CN106594518A - 一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置 - Google Patents

一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置，属于储氢技术领域。该装置由阀门、保护罩、上盖、密封胶垫、螺栓螺母、外壳、储氢瓶体、储氢合金、导气管、缺角方形翅片管、隔离板、氢气管路、卡套组、瓶口接头、瓶口密封垫、瓶体固定螺母、瓶体密封垫、过滤片、循环水出入口组成，其中多个缺角方形翅片管套置于储氢瓶体外围，与隔离板之间形成循环水的通道，缺角方形翅片管所缺失的一个角作为循环水的通路。本发明的金属氢化物储氢装置结构简单，制造加工容易，与现有相类似的金属氢化物储氢装置相比具有更佳的换热效果和更优异的放氢性能。

Description

一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置
技术领域
本发明属于储氢技术领域，具体涉及一种具有高效换热的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，一方面，化石燃料的使用又造成了生态环境的恶化，如温室效应；另一方面，煤、石油、天然气等为不可再生资源，在地球上的储量有限。因此，世界各国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，且可再生和重复利用，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，其应用也呈现逐年增加的趋势。
燃料电池是氢能应用的重要方式，具有高效、环保、重量轻、噪音小等诸多优点，在交通运输、移动式电源、分布式发电以及备用电源等领域具有良好的应用前景。氢燃料电池采用氢气作为燃料，需要有稳定可靠的氢源。目前，较为实用的储氢方式主要有三种：高压容器储氢(如钢瓶)、低温液氢储氢(低温杜瓦罐)及金属氢化物储氢。金属氢化物储氢是利用氢气与储氢合金的反应来实现氢气的储存，与其他储氢方式相比，具有体积储氢密度高、安全性好、氢气纯度高等优点，是氢燃料电池的理想氢源。由于储氢材料放氢时需要吸收大量热量，比如LaNi5储氢合金，其放氢焓变达31kJ/molH2，由LaNi5合金制成的金属氢化物储氢装置，当在没有外界供热或者供热效率很低的情况下放氢，其内部温度会急剧降低至-15℃以下，导致储氢合金的放氢平衡压降低，降低其放氢速率甚至停止放氢，为保证金属氢化物储氢装置的放氢性能，应提高储氢装置的换热能力和换热的均匀性。质子交换膜氢燃料电池在运行过程中会产生一定的废热，有的质子交换膜氢燃料电池采用纯水对燃料电池进行冷却，其循环冷却水的温度一般在50～70℃之间。当金属氢化物储氢装置为质子交换膜氢燃料电池供氢是，质子交换膜氢燃料电池的循环冷却水正好可以为金属氢化物储氢装置进行加热，相对应，金属氢化物储氢装置也可当做燃料电池的冷却装置，从而提高整个系统的能量利用效率。质子交换膜氢燃料电池的循环冷却水的流量由其自身的功率等决定，流量增加，水泵的功率也相应增大，而燃料电池的输出功率就减小。因此，改进金属氢化物储氢装置的换热结构，提高换热效率，在提高金属氢化物储氢装置的放氢性能的同时也可以提高整个燃料电池系统的能量效率和输出功率。
发明内容
本发明针对现有储氢装置换热能力低、换热均匀性不好的不足，提供了一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置，其特征在于：
该装置由阀门1、保护罩2、上盖3、密封胶垫4、螺栓螺母5、外壳6、储氢瓶体7、储氢合金8、导气管9、缺角方形翅片管10、隔离板11、氢气管路12、卡套组13、瓶口接头14、瓶口密封垫15、瓶体固定螺母16、瓶体密封垫17、过滤片18、循环水出入口19组成，瓶口接头14的一端通过瓶口密封垫15与储氢瓶体7连接密封，另一端由卡套组13与氢气路管12连接，其中储氢瓶体7置于外壳6内，多个缺角方形翅片管10套置于储氢瓶体7外围，与隔离板1之间形成循环水的通道，缺角方形翅片管10所缺失的一个角作为循环水的通路。
所述缺角方形翅片管10由圆管和缺角方形翅片组成，其中圆管的内径略大于储氢瓶体7的外径，圆管可将缺角方形翅片之间分隔定位，同时与储氢瓶体7紧密接触；缺角方形翅片缺失一个角，多个缺角方形翅片管10以缺角对角交替的方式布置。
所述隔离板11隔离空间与缺角方形翅片管10的外形尺寸相匹配，并在循环水的各个通道上设置有短板。
所述导气管9和过滤片18为多孔金属烧结体，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合金8中的畅通。
本发明的优点为：
本发明提供的一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置结构简单，制造加工容易；设置的缺角方形翅片管与隔离板之间形成循环水通道，既增加储氢瓶体的换热面积，又增加了循环水在金属氢化物储氢装置内的的行程，进一步提高了换热效果，另外也保证了金属氢化物储氢装置内各个储氢瓶体的换热均匀性，与现有的金属氢化物储氢装置相比具有更佳的换热效果。
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是金属氢化物储氢装置的外形示意图；
图3是缺角方形翅片管结构示意图；
图4是缺角方形翅片管布置示意图；
图5是实施例中金属氢化物储氢装置的放氢曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置，下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步说明，但本发明不局限于实施例。
图1和图2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、保护罩2、上盖3、密封胶垫4、螺栓螺母5、外壳6、储氢瓶体7、储氢合金8、导气管9、缺角方形翅片管10、隔离板11、氢气管路12、卡套组13、瓶口接头14、瓶口密封垫15、瓶体固定螺母16、瓶体密封垫17、过滤片18、循环水出入口19组成。
导气管9和过滤片18为多孔金属烧结体，过滤精度为0.5微米，用于阻挡储氢材料粉末，同时保证氢气在储氢合金8中的畅通；
金属氢化物储氢装置内共设有六个储氢瓶体7；
储氢瓶体7为铝合金无缝瓶，外径50mm，直筒长300mm，水容积为450ml，内部装填2kg的LaNi5-xCox储氢合金8；中心位置设有直径为6mm的导气管9；
缺角方形翅片管10由圆管和缺角方形翅片组成，结构如图3所示，材质为铝合金，圆管内径为50.5mm，与储氢瓶体7的外径过盈配合，圆管长10mm，缺角方形翅片边长为60mm，其缺角作为循环水的通路。
储氢瓶体7外围共设有三十个缺角方形翅片管10，三十个缺角方形翅片管10以缺角对角交替的方式进行布置，如图4所示。
外壳6内部尺寸为长184mm，宽122mm，深325mm，由隔离板11分割成六个腔室，六个腔室的截面尺寸为60mm六60mm，用于放置储氢瓶体7和缺角方形翅片管10，外壳6的下端设有通径为10mm的循环水出入口19，隔离板11在循环水流通的地方设置为短板，该短板比其他隔板短10mm。
金属氢化物储氢装置在放氢时，循环热水通过循环水入口进入储氢装置，循环水经缺角方形翅片管与隔离板之间的通路以及隔离板的短板通过，最后从循环水出口排出。这种换热结构具有的优点是：循环水行程大，在相同的循环水流量条件下，大幅提高换热效率，另外还可保证金属氢化物储氢装置内各个储氢瓶体的换热均匀，从而有效提升金属氢化物储氢装置的放氢性能。
图5是本发明实施例的金属氢化物储氢装置在室温、1.5MPa下充氢后，在45℃循环水加热下，以13SL/min的氢气流量放氢时(1kW氢燃料电池所需的氢气流量约为13SL/min)，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。从放氢结果可知，本发明实施例的金属氢化物储氢装置总放氢量2003SL，储氢装置在13SL/min氢气流量下的稳定持续供氢150min，持续供氢量为1976SL，占总放氢量的98.6％，表现出极佳的放氢性能。

Claims (4)

1.一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置，由阀门(1)、保护罩(2)、上盖(3)、密封胶垫(4)、螺栓螺母(5)、外壳(6)、储氢瓶体(7)、储氢合金(8)、导气管(9)、缺角方形翅片管(10)、隔离板(11)、氢气管路(12)、卡套组(13)、瓶口接头(14)、瓶口密封垫(15)、瓶体固定螺母(16)、瓶体密封垫(17)、过滤片(18)、循环水出入口(19)组成，瓶口接头(14)的一端通过瓶口密封垫(15)与储氢瓶体(7)密封连接，另一端由卡套组(13)与氢气路管(12)连接，其特征在于，所述缺角方形翅片管(10)套置于储氢瓶体(7)外围，与隔离板(11)之间形成循环水的通道。
2.根据权利要求1所述的一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述缺角方形翅片管(10)由圆管和缺角方形翅片组成，其中圆管的内径略大于储氢瓶体(7)的外径，圆管将缺角方形翅片之间分隔定位，同时与储氢瓶体(7)紧密接触；缺角方形翅片缺失一个角，多个缺角方形翅片管(10)以缺角对角交替的方式布置。
3.根据权利要求1所述的一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述隔离板(11)隔离空间与缺角方形翅片管(10)的外形尺寸相匹配，并在循环水的各个通道上设置有短板。
4.根据权利要求1所述的一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述根据权利要求1所述的一种具有高效换热的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述导气管(9)和过滤片(18)为多孔金属烧结体，过滤精度为0.5～5微米。
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