CN107664456B - 金属氢化物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属氢化物反应器，包括：多层反应床，每层反应床在多层反应床的叠加方向上具有上下两层结构，其中下层为复合材料层，复合材料层含有储氢合金和/或金属氢化物；上层为导热层，导热层用于吸收储氢合金和氢气反应生成的热量或者为金属氢化物反应提供热量，其中相邻两层反应床之间设置有间隙，间隙形成供氢气输送的氢气通道。本发明的金属氢化物反应器具有多层反应床结构，并且还具有多个用于输送氢气的氢气通道，增大了氢气的流通范围，使得氢气与复合材料层中的储氢合金和/或金属氢化物接触更加充分，提高了金属氢化物的反应效率。

Description

金属氢化物反应器

技术领域

本发明涉及工业换热领域，特别涉及一种金属氢化物反应器。

背景技术

一些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量吸收氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，这些金属氢化物如果吸收一定热量，又会分解，将储存在其中的氢释放出来。因此，金属氢化物可以被用来制冷或制热，这种利用金属与氢气反应来制冷或制热的装置就叫做金属氢化物反应器。

目前的金属氢化物反应器主要为圆柱管状反应器，该反应器的外层为金属氢化物层，中心管道流通换热介质以将反应产生的热量/冷量导出，但是，这种反应器换热介质换热面积较小，换热能力较差。另外，圆柱管状反应器还包括一种金属氢化物合金位于圆柱中心，换热介质位于金属氢化物合金外侧的反应器，这种反应器由于金属氢化物合金表面积小，无法与氢气充分接触，因此反应效率较低。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的金属氢化物反应器。

本发明一个进一步的目的是提高金属氢化物的反应效率。

本发明的另一个进一步的目的是提高换热效率。

本发明的另一个进一步的目的是使得金属氢化物的反应稳定。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种金属氢化物反应器，包括：多层反应床，每层反应床在多层反应床的叠加方向上具有上下两层结构，其中下层为复合材料层，复合材料层含有储氢合金和/或金属氢化物，储氢合金与氢气反应生成金属氢化物并放出热量，或者金属氢化物吸收热量反应生成储氢合金与氢气；上层为导热层，导热层用于吸收储氢合金和氢气反应生成的热量或者为金属氢化物反应提供热量，其中相邻两层反应床之间设置有间隙，间隙形成供氢气输送的氢气通道，间隙的至少部分边缘与金属氢化物反应器的外部连通以形成氢气进出口，氢气进出口允许外界的氢气进入间隙并与储氢合金反应，或者金属氢化物反应生成氢气由氢气进出口排出。

可选地，储氢合金和/或金属氢化物为粉末状态，以增大与氢气接触的表面积，提高反应效率。

可选地，复合材料层的主体为多孔金属，储氢合金和/或金属氢化物填充于多孔金属的孔隙内，以抑制粉末状态的储氢合金和/或金属氢化物的流动。

可选地，每层导热层内部至少设置有一条供换热介质流通的换热介质通道，换热介质由换热介质通道的通道入口进入导热层，与导热层进行热交换后，由换热介质通道的通道出口流出导热层。

可选地，换热介质通道为多条，多条换热介质通道在导热层所在平面内并排设置。

可选地，换热介质通道的横截面为三角形，以增加与导热层的换热接触面积。

可选地，换热介质为水。

可选地，每层反应床均设置有至少一条贯穿通道，贯穿通道垂直于反应床所在平面并连通与反应床相邻的两层间隙，以使得每一个氢气通道内的气压均衡。

可选地，每个导热层的上表面均设置有保温绝缘层，以防止导热层与氢气或金属氢化物反应器的外部进行换热。

可选地，每个复合材料层的下表面均设置有保护滤网，以防止储氢合金和/或金属氢化物落入氢气通道。

本发明提供了一种金属氢化物反应器，包括：多层反应床，每层反应床在多层反应床的叠加方向上具有上下两层结构，其中下层为复合材料层，复合材料层含有储氢合金和/或金属氢化物；上层为导热层，导热层用于吸收储氢合金和氢气反应生成的热量或者为金属氢化物反应提供热量，其中相邻两层反应床之间设置有间隙，间隙形成供氢气输送的氢气通道，间隙的至少部分边缘与金属氢化物反应器的外部连通以形成氢气进出口，氢气进出口允许外界的氢气进入间隙并与储氢合金反应，或者金属氢化物反应生成氢气由氢气进出口排出。本发明的金属氢化物反应器具有多层反应床结构，并且还具有多个用于输送氢气的氢气通道，增大了氢气的流通范围，使得氢气与复合材料层中的储氢合金和/或金属氢化物接触更加充分，提高了金属氢化物的反应效率。

进一步地，每层导热层内部至少设置有一条供换热介质流通的换热介质通道，换热介质由换热介质通道的通道入口进入导热层，与导热层进行热交换后，由换热介质通道的通道出口流出导热层，在具有良好导热性能的导热层内部设置换热介质通道，提高了反应器的换热效率。

更进一步地，每层反应床均设置有至少一条贯穿通道，贯穿通道垂直于反应床所在平面并连通与反应床相邻的两层间隙，以使得每一个氢气通道内的气压均衡，使得金属氢化物的反应更加稳定。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的金属氢化物反应器的示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的金属氢化物反应器的示意图；以及

图3是根据本发明另一个实施例的金属氢化物反应器的工作原理示意图。

具体实施方式

本实施例提供了一种金属氢化物反应器10，用于储氢合金和氢气反应生成金属氢化物，并同时放出热量，或者用于金属氢化物吸收热量反应生成储氢合金以及氢气。图1是根据本发明一个实施例的金属氢化物反应器10的示意图，上述金属氢化物反应器10包括：多层反应床11。

的在本实施例中，多层反应床11在竖直方向上叠加，每层反应床11在多层反应床11的叠加方向上具有上下两层结构。

下层为复合材料层13，复合材料层13含有储氢合金和/或金属氢化物，在金属氢化物反应器10内部氢气压力较大、氢气浓度较高时，储氢合金与氢气反应生成金属氢化物并放出热量；在金属氢化物反应器10内部氢气压力较小、氢气浓度较低时，金属氢化物吸收热量反应生成储氢合金与氢气。上述储氢合金可以包括钛合金、锆合金等等。

上层为导热层12，导热层12用于吸收储氢合金和氢气反应生成的热量或者为金属氢化物反应提供热量。上述复合材料层13和导热层12相互贴靠设置，以使得导热层12能够充分与复合材料层13进行热交换。

相邻两层反应床11之间设置有间隙，间隙形成供氢气输送的氢气通道20，间隙的至少部分与金属氢化物反应器10的外部连通以形成氢气进出口21，氢气进出口21允许外界的氢气进入间隙并与储氢合金反应，或者金属氢化物反应生成氢气由氢气进出口21排出。

在本实施例中，金属氢化物反应器10可以具有外壳40，上述外壳40由保温绝缘材料制成。多层反应床11均为矩形板状结构，并设置于外壳40内部，上述多个间隙的外缘亦为矩形，间隙的矩形外缘的横向一边与金属氢化物反应器10的外部连通以作为氢气进出口21，另外三边通过外壳40进行密封以防止氢气泄露。

在本实施例中，复合材料层13的主体为多孔金属，多孔金属是金属本体由微小球状体经高温烧结而成，金属内部各个方向都布满极微小的孔隙。上述储氢合金和/或金属氢化物为粉末状态，以增大与氢气接触的表面积，提高反应效率。储氢合金和/或金属氢化物填充于多孔金属的孔隙内，以抑制粉末状态的储氢合金和/或金属氢化物的流动，同时进一步增大与氢气接触的表面积，提高反应效率，使反应更加充分。

每层导热层12内部至少设置有一条供换热介质流通的换热介质通道30，换热介质由换热介质通道30的通道入口进入导热层12，与导热层12进行热交换后，由换热介质通道30的通道出口流出导热层12。

换热介质通道30在导热层12所在平面内延伸，以利于与导热层12进行热交换。在本实施例中，换热介质通道30为多条，多条换热介质通道30在导热层12所在平面内并排设置，以使得换热更加充分。换热介质通道30可以由导热层12的一边边缘延伸至其对边边缘，热介质通道的通道入口和通道出口分别设置于导热层12两个对边的边缘处。

如图1所示，换热介质通道30的延伸方向垂直于图1的纸面，其横截面为三角形，以增加与导热层12的换热接触面积，利于换热。在一些可选的实施例中，上述换热介质通道30的横截面还可以为圆形、矩形等。在本实施例中，上述换热介质优选为水。

图2是根据本发明另一个实施例的金属氢化物反应器10的示意图，在本实施例中，每层反应床11均设置有至少一条贯穿通道22，贯穿通道22垂直于反应床11所在平面并连通与反应床11相邻的两层间隙，以使得每一个氢气通道20内的气压均衡。在本实施例中，上述贯穿通道22可以为多个，多个贯穿通道22在反应床11的横向方向上等间距设置，并且，相邻两层反应床11的多个贯穿通道22的位置错开，以利于氢气的流通。

每个导热层12的上表面均设置有保温绝缘层50，以防止导热层12与氢气或金属氢化物反应器10的外部进行换热。每个复合材料层13的下表面均设置有保护滤网60，以防止储氢合金和/或金属氢化物落入氢气通道20。保护滤网60网孔的大小可以根据储氢合金和/或金属氢化物粉末的大小进行设定。

图3是根据本发明另一个实施例的金属氢化物反应器10的工作原理示意图，本实施例的金属氢化物反应器10可以用于制冷或制热。如图所示，该制冷/制热系统包括左右两个金属氢化物反应器10、氢气连通管路以及阀门70。氢气连通管路的两端分别连通左右两个金属氢化物反应器10的氢气进出口21。阀门70用于控制氢气的流动方向。例如，当阀门70控制氢气向左侧的金属氢化物反应器10流动时，左侧的金属氢化物反应器10内氢气通道20内的气压增加。在高氢气压力下，主要发生储氢合金和氢气生成金属氢化物的反应，并放出大量的热，换热介质流经导热层12，将热量带出以用于制热；右侧的金属氢化物反应器10内氢气通道20内的气压降低。在低氢气压力下，主要发生金属氢化物分解为储氢合金和氢气的反应，并吸收大量的热，换热介质流经导热层12，将热量传递给金属氢化物，冷却后的换热介质用于制冷。

在另外一些实施例中，金属氢化物反应器10还可以用于储存氢气等。以上仅对上述金属氢化物反应器10的工作原理以及使用方法进行举例说明，并非对本发明构成限制。

本实施例提供了一种金属氢化物反应器10，包括：多层反应床11，每层反应床11在多层反应床11的叠加方向上具有上下两层结构，其中下层为复合材料层13，复合材料层13含有储氢合金和/或金属氢化物；上层为导热层12，导热层12用于吸收储氢合金和氢气反应生成的热量或者为金属氢化物反应提供热量，其中相邻两层反应床11之间设置有间隙，间隙形成供氢气输送的氢气通道20，间隙的至少部分周缘与金属氢化物反应器10的外部连通以形成氢气进出口21，氢气进出口21允许外界的氢气进入间隙并与储氢合金反应，或者金属氢化物反应生成氢气由氢气进出口21排出。本实施例的金属氢化物反应器10具有多层反应床11结构，并且还具有多个用于输送氢气的氢气通道20，增大了氢气的流通范围，使得氢气与复合材料层13中的储氢合金和/或金属氢化物接触更加充分，提高了金属氢化物的反应效率。

进一步地，复合材料层13的主体为多孔金属，储氢合金和/或金属氢化物填充于多孔金属的孔隙内，以抑制粉末状态的储氢合金和/或金属氢化物的流动同时进一步增大了氢气和储氢合金和/或金属氢化物的接触面积，提高了金属氢化物的反应效率。

更进一步地，每层反应床11均设置有至少一条贯穿通道22，贯穿通道22垂直于反应床11所在平面并连通与反应床11相邻的两层间隙，以使得每一个氢气通道20内的气压均衡，使得金属氢化物的反应更加稳定。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (6)

1.一种金属氢化物反应器，包括：

多层反应床，每层所述反应床在所述多层反应床的叠加方向上具有上下两层结构，其中

下层为复合材料层，所述复合材料层含有储氢合金和/或金属氢化物，所述储氢合金与氢气反应生成金属氢化物并放出热量，或者所述金属氢化物吸收热量反应生成所述储氢合金与所述氢气；

上层为导热层，所述导热层用于吸收所述储氢合金和所述氢气反应生成的热量或者为所述金属氢化物反应提供热量，其中

相邻两层所述反应床之间设置有间隙，所述间隙形成供所述氢气输送的氢气通道，所述间隙的至少部分边缘与所述金属氢化物反应器的外部连通以形成氢气进出口，所述氢气进出口允许外界的所述氢气进入所述间隙并与所述储氢合金反应，或者所述金属氢化物反应生成所述氢气由所述氢气进出口排出；

每层所述导热层内部至少设置有一条供换热介质流通的换热介质通道，所述换热介质由所述换热介质通道的通道入口进入所述导热层，与所述导热层进行热交换后，由所述换热介质通道的通道出口流出所述导热层；

每层所述反应床均设置有至少一条贯穿通道，所述贯穿通道垂直于所述反应床所在平面并连通与所述反应床相邻的两层所述间隙，以使得每一个所述氢气通道内的气压均衡；

所述换热介质通道为多条，多条所述换热介质通道在所述导热层所在平面内并排设置；

所述复合材料层的主体为多孔金属，所述储氢合金和/或金属氢化物填充于所述多孔金属的孔隙内，以抑制粉末状态的所述储氢合金和/或金属氢化物的流动。

2.根据权利要求1所述的金属氢化物反应器，其中

所述储氢合金和/或金属氢化物为粉末状态，以增大与所述氢气接触的表面积，提高反应效率。

3.根据权利要求1所述的金属氢化物反应器，其中

所述换热介质通道的横截面为三角形，以增加与所述导热层的换热接触面积。

4.根据权利要求1和3中任一项所述的金属氢化物反应器，其中

所述换热介质为水。

5.根据权利要求1所述的金属氢化物反应器，其中

每个所述导热层的上表面均设置有保温绝缘层，以防止导热层与所述氢气或所述金属氢化物反应器的外部进行换热。

6.根据权利要求2所述的金属氢化物反应器，其中

每个所述复合材料层的下表面均设置有保护滤网，以防止所述储氢合金和/或金属氢化物落入所述氢气通道。

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