CN104595708A - 一种高温储氢合金的活化及充放氢装置 - Google Patents

一种高温储氢合金的活化及充放氢装置 Download PDF

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Abstract

一种高温储氢合金的活化及充放氢装置，由仓体(1)、温度测控器(2)、真空泵(3)、氢气瓶(4)、气体分配控制器(5)和冷却空气泵(6)组成。温度测控器(2)与仓体(1)通过电源线和温度探头线相连接。真空泵(3)通过气体分配控制器(5)的管道和储氢容器连接。氢气瓶(4)为储氢容器提供氢气，氢气瓶(4)通过气体分配控制器(5)与储氢容器用管道连接。冷却空气泵(6)与仓体(1)外壳上的进气口连接。冷却空气泵(6)受温度测控器(2)的控制为仓体(1)提供冷却气体。所述的气体分配控制器(5)的一端通过管道与氢气瓶(3)连接，另一端通过管道连接置于仓体(1)内的储氢容器。

Description

一种高温储氢合金的活化及充放氢装置
技术领域
本发明涉及一种用于高温储氢合金的活化以及充氢放氢的装置。
背景技术
氢能作为一种二次新能源，正在受到全球科学家的热切关注。随着氢燃料电池汽车、便携式电源及备用电源技术的进步和发展，氢作为可移动的能源载体更加广泛被使用，因此，氢的储存和运输问题日益突出。目前，氢的存储方式十分有限。气体压缩的方式使用方便，但体积大压力高存储密度低，且具有危险性；液态储氢虽储存能量密度高，但需要绝热保温且耗能大。金属合金材料储氢皆有二者之优点，又相对安全节能方便。但也有缺点，存储能量的重量密度低。为了解决这一问题，科学技术人员寻找到了存储能量密度更高的储氢合金，如镁基合金。其存储氢的重量密度是一般AB5型储氢合金的2-3倍甚至更高。它的出现为存储氢又增加了一种解决方案。但它的特性要求其在初始使用时要经过高温(300-400℃)活化，即使在使用时也需要在较高温度下进行充放氢，而不是在室温下进行。
中国发明专利CN1499124A和实用新型专利CN 2531231Y所提供的活化充氢方法都是在室温下进行的，没有高温加热控制装置，不适用于高温储氢合金的活化和充放氢。中国专利CN102838083A所提供的是一种热致吸放氢的装置。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术不能用于高温储氢合金活化和充氢放氢的缺点，提出一种可用于400℃以下的高温储氢合金材行活化和充氢放氢的装置。
本发明由仓体、温度测控器、真空泵、氢气瓶、气体分配控制器和冷却空气泵组成。
温度测控器是为仓体提供加热电源、温度测量及温度控制的仪器，它通过电源线和温度控制线与埋在仓体的管形加热器内的温度探头相连接；真空泵通过气体分配控制器的抽气口和待活化和充氢放氢的储氢容器连接，为所述的储氢容器提供负压源，抽去储氢容器中的空气，使氢气不与空气混合。氢气瓶通过气体分配控制器的进气口和置于仓体内的储氢容器连接，为储氢容器提供氢气；冷却空气泵与仓体外壳上的进气口连接，冷却空气泵受温度测控器的控制为仓体提供冷却气体。
所述的气体分配控制器控制所述的储氢容器高压氢气的双向通断，以及氢气的流量。并且，气体分配控制器控制真空泵，为储氢容器提供负压。
仓体是一个为待活化和吸放氢的储氢容器提供加热、冷却和保温的管状容器，为多层结构的管形体，由内管、外环形挡板、绝热环形挡板、进气口、管形加热器、保温层和外壳组成，内管中放置需要进行活化或充氢放氢的储氢容器。
所述仓体内管的外壁的中间部分沿圆周方向均布有轴向加工的通气沟槽，内管两端的外壁加工有环形沟槽，管形加热器紧贴于内管外壁沟槽外；保温层包裹在管形加热器的外层。
所述的内管为仓体的最内层，用导热良好的铜或铝等金属材料加工而成。该内管内孔的内径和长度根据放置在仓体内管内的储氢容器的尺寸设计，以使储氢容器放置在内管中的加热区范围之内。内管内径的尺寸应大于储氢容器外径尺寸，以便于热量的传导。
所述内管两个的端部上均套有外环形挡板和绝热环形挡板，外环形挡板和绝热环形挡板与内管外璧、外壳内璧在内管的两端组成两个环形气腔，一个为进气环形气腔，一个为出气环形腔。
所述内管的外壁圆周的轴向方向上开有通气沟槽，通气沟槽沿内管外壁圆周均匀分布。从冷却空气泵泵出的冷却气体在温度测控器的控制下进入仓体外壳上的进气口，通过所述的进气环形腔，再沿内管外壁轴向的通气沟槽进入出气环形气腔，从仓体外壳上的出气口排出。冷却气体通过冷却仓体的内管来冷却储氢容器。位于内管外壁的通气沟槽外周的管形加热器由绝缘材料包裹的电阻发热体构成。管形加热器内设有温控探头，温控探头埋设在包裹电阻发热体的绝缘材料中，该温控探头的连接线与温度测控器相连。根据温控探头采集的温度数据，温度测控器控制管形加热器的通断。管形加热器的外层包裹有由石棉或玻璃纤维组成的管形保温层，保温层使管形加热器所产生的热量更多地集中在内管上而不向外扩散。位于仓体最外层的外壳用于保护保温层及整个仓体。
所述内管一端的端口封堵有绝热块，使内管内的温度不向外散发。若装有储氢合金的储氢容器是管状容器，内管中的储氢容器两端的端口都有连接管路通过，则可去除绝热块。放在仓体内管内的储氢容器的容器口装有耐高温的阀门，该阀门通过连接管与外设的气体分配控制器连接。
本发明的工作过程如下：
储氢容器中的高温储氢合金在首次使用前需要进行活化。当储氢容器中的高温储氢合金需要活化时，先启动真空泵，将储氢容器中的空气抽出。到达一定的真空度后，停止抽真空，关闭真空泵及相应的阀门，打开氢气瓶，使氢气通过气体分配控制器相应的管路和阀门进入储氢容器。通过设定气体分配控制器中的氢气压力，使储氢容器中的氢气压力升高到高温储氢合金活化所需的压力并保压，等待高温储氢合金活化。同时，由温度测控器通过仓体中的管形加热器将储氢容器中的高温储氢合金加热到该合金所需的活化温度并保温，当储氢容器中的高温储氢合金同时满足该高温储氢合金所需要的压力和温度条件后。经过一定的时间，储氢容器中的高温储氢合金在设定的压力和温度下开始活化并吸收氢气，达到了活化高温储氢合金的目的。
当装有高温储氢合金的储氢容器处于已活化状态需要充或放氢气时，首先由温度测控器通过仓体中的管形加热器加热内管，使储氢容器中的高温储氢合金加热到该合金所需的充或放氢气的温度，然后根据该合金吸或放氢气的要求进行充或放氢气。由于已活化的储氢容器中的高温储氢合金在充氢气过程，即合金处于吸收氢气时是放热过程，需要通过温度测控器启动冷却空气泵，将室温的空气导入仓体外壳上的进气口，进入由环形挡板、绝热环形挡板和内管外管壁共同构成的进气环形腔，分散气流后，气体沿内管外壁上的轴向通气沟槽从仓体外壳上另一端的出气环形腔及出气口排出，冷却气体通过冷却内管来冷却储氢容器。同时受温度测控器的控制，储氢容器保持所需要的温度，使储氢容器中的高温储氢合金吸收氢气。高温储氢合金在释放氢气时是吸热过程，这时温度测控器通过仓体中的管形加热器将储氢容器中的高温储氢合金加热到该储氢合金需要释放氢气的温度并保温，直到放氢过程完成。从储氢容器中放出的氢气可排空或供给需要氢气的设备。
附图说明
图1本发明结构组成框图；
图2仓体外观示意图；
图3仓体内部结构轴向剖面示意图；
图4仓体内部结构径向剖面示意图；
图中：1仓体，2温度测控器，3真空泵，4氢气瓶，5气体分配控制器，6冷却空气泵，101内管，102进气环形腔，103外环形挡板，104进气口，105绝热环形挡板，106管形加热器，107保温层，108外壳，109绝热堵块，110储氢容器，111出气环形腔，112出气口，113温控探头，114阀门，115连接管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明由仓体1、温度测控器2、真空泵3、氢气瓶4、气体分配控制器5和冷却空气泵6组成。温度测控器2为仓体1提供加热电源、测量温度及控制温度，温度测控器2与仓体1通过电源线和温度探头线相连接。真空泵3为待活化和充氢放氢的储氢容器110110提供负压源，抽除储氢容器中的空气，使氢气不与空气混合。真空泵3通过气体分配控制器5的管道和所述的储氢容器110连接；氢气瓶4为储氢容器110提供氢气，氢气瓶4通过气体分配控制器5与储氢容器110用管道连接；冷却空气泵6与仓体1外壳上的进气口连接，冷却空气泵6受温度测控器2的控制为仓体1提供冷却气体。
所述的气体分配控制器5的一端通过管道与氢气瓶4连接，气体分配控制器5的另一端通过管道连接置于仓体1内的储氢容器110。气体分配控制器5控制储氢容器110高压氢气的双向通断，并控制氢气的流量；气体分配控制器5的另一个功能是控制真空泵3，为待活化和充氢放氢的储氢容器110提供负压即抽真空。
仓体1是一个为待活化和充氢放氢的储氢容器110提供加热、冷却和保温的管状容器，为多层结构，由内管101、外环形挡板103、绝热环形挡板105、进气口104、管形加热器106、保温层107和外壳108组成。内管101中放置待活化或充氢放氢的储氢容器110。
所述的内管101的两端上套有外环形挡板103和绝热环形挡板105，外环形挡板103、绝热环形挡板105与内管101的外璧和外壳内璧在内管101的两端组成两个环形气腔，一个为进气环形气腔102，一个为出气环形腔111。仓体1的内管101内放置需要进行活化或充放氢的储氢容器。
如图2、图3和图4所示，所述的仓体1为给储氢容器提供升温、保温和冷却的装置。仓体1的内管101采用导热良好的铜或铝等金属材料加工而成，内管101位于仓体1的最内层，内管101内孔管壁光滑，外壁的中间部分沿圆周方向均布有轴向加工的通气沟槽，管形加热器106紧贴于内管101外壁通气沟槽外周，保温层107包裹在管形加热器106的外层。内管101两端的外壁加工有环形沟槽。
待活化或充放氢的储氢容器110放置在内管101内，内管101的内经和长度根据储氢容器110的大小设计，以保证需要活化的储氢容器放置在内管的加热区之内。内管101的内径应大于储氢容器的外径，但不需要太大，以便减小热阻，利于热量的传导。在储氢容器110需要冷却时，冷却气体从仓体外壳上的进气口104进入进气环形腔102。进气环形腔102由所述内管101两端外壁上的环形沟槽、环形挡板103和绝热环形挡板105及外壳108的内壁共同构成。进气环形腔102起到均分气流的作用。冷却气体沿内管101外壁圆周上的轴向通气沟槽流动，从仓体1另一端的出气环形腔111及仓体外壳上的出气口112排出。冷却气体通过冷却内管101来冷却储氢容器110。管形加热器106紧贴在内管101外壁通气沟槽外周，管形加热器106由绝缘材料包裹的电阻发热体构成。管形加热器106内设有温控探头113，温控探头113埋设在包裹电阻发热体的绝缘材料中。该温控探头的连接线与外设的温度测控器2相连。储氢容器的加热温度可通过设置其中的温控探头113采集数据，由温度测控器2进行控制。管形加热器106的外层是由石棉或玻璃纤维组成的保温层107，保温层107保护管形加热器106所产生的热量更多地集中在内管101上而不向外扩散。外壳108位于保温层107的外层，是整个仓体的结构件。堵在内管101另一端的绝热块109保证内管101内的温度不从该处向外散发。若装有储氢合金材料的储氢容器110不是瓶状而是管状容器，内管101另一端处如有连接管路通过，则可不设置绝热块109，但仍然要使储氢容器110处在管内加热区内。储氢容器110的瓶口装有耐高温的阀门112和连接管113，阀门112和连接管113连接气体分配控制器6。气体分配控制器6的功能是控制储氢容器110进出氢气的通断及抽真空和各种转换。
当装有高温储氢合金的储氢容器110需要活化时，先启动真空泵3将储氢容器110中的空气抽出，到达一定的真空度后，停止抽真空，关闭真空泵及相应的阀门，打开氢气瓶4，使氢气通过气体分配控制器6相应的管路和阀门通入储氢容器110。根据储氢合金的特性要求，通过设定气体分配控制器6对储氢容器110的氢气压力，当储氢容器110中的氢气压力升高到这种储氢合金活化所需的压力时，保持压力。同时，由温度测控器2通过仓体1中的管形加热器106将内管101加热，热量传导到储氢容器110中的高温储氢合金，使高温储氢合金被加热到所需的活化温度，保温并等待活化。经过一定的时间，储氢容器110中的高温储氢合金在设定的压力和设定温度下开始活化并吸氢。从而达到了高温储氢合金活化的目的。
当装有高温储氢合金的储氢容器110处于已活化状态，需要充氢或放氢时，首先由温度测控器2通过仓体1中的管形加热器106将内管101加热，热量传导到储氢容器110中的高温储氢合金中。当加热到该种高温储氢合金所需的充氢或放氢的温度后，可根据该高温合金充氢或放氢的要求进行充氢或放氢。由于储氢容器110中的高温储氢合金在充氢(合金吸氢)是放热过程，需要通过温度测控器2的控制，启动冷却空气泵7，将室温的空气泵入仓体1外壳108的进气口104。冷却气体进入内管101的端部外壁的环形沟槽，环形挡板103和绝热环形挡板105及外壳108的内壁共同构成的进气环形腔102后，由于进气环形腔102的均分气流作用，冷却气体沿内管101外壁的轴向通气沟槽，环绕着内管101外壁从仓体的另一端的出气环形腔111经过，并由出气口112排出。冷却气体通过冷却内管101传到储氢容器110冷却储氢合金。同时受温度测控器2加热或冷却的控制，储氢容器110保持该储氢合金所需要的温度。储氢合金放氢时是吸热过程，这时需要温度测控器2通过仓体1中的管形加热器106将内管101加热，热量传导到储氢容器110中的高温储氢合金中，加热到高温储氢合金所需放氢的温度并加以保持，高温储氢合金即可放氢，完成放氢的全过程。放出的氢气通过气体分配控制器5供给需要氢气的设备，也可以排空。由于本发明的仓体1具有能使储氢容器110升温、保温和冷却的功能，高温储氢合金才能够实现活化、充氢和放氢。

Claims (3)

1.一种高温储氢合金的活化及充放氢装置，其特征在于，所述的装置由仓体(1)、温度测控器(2)、真空泵(3)、氢气瓶(4)、气体分配控制器(5)和冷却空气泵(6)组成；温度测控器(2)为仓体(1)提供加热电源、测量温度及控制温度，温度测控器(2)与仓体(1)通过电源线和温度探头线相连接；真空泵(3)为待活化或充氢放氢充氢放氢的储氢容器提供负压源；真空泵(3)通过气体分配控制器(5)的管道和储氢容器连接；氢气瓶(4)为储氢容器提供氢气，氢气瓶(4)通过气体分配控制器(5)与储氢容器用管道连接；冷却空气泵(6)与仓体(1)外壳上的进气口连接，冷却空气泵(6)受温度测控器(2)的控制为仓体(1)提供冷却气体；所述的气体分配控制器(5)的一端通过管道与氢气瓶(3)连接，另一端通过管道连接置于仓体(1)内的储氢容器。
2.按照权利要求1所述的高温储氢合金的活化及充放氢装置，其特征在于，所述的仓体(1)由内管(101)、外环形挡板(103)、绝热环形挡板(105)、进气口(104)、管形加热器(106)、保温层(107)和外壳(108)组成；
所述的内管(101)位于仓体(1)的最内层，内管(101)中放置有所述的储氢容器；内管(101)的外壁的中间部分沿圆周方向均布有轴向布置的通气沟槽，管形加热器(106)紧贴于所述通气沟槽的外周；内管(101)两端的外壁加工有环形沟槽；保温层(107)包裹在管形加热器(106)的外层，外壳(108)位于保温层(107)的外层；
所述的内管(101)的两端均套有外环形挡板(103)和绝热环形挡板(105)，外环形挡板(103)、绝热环形挡板(105)与内管(101)的外璧和外壳内璧在内管(101)的两端组成两个环形气腔：进气环形气腔(102)和出气环形腔(111)。
3.按照权利要求1或2所述的的高温储氢合金的活化及充放氢装置，其特征在于，所述的管形加热器(106)内设有温控探头(113)；温控探头(113)埋设在管形加热器包裹电阻发热体的绝缘材料中；所述的温控探头(113)的连接线与所述的温度测控器(2)相连。
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