CN109519694A - 储氢装置和氢气加注的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及储氢领域，公开了储氢装置和氢气加注的方法。所述储氢装置包括瓶体(1)和多个可移动的导热构件(2)。本发明公开的氢气加注的方法包括：往储氢瓶内引入多个可移动的导热构件，再进行氢气加注；或者，在氢气加注过程中，往储氢瓶内引入多个可移动的导热构件。本发明中，导热构件的使用能够增强氢气加注过程中产生的热量的扩散，有利于降低氢气加注过程中的温升和加注时氢气的温度均匀性，进而缩短氢气的加注时间，降低氢气加注时对车载储氢瓶的影响，提高氢气加注时的安全性，同时不会大幅度降低储氢瓶的有效容量。

Description

储氢装置和氢气加注的方法
技术领域
本发明涉及储氢领域，具体涉及储氢装置和氢气加注的方法。
背景技术
在氢气加注过程中，因为焦耳-汤姆森效应，氢气的温度会升高，而氢气温度的升高，会使氢气的密度降低，从而当压力达到设定压力值时，实际加注的氢气量达不到需要加注的量，同时氢气温度过高，还会影响储氢瓶的寿命和安全等，因而在目前通用的氢气加注方法中，都会对氢气进行预冷。在同样的温升情况下，降低氢气加注后的温度，从氢气的进口温度与氢气加注达到额定压力时氢气瓶的加满程度之间的关系可以看出：在氢气的进口温度为零度时，储氢瓶只能加到90％左右。因而非常有必要改善氢气加注时的传热以提高氢气加满程度。
CN203477875U提出了一种车载储氢瓶内的辅助散热结构，其特点是根据氢气加注时的总散热量和时间来设计辅助散热的螺旋形铝带的尺寸，从而通过螺旋形翅片来改善氢气加注时的温升和温度分布。其缺点是：为了满足最高氢气速度下的散热需求，必须要增加螺旋翅片的用量，从而导致储氢瓶的有效容量下降。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的需要大幅度降低储氢瓶的有效容量才能为氢气加注过程有效散热的问题，提供一种储氢装置和氢气加注的方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种储氢装置，该储氢装置包括瓶体和多个可移动的导热构件。
本发明第二方面提供了氢气加注的方法，该方法包括：往储氢瓶内引入多个可移动的导热构件，再进行氢气加注；或者，在氢气加注过程中，往储氢瓶内引入多个可移动的导热构件。
本发明中，导热构件的使用能够增强氢气加注过程中产生的热量的扩散，有利于降低氢气加注过程中的温升和加注时氢气的温度均匀性，进而缩短氢气的加注时间，降低氢气加注时对车载储氢瓶的影响，提高氢气加注时的安全性，同时不会大幅度降低储氢瓶的有效容量。而且，在面对不同的氢气加注工况时，本发明不需要增加导热构件的用量亦可实现氢气加注时的自适应散热，具有通用性，而且容易实现，因而非常具有实际应用意义。
附图说明
图1是根据本发明的一种优选实施方式的储氢装置的结构示意图。
附图标记说明
1 瓶体 2 导热构件
3 滤网
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如图1所示，本发明提供的储氢装置包括瓶体(或储氢瓶)1和多个可移动的导热构件2。多个导热构件是离散(互不粘接)的，在氢气加注过程中，所述导热构件是可自由移动的，因此其可以随氢气加注的进行而运动，且运动速度随氢气加注速度而发生变化，氢气在储氢瓶中通常会形成涡流，涡流的形成使导热构件在储氢瓶中呈无序状运动，从而特别有利于散热和均匀温度。
本发明中，对各个导热构件的尺寸没有特别的要求，可以相同或不同。优选情况下，单个导热构件的体积不大于2cm3，更优选为0.0001-1cm3(如0.0001cm3、0.001cm3、0.01cm3、0.02cm3、0.025cm3、0.03cm3、0.04cm3、0.05cm3、0.1cm3、0.5cm3、0.8cm3、1cm3或上述数值之间的任意值)。本文中，“体积”指通过颗粒的特征尺寸，结合形状计算得到的颗粒体积。
根据本发明，导热构件的引入并不会大幅度影响储氢瓶的有效容量，因此，根据本发明的优选实施方式，导热构件的总体积不超过瓶体容积的5体积％，优选0.5-3体积％(如0.5体积％、0.7体积％、0.9体积％、1体积％、1.2体积％、1.4体积％、1.6体积％、1.8体积％、2体积％、2.2体积％、2.4体积％、2.6体积％、2.8体积％、3体积％或上述数值之间的任意值)。
根据本发明的一种优选实施方式，所述导热构件2为颗粒状导热构件(例如金属颗粒、颗粒状的炭或颗粒状的石墨)。对颗粒状导热构件的具体形状没有特别的要求，可以为球体、圆柱体或多面体。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述导热构件2为多孔导热构件。所述多孔导热构件可以为多孔颗粒状导热构件(即存在孔道的颗粒状导热构件)，也可以为泡沫状导热构件(例如泡沫金属)。
根据本发明，对导热构件的材质没有特别的要求，可以为各种在与氢气流动混合时能够形成气固两相流且能够导热的材料。例如，所述导热构件可以由导热系数为30-400W/(m·K)的材料构成。优选地，所述导热构件2的材质为导热金属、炭和石墨中的至少一种。其中，所述导热金属可以为铜和/或铝。
根据本发明，所述储氢装置还包括设置于瓶口的滤网3(见图1)，用于防止导热构件2溢出瓶体1。所述滤网可以按单层设置，也可以按双层设置。按双层设置滤网时，各层的孔径不同，一般外侧(即靠近外侧的滤网)的孔径小于内侧，从而进一步确保使用时导热构件不会溢出储氢瓶。
根据本发明的优选实施方式，所述储氢装置为车载储氢瓶。
本发明提供的氢气加注的方法包括：往储氢瓶内引入多个导热构件，再进行氢气加注(也即在氢气加注开始之前往储氢瓶内引入导热构件)；
或者，在氢气加注过程中，往储氢瓶内引入多个导热构件(也即在氢气加注开始后，根据降温的需求而可控地往储氢瓶中引入导热构件)。
本发明中，导热构件体积和材料等选择如前所述，在此不再赘述。
本发明中，所述方法还可以包括在瓶口设置滤网，用于防止导热构件溢出储氢瓶。所述滤网可以按单层设置，也可以按双层设置。按双层设置滤网时，各层的孔径不同，一般外侧(即靠近外侧的滤网)的孔径小于内侧，从而进一步确保使用时导热构件不会溢出储氢瓶。
本发明中，所述氢气加注可以借助氢气加注机实现。所述储氢瓶优选为车载储氢瓶。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，实体颗粒的体积采用排水法直接测量，多孔颗粒的体积通过排水法测量后除以颗粒的孔隙率而获得，而孔隙率通过压汞法测量；泡沫铝购自昆山嘉亿盛电子有限公司，密度0.5g/cm3；铜颗粒购自北京环球金鑫国际科技有限公司；炭粒购自中亚净水材料有限公司。
实施例1
往容积14000cm3的储氢瓶内引入总体积为280cm3的炭粒(单个体积0.027cm3)，再借助氢气加注机往储氢瓶内进行氢气加注，测量最大温升，结果显示最高温升为56K。
实施例2
按照实施例1的方法进行氢气加注，不同的是，使用总体积为70cm3的铜颗粒(单个体积为0.001cm3)代替“总体积为280cm3的炭粒”，测试温升情况，结果显示最高温升为55K。
实施例3
按照实施例1的方法进行氢气加注，不同的是，使用泡沫铝(单个体积为0.027cm3)代替“炭粒”，测试温升情况，结果显示最高温升为50K。
实施例4
按照实施例1的方法进行氢气加注，不同的是，使用的炭粒的单个体积为1.2cm3，总体积为280cm3，测试温升情况，结果显示最高温升为62K。
通过以上结果可以看出，采用本发明的氢气加注方法的实施例1-3具有明显更好的散热效果。特别地，比较实施例1与实施例4可以看出，采用优选尺寸大小的导电构件更有利于促进散热。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种储氢装置，其特征在于，该储氢装置包括瓶体(1)和多个可移动的导热构件(2)。
2.根据权利要求1所述的储氢装置，其中，单个导热构件的体积不大于2cm3，优选为0.0001-1cm3；导热构件的总体积不超过瓶体容积的5体积％，优选0.5-3体积％。
3.根据权利要求1或2所述的储氢装置，其中，所述导热构件(2)为颗粒状导热构件和/或多孔导热构件。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的储氢装置，其中，所述导热构件(2)的导热系数为30-400W/(m·K)；优选地，所述导热构件的材质为导热金属、炭和石墨中的至少一种，所述导热金属优选为铜和/或铝。
5.根据权利要求1所述的储氢装置，其中，所述储氢装置还包括设置于瓶口的滤网(3)，用于防止导热构件(2)溢出瓶体(1)。
6.一种氢气加注的方法，其特征在于，该方法包括：往储氢瓶内引入多个可移动的导热构件，再进行氢气加注；
或者，在氢气加注过程中，往储氢瓶内引入多个可移动的导热构件。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，单个导热构件的体积不大于2cm3，优选为0.0001-1cm3；导热构件的总体积不超过瓶体容积的5体积％，优选0.5-3体积％。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述导热构件为颗粒状导热构件和/或多孔导热构件。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其中，所述导热构件的导热系数为30-400W/(m·K)；优选地，所述导热构件的材质为导热金属、炭和石墨中的至少一种，所述导热金属优选为铜和/或铝。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法还包括在瓶口设置滤网，用于防止导热构件溢出储氢瓶。
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