的储氢装置40的功能与图2、6中的储氢装置10、30相同，在此不再赘述。

请参阅图8至图9，图8为本发明的另一具体实施例的储氢装置50外部视图。图9为图8所示的储氢装置50的分解图。储氢装置50用以储存一储氢合金(Hydrogen storage alloy)(图中未示)。如图9所示，储氢装置50包含一储氢罐(Hydrogen storage canister)52、至少一第一分隔物(Partition)53、至少一第二分隔物54、一控制阀(Control valve)56、一第一滤片(Filter)58、一压环(Ring)60以及一上盖(Top cover)62。储氢罐52定义一长轴(Longitudinalaxis)Y。于此实施例中，储氢装置50包含二个第一分隔物53以及一个第二分隔物54。第一分隔物53为一滤片，且用以将储氢罐52分隔为至少一隔间(Compartment)。第一分隔物53还可过滤氢气，亦即仅允许氢气通过，并且可以避免储氢合金粉末跑出。此外，第一分隔物53用以包覆第二分隔物54的外表面，确保微粉化的储氢合金于每一巢室中，以防止储氢罐因微粉化的储氢合金位移量太大，使得储氢罐内的应力不均而使罐体变形。

控制阀56用以控制氢气于储氢罐52的进出。压环60用以将第一滤片58固定于控制阀56的内开口处，且第一滤片58仅允许氢气通过，使得储氢装置50于吸/放氢时，可以避免储氢合金粉末跑出。第一滤片58的孔隙设计为小于1.0微米，效果较佳。上盖62用以罩住储氢罐52的顶部，以防止氢气及储氢合金泄漏，如图8所示。

第二分隔物54用以将至少一隔间分隔为数个次隔间，储氢合金置放于所述次隔间中。第二分隔物54包含数个巢室(Cell)，每一巢室皆具有一内壁(Cell wall)并且排列成一蜂巢式结构(Honeycomb configuration)，每一巢室的内壁皆与长轴Y相垂直。储氢合金置放于第二分隔物54的每一巢室中，以减少微粉化的储氢合金积聚于储氢罐52底部。此外，第二分隔物54具有可挠性，使得所述次隔间的大小为可调整的。借此，可依据不同的需求，而改变所述次隔间的疏密度，以进一步增进热传导效率。

请参阅图10A以及图10B，图10A为图9所示的第二分隔物54的俯视图。图10B为图9所示的第二分隔物54的侧视图。由于第二分隔物54中每一巢室的内壁皆与长轴Y相垂直，使得第二分隔物54与储氢罐52的上下壁相接触的面积增加，进而增进热传导效率，如图10A所示。第二分隔物54的巢室的侧表面具有一矩形结构，如图10B所示。由于储氢合金皆被限制于第二分隔物54的每一巢室中，本发明的储氢装置50乃适用于直式或横式的应用。

请参阅图11，图11为本发明的另一具体实施例的储氢装置64分解图。储氢装置64与储氢装置50主要不同之处在于，储氢装置64另包含一控制阀56a、一第一滤片58a以及一压环60a。控制阀56a、第一滤片58a以及压环60a的功能及原理与控制阀56、第一滤片58以及压环60相同。当储氢装置64的氢气填充完成时，可同时将控制阀56以及控制阀56a打开，并且以高纯度氢气吹洗储氢罐52内部。借此，储氢罐52内不被储氢合金吸收的不纯物将可被吹出，以更加提高氢气的纯度达99.9999％以上。图11中的储氢装置64的功能与图9中的储氢装置50相同，在此不再赘述。

请参阅图12，图12为本发明的另一具体实施例的储氢装置70分解图。储氢装置70与储氢装置50主要不同之处在于储氢装置70包含三个第一分隔物73以及二个第二分隔物74。相较于储氢装置50，储氢装置70将第二分隔物分为两层，可进一步减少储氢合金的位移量。图12中的储氢装置70的功能与图9中的储氢装置50相同，在此不再赘述。

相较于公知技术，本发明的储氢装置不仅充分改善了氢气于储氢装置进出时的热传效率，并且确保微粉化的储氢合金于每一巢室中，以防止储氢罐因微粉化的储氢合金位移量太大，使得储氢罐内的应力不均而使罐体变形。本发明的储氢装置并且通过二控制阀的设计，进一步提高氢气的纯度。此外，本发明的储氢装置适用于直式或横式的应用。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims

1.一种用以储存一储氢合金的储氢装置，该储氢装置包含：

一储氢罐，该储氢罐定义一长轴；

至少一第一分隔物，该至少一第一分隔物用以将该储氢罐分隔为至少一隔间；以及

至少一第二分隔物，该至少一第二分隔物用以将该至少一隔间分隔为数个次隔间，该储氢合金置放于该数个次隔间中；

其中，该至少一第二分隔物包含数个巢室，所述巢室皆具有一内壁并且排列成一蜂巢式结构，每一所述巢室的内壁与该长轴相垂直。

2.如权利要求1所述的储氢装置，其中该储氢罐包含至少一控制阀，该至少一控制阀用以控制氢气于该储氢罐的进出。

3.如权利要求2所述的储氢装置，其中该储氢罐另包含至少一第一滤片以及至少一压环，每一该至少一压环用以将相对应的该第一滤片固定于相对应的该控制阀的底部，且该至少一第一滤片仅允许氢气通过。

4.如权利要求3所述的储氢装置，其中该至少一第一滤片的孔隙小于1.0微米。

5.如权利要求1所述的储氢装置，其中该至少一第一分隔物为一滤片。

6.如权利要求1所述的储氢装置，其中该至少一第二分隔物具有可挠性，使得所述次隔间的大小可调整。

7.如权利要求1所述的储氢装置，其中该至少一第二分隔物的巢室的侧表面具有一矩形结构。

8.如权利要求1所述的储氢装置，其中该至少一第二分隔物的巢室的上下表面具有一扇形结构。

9.如权利要求8所述的储氢装置，其中该储氢装置进一步包含一滤心，该滤心通过该至少一第一分隔物以及该至少一第二分隔物的中心，用以过滤氢气。

10.如权利要求9所述的储氢装置，其中该储氢装置进一步包含至少一第二滤片，该至少一第二滤片用以包覆该至少一第二分隔物的外表面。