CN104676239A - 一种金属氢化物储氢装置 - Google Patents

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李志念
刘晓鹏
蒋利军
王树茂
袁宝龙
郭秀梅
赵旭山
姬江峰
邱昊辰
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Abstract

本发明公开了属于储氢技术领域的一种金属氢化物储氢装置。该装置由阀门、前盖、气路管、瓶口接头、卡套、密封垫圈、过滤片、外壳、风扇、纵向换热翅片管、储氢容器、储氢材料床体、多孔导气管组成。瓶口接头通过密封垫圈和卡套分别连接储氢瓶体与气路管；气路管通过过滤片和多孔导气管、阀门连接；外壳上安装有前盖和两个风扇，内部装有纵向换热翅片管和储氢瓶；储氢瓶体内有储氢材料床体和多孔导气管。本发明的金属氢化物储氢装置结构简单，制造加工容易；设置的纵向换热翅片管在提高储氢容器的换热效率的同时，也可保证储氢容器均匀换热，确保储氢容器内部的储氢材料床体放氢的均匀性，大幅提高放氢性能。

Description

一种金属氢化物储氢装置
技术领域
本发明属于氢能领域的储氢技术，特别涉及一种金属氢化物储氢装置。
背景技术
随着社会的发展，煤、石油、天然气等化石燃料已无法满足人类日益增长的需求，同时化石燃料的使用又造成了生态环境的恶化，如温室效应。另外，煤、石油、天然气等为不可再生资源，且在地球上的储量有限，人类不可能一直依赖于它们。因此许多国家都在研究和开发新的替代能源，如风能、太阳能、氢能、核能、生物质能、水能、海洋能等。氢的燃烧热值高，每千克氢燃烧后的能量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍；氢燃烧的产物是水，对环境零污染；氢是宇宙中分布最广泛的物质，其构成了宇宙总质量的75%，在地球的储量极其丰富，可再生和重复利用，因此氢能被认为是人类最理想的能源，得到了全世界的广泛关注。
燃料电池是氢能应用的重要方式之一，具有高效、环保、低噪等诸多优点，在交通运输、备用电源等领域具有良好的应用前景。金属氢化物储氢是一种固态储氢技术，与高压氢瓶和液氢相比，金属氢化物储氢压力低，安全，灵活，且体积小，是燃料电池的理想氢源。但是金属氢化物储氢也存在不足，例如金属氢化物放氢是个吸热过程，若换热不充分，温度迅速降低，会导致金属氢化物无法快速放氢，使得无法满足燃料电池的要求。专利CN2861702Y、CN1609499A、CN201562717U及CN2658543Y等提供的金属氢化物储氢装置，在储氢罐外部设置了方形套管换热翅片，增加了储氢罐与环境的换热面积，提高了换热效率，但是其存在的最大缺点是换热不均匀，储氢装置朝向热源的一侧可有效获取热量，但另一侧则无法获得热量，这会致使储氢罐两侧温度不均匀，同时储氢罐内的不同位置的储氢合金放氢也不均匀，从而影响储氢装置的放氢性能。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种金属氢化物储氢装置，其特征在于，该装置由阀门1、前盖2、气路管3、瓶口接头4、卡套5、密封垫圈6、过滤片7、外壳8、风扇9、纵向换热翅片管10、储氢瓶体11、储氢材料床体12、多孔导气管13组成；
瓶口接头4的一端通过密封垫圈6与储氢瓶体11连接密封，另一端由卡套5与气路管3连接；气路管3通过过滤片7和多孔导气管13连接，另一端和阀门1连接；外壳8上靠近阀门1一端安装前盖2，背离阀门1一端安装两个风扇9；纵向换热翅片管10和储氢瓶体11置于外壳8中；储氢瓶体11内有储氢材料床体12和多孔导气管13，储氢瓶体11放置于纵向换热翅片管10内；不锈钢多孔导气管13置于储氢材料床体12中心位置。
所述前盖2上面置有条形散热孔。
所述纵向换热翅片管10由基管和翅片组成，材质为铝或铝合金，其基管内径与储氢瓶体11外径相同，翅片的方向与储氢瓶体11纵向一致，翅片数量为4片～60片，厚度为0.1mm～3mm。
所述储氢瓶体11为铝合金无缝瓶，瓶体外径25mm～250mm，容积0.1L～15L，工作压力达20MPa；储氢瓶体11的数量根据实际使用需求任意选择。
所述储氢瓶体11和纵向换热翅片管10的接触面上涂覆一层薄导热硅脂，减少两者间的接触热阻。
所述储氢材料床体12为储氢材料与导热纤维的均匀混合物。
所述储氢材料为稀土系AB5型、钛系AB2型和AB型、钛钒固溶体型储氢材料中的一种或几种。
所述导热纤维的材质为铝、铜和碳中的一种或几种。
所述储氢材料与导热纤维的质量比在98:2～90:10之间。
所述过滤片7和多孔导气管13为铜粉或不锈钢粉的烧结体，过滤精度为0.5微米～5微米。
发明的有益效果：1）本发明提供的储氢装置结构简单，制造加工容易；2）设置的纵向换热翅片管可以增加换热面积，提高储氢容器的换热效率，由于翅片的方向与储氢装置内的储氢瓶体纵向一致，可保证储氢容器均匀换热，确保储氢容器内部的储氢材料床体放氢的均匀性，放氢性能大幅提高；3）装置自带有换热风扇，当与空冷型燃料电池联用时，可充分利用燃料电池运行时所产生的废热。
附图说明
图1是本发明提供的金属氢化物储氢装置的结构示意图（剖视）；
图2是本发明提供的金属氢化物储氢装置的外形示意图；
图3是纵向换热翅片的结构示意图；
图4是本发明实施例的金属氢化物储氢装置的放氢曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明不局限于下面实施例。
如图1和图2所示分别为本发明提供的金属氢化物储氢装置的结构示意图（剖视）和外形示意图，该装置由阀门1、前盖2、气路管3、瓶口接头4、卡套5、密封垫圈6、过滤片7、外壳8、风扇9、纵向换热翅片管10、储氢瓶体11、储氢材料床体12、多孔导气管13组成；
瓶口接头4的一端通过密封垫圈6与储氢瓶体11连接密封，另一端由卡套5与气路管3连接；气路管3通过过滤片7和多孔导气管13连接，另一端和阀门1连接；外壳8上靠近阀门1一端安装前盖2，背离阀门1一端安装两个风扇9；纵向换热翅片管10和储氢瓶体11置于外壳8中；储氢瓶体11内有储氢材料床体12和多孔导气管13，储氢瓶体11放置于纵向换热翅片管10内。
过滤片7采用粉末冶金方法制成的铜粉或不锈钢烧结体，过滤精度为0.5～5微米，可有效阻挡储氢材料粉末，同时保证氢气在储氢材料床体12中的畅通。
外壳8由1mm厚的不锈钢板制成。风扇9的外形尺寸与外壳8一致。
储氢瓶体11是采用旋压工艺制成的铝合金无缝瓶，其外径为59mm，容积为0.5L，其工作压力可达20MPa；将钛系AB2型储氢合金(TiZr)1.0(VFeCrMn)2.0和铝纤维（导热材料）按质量比为95：5混合均匀后装入储氢瓶体11中，形成储氢材料床体12。
由粉末冶金方法制成的直径为6mm的不锈钢多孔导气管13置于储氢材料床体12的中心位置。
如图3所示为纵向换热翅片的结构示意图，纵向换热翅片管10由热导率高的铝铝合金制成，由基管和翅片组成，基管内径为59mm，厚2mm，翅片共36片，厚度为0.5mm，基管、翅片与外壳8之间形成纵向通道，在2个储氢瓶体11外表面均匀涂覆一层薄导热硅脂，并放置于纵向换热翅片管10内。
本实施例的金属氢化物储氢装置放氢时，风扇9产生的风，经纵向换热翅片管10的纵向通道通过，并从前盖2的条形散热孔排出，这种换热方式最大的优点是，能保证储氢容器不同位置的均匀换热，可确保储氢材料床体12不同部位同时放氢，从而有效提升金属氢化物储氢装置的性能。
图4是本发明实施例的金属氢化物储氢装置的放氢曲线，其中，金属氢化物储氢装置以10SL/min氢气流量放氢时，氢气压力（曲线A）、放氢流量（曲线B）和累积放氢量（曲线C）随时间的变化曲线。可见，本发明实施例的金属氢化物储氢装置总放氢量为715SL（标准升），其在10SL/min氢气流量可以稳定工作58min，放氢580SL，占总放氢量的81%，具有很好的放氢性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种金属氢化物储氢装置，其特征在于，该装置由阀门（1）、前盖（2）、气路管（3）、瓶口接头（4）、卡套（5）、密封垫圈（6）、过滤片（7）、外壳（8）、风扇（9）、纵向换热翅片管（10）、储氢瓶体（11）、储氢材料床体（12）、多孔导气管（13）组成；
瓶口接头（4）的一端通过密封垫圈（6）与储氢瓶体（11）连接密封，另一端由卡套（5）与气路管（3）连接；气路管（3）通过过滤片（7）和多孔导气管（13）连接，另一端和阀门（1）连接；外壳（8）上靠近阀门（1）一端安装前盖（2），背离阀门（1）一端安装两个风扇（9）；纵向换热翅片管（10）和储氢瓶体（11）置于外壳（8）中；储氢瓶体（11）内有储氢材料床体（12）和多孔导气管（13），储氢瓶体（11）放置于纵向换热翅片管（10）内；不锈钢多孔导气管（13）置于储氢材料床体（12）中心位置。
2.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述前盖（2）上面置有条形散热孔。
3.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述纵向换热翅片管（10）由基管和翅片组成，材质为铝或铝合金，其基管内径与储氢瓶体（11）外径相同，翅片的方向与储氢瓶体（11）纵向一致，翅片数量为4片～60片，厚度为0.1mm～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述储氢瓶体（11）为铝合金无缝瓶，瓶体外径25mm～250mm，容积0.1L～15L，工作压力达20MPa；储氢瓶体（11）的数量根据实际使用需求任意选择。
5.根据权利要求2、3所述的一种金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述储氢瓶体（11）和纵向换热翅片管（10）的接触面上涂覆一层薄导热硅脂，减少两者间的接触热阻。
6.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述储氢材料床体（12）为储氢材料与导热纤维的均匀混合物。
7.根据权利要求6所述的一种金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述储氢材料为稀土系AB5型、钛系AB2型和AB型、钛钒固溶体型储氢材料中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的一种金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述导热纤维的材质为铝、铜和碳中的一种或几种。
9.根据权利说明6～8所述的一种金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述储氢材料与导热纤维的质量比在98:2～90:10之间。
10.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述过滤片（7）和多孔导气管（13）为铜粉或不锈钢粉的烧结体，过滤精度为0.5微米～5微米。
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