CN111188988B - 一种具有高换热特性的固态储氢装置 - Google Patents

一种具有高换热特性的固态储氢装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及储氢设备技术领域，具体公开了一种具有高换热特性的固态储氢装置，包括外罐，外罐的顶部设有进出气阀门，所述外罐内依次固定有若干储氢筒，相邻储氢筒之间具有0.5～3mm的间隙，储氢筒两端固定有过滤片，储氢筒内沿其轴向设有若干导热隔板，若干导热隔板将储氢筒内分割为多个储氢空间，储氢空间内装有储氢材料。本发明采用多层储存空间，可以实现更快速的吸氢，有效地解决了现有技术中储氢材料在储氢罐内分布不均匀，以及应力集中引起的结构破坏的问题；另外储氢材料的均匀分布使得吸氢过程产生的热量分布更均匀，热量可以更快速的传导出储氢装置。

Description

一种具有高换热特性的固态储氢装置
技术领域
本发明涉及储氢设备技术领域，特别涉及一种具有高换热特性的固态储氢装置。
背景技术
随着现代社会的进步与经济的发展，对能源的需求量也日益增加，以石油、煤、天然气为代表的传统化石能源属于不可再生能源，面临着逐渐枯竭的困境。氢能因其燃烧热值高、零排放以及可以作为一种高密度能源存储的载体，受到世界各国研究人员和投资人的广泛关注。
氢气的储存主要有三种方式：高压气态储氢、液态储氢以及固态储氢。高压气态储氢其主要缺点是贮氢密度小，并且存在着很大的安全隐患；液态氢虽具有较高的储氢密度，但氢气液化过程中所消耗的能量很大，氢气液化(21K)所消耗的能量相当于被液化氢气能量的三分之一，而且存在液态氢汽化所带来的安全问题；而利用固态储氢材料储存氢气则具有储氢密度较大以及安全高效等优点。因此，固态储氢成为目前氢能研究最为活跃的储氢技术。
以金属氢化物为代表的固态储氢材料在吸放氢时不仅会产生热量，同时还会发生膨胀与收缩，应力会对罐内结构产生冲击，因此储氢材料如果没有均匀分散，应力集中则会破坏罐体的内部结构。
发明内容
本发明提供了一种具有高换热特性的固态储氢装置，以解决现有的储氢罐中因储氢材料分散不均，导致应力集中，破坏罐体内部结构的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种具有高换热特性的固态储氢装置，包括外罐，外罐的顶部设有进出气阀门，所述外罐内依次固定有若干储氢筒，相邻储氢筒之间具有0.5～3mm的间隙，储氢筒两端固定有过滤片，储氢筒内沿其轴向设有若干导热隔板，若干导热隔板将储氢筒内分割为多个储氢空间，储氢空间内装有储氢材料。
本技术方案的技术原理和效果在于：
1、本方案在外罐内设置有若干储氢筒，每一个储氢筒都可以作为一个吸氢单元，另外又利用多个导热隔板的设置，使得储氢筒内被分割为多个储氢空间，而储氢材料均布在各储氢空间内，吸氢材料均匀分散，吸氢膨胀时产生的应力分布也会比较均匀，对储氢筒内部结构的破坏有效降低；另外储氢材料均匀分布使得吸氢时产生的热量分布也是均匀的，使得储氢材料吸氢过程产生的热量可以更快速的向外传导，不会出现热量在某一处集中的问题。
2、本方案中相邻储氢筒之间具有间隙，使得每一个储氢筒均可以作为一个吸氢单元，保证充氢的过程中每一个储氢筒的两端都可以同时吸氢，有效的降低了整个储氢装置充氢饱和所需要的时间。
进一步，所述储氢筒的一端固定有若干定位销，另一端固定有若干连接管，连接管的内径不小于定位销的直径。
有益效果：采用定位销与连接管的连接方式使得相邻储氢筒之间具有足够的间隙，同时当储氢筒受热产生微量形变时，单个储氢筒的形变不会传递给另一个储氢筒，从而保证多个储氢筒所受应力为独立的，保证储氢筒的使用寿命。
进一步，所述外罐的厚度为2～5mm，长度为200～300mm，外径为50～80mm。
有益效果：这样的尺寸分布使得整个储氢装置尺寸较小，适用于小型移动用氢设备或装置。
进一步，所述储氢筒的壁厚为1～3mm。
有益效果：该壁厚既保证储氢筒内的热量能够快速排出，同时也能保证储氢筒承受储氢材料在吸氢时产生膨胀所受到的应力。
进一步，所述过滤片采用铜粉或铝粉通过粉末冶金方法烧结而成，过滤片的精度为0.2～1μm。
有益效果：采用该过滤片可有效阻挡储氢材料的漏出，同时保证氢气畅通进出储氢筒。
进一步，所述储氢材料为储氢合金粉与导热材料的复合组合物。
有益效果：即储氢合金粉与导热材料混合，当储氢合金粉吸氢发热时，导热材料能够及时的将热量传导出储氢筒。
进一步，所述储氢合金粉为A2B型、AB2型、AB型、AB5型或者钒基固溶体的一种，储氢合金粉的粒度为200～400目。
有益效果：上述储氢合金粉均为常见的储氢材料，且粒度适中。
进一步，所述导热材料为金属或碳材料中的一种或几种。
有益效果：金属或碳材料能够起到较好的传热效果。
进一步，所述储氢筒的外部固定有套筒，套筒的外壁上一体成型有多个传热翅片，多个传热翅片沿套筒的轴向均布。
有益效果：多个传热翅片的设置提高储氢筒外壁的散热面积，从而使得储氢筒内吸氢产生的热量能够快速的传导出去。
进一步，所述传热翅片呈圆盘形，套筒与储氢筒之间通过导热胶粘接。
有益效果：套筒通过导热胶与储氢筒紧密接触，增大传热的效率。
附图说明
图1为本发明实施例1外罐平放的剖视图；
图2为本发明实施例1中储氢筒竖直放置时的俯视图；
图3为图2中A-A向的剖视图；
图4为本发明实施例2外罐平放的剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：外罐1、进出气阀门2、储氢筒3、卡环4、环槽5、气孔6、定位销7、连接管8、导热隔板9、过滤片10、传热翅片11、套筒12。
实施例1基本如附图1和图2所示：
一种具有高换热特性的固态储氢装置，包括外罐1，图1中外罐1为水平放置，其左端为外罐1的底部，右端为外罐1的顶部，该储氢装置在使用时为竖向放置，在外罐1的右端设有进出气阀门2，其中外罐1采用铝合金、碳钢或不锈钢材料制成，厚度为2～5mm，长度为200～300mm，外径为50～80mm。
在外罐1内固定有4～10个储氢筒3，本实施例中储氢筒3有4个，4个储氢筒3从左至右依次连接，且各储氢筒3的中轴线与外罐1的中轴线重合，在外罐1内壁上固定有两个卡环4，一个卡环4靠近外罐1的左端设置，另一个靠近外罐1的右端设置，在外罐1中首尾的储氢筒3外壁上开设有环槽5，其中卡环4能够卡入环槽5内，这样通过卡环4将储氢筒3固定在外罐1内，在卡环4上开设有多个气孔6，多个气孔6沿卡环4周向均布。
储氢筒3的外径小于外罐1内壁的直径，储氢筒3的壁厚为1～3mm，相邻储氢筒3之间具有间隙，间隙为0.5～3mm，相邻储氢筒3之间为可拆卸连接，结合图3所示，在储氢筒3的顶部固定有多个定位销7，定位销7沿储氢筒3的中轴线均布，在储氢筒3的底部固定有若干连接管8，若干连接管8沿储氢筒3的周向均布，连接管8的数量不低于定位销7的数量，且连接管8的内径不小于定位销7的直径，这样相邻储氢筒3之间通过定位销7插入连接管8内从而固定。
在储氢筒3内沿其轴线方向设有若干铝制或铝合金制的导热隔板9，导热隔板9将储氢筒3分割为多个储氢空间，储氢空间内装有储氢材料，本实施例中储氢材料为储氢合金粉与导热材料的复合组合物，储氢合金粉为A2B型、AB2型、AB型、AB5型或者钒基固溶体的一种，粒度为200～400目之间，导热材料为金属或碳材料中的一种或几种；另外导热隔板9的宽度与储氢筒3的内径相等，在储氢筒3的两端均固定有过滤片10，过滤片10是采用粉末冶金的方法制成的铜粉或铝粉的烧结体，过滤的精度为0.2～1μm，这样能够有效的阻挡储氢材料粉末的漏出，同时保证氢气的畅通。
充氢时，打开进出气阀门2，氢气进入到外罐1内，流动的氢气快速的从各储氢筒3的两端进到储氢筒3内，并被储氢筒3内的储氢材料吸收，同时产生热量，热量被导热材料快速的传导至储氢筒3的外壁，并排出外罐1，当充氢饱和后，停止充入氢气关闭进出气阀门2。
实施例2基本如图4所示：
实施例2与实施例1的区别在于：在外罐1的外部设有套筒12，套筒12的外壁上一体成型有多个传热翅片11，传热翅片11呈圆盘形，多个传热翅片11沿套筒12的轴向均布，传热翅片11的厚度为0.5～3mm，传热翅片11采用铝合金制成，在外罐1的外壁上涂抹有导热胶，套筒12通过导热胶粘接在外罐1上。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种具有高换热特性的固态储氢装置，包括外罐，外罐的顶部设有进出气阀门，其特征在于：所述外罐内沿其轴向依次固定有若干储氢筒，相邻储氢筒之间具有0.5~3mm的间隙，储氢筒两端固定有过滤片，储氢筒内沿其轴向设有若干导热隔板，若干导热隔板将储氢筒内分割为多个储氢空间，储氢空间内装有储氢材料；储氢筒的一端固定有若干定位销，另一端固定有若干连接管，连接管的内径不小于定位销的直径，储氢筒上的定位销插入相邻储氢筒上的连接管内，且单个储氢筒的形变不会传递给另一个储氢筒。
2.根据权利要求1所述的一种具有高换热特性的固态储氢装置，其特征在于：所述外罐的厚度为2~5mm，长度为200~300mm，外径为50~80mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有高换热特性的固态储氢装置，其特征在于：所述储氢筒的壁厚为1~3mm。
4.根据权利要求1所述的一种具有高换热特性的固态储氢装置，其特征在于：所述过滤片采用铜粉或铝粉通过粉末冶金方法烧结而成，过滤片的精度为0.2~1μm。
5.根据权利要求1所述的一种具有高换热特性的固态储氢装置，其特征在于：所述储氢材料为储氢合金粉与导热材料的复合组合物。
6.根据权利要求5所述的一种具有高换热特性的固态储氢装置，其特征在于：所述储氢合金粉为A2B型、AB2型、AB型、AB5型或者钒基固溶体的一种，储氢合金粉的粒度为200~400目。
7.根据权利要求5所述的一种具有高换热特性的固态储氢装置，其特征在于：所述导热材料为金属或碳材料中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种具有高换热特性的固态储氢装置，其特征在于：所述储氢筒的外部固定有套筒，套筒的外壁上一体成型有多个传热翅片，多个传热翅片沿套筒的轴向均布。
9.根据权利要求8所述的一种具有高换热特性的固态储氢装置，其特征在于：所述传热翅片呈圆盘形，套筒与外罐之间通过导热胶粘接。
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