CN111195808A - 一种金属氢化物储氢罐制造方法 - Google Patents

一种金属氢化物储氢罐制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金属氢化物储氢罐制造方法，包括罐体的加工、法兰盖的加工、泡沫铜元件的加工、储氢合金粉的制备、储氢罐的流水线组装生产；该储氢罐包括泡沫铜圆盖、席型铜网、卡套型球阀、气管、UJR接头、法兰盖、螺栓、O型密封圈、散热翅片、罐体、储氢合金粉、泡沫铜圆筒、泡沫铜圆盘、铜‑水热管、泡沫铜圆柱等零件。该制造方法生产效率高，成品率高，制造成本低，采用该方法制得的金属氢化物储氢罐具有结构简单，空间利用率高，储氢量大，密封性好，传热传质性能优良，吸放氢速度快，长期使用安全性好，不会由于储氢材料吸氢膨胀而造成罐体的破裂，不需要通冷却介质，可以多次回收利用，使用成本低。

Description

一种金属氢化物储氢罐制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属氢化物储氢罐制造方法，属于储氢技术领域。
背景技术
作为一种安全、高效的储氢方法，以储氢材料为介质的可逆固态储氢系统日益受到重视。与传统的高压容器和液氢储存方法相比，可逆固态储氢系统具有诸多突出优点：体积储氢密度高；氢源由储氢材料解吸，可产生99.9999%的超高纯氢，特别适用于燃料电池使用；合适的放氢温度和压力，提高了储氢系统的应用安全性，降低了能耗。采用储氢材料作为储氢介质，在循环吸放氢过程中会不断粉化成细小粉末颗粒，在重力的作用下，在容器底部堆积，造成传热传质性能恶化进而造成吸放氢速度变慢，另外堆积的细粉在吸氢过程中会发生膨胀对容器壁面，特别是容器底部的壁面产生挤压，严重时会发生变形甚至破裂，造成安全事故。我国发明专利申请号：201611225395.0《一种快响应储氢罐及其制作方法》叶建华等人曾经公开一种储氢罐的制作方法。这种储氢罐制作方法制作的储氢罐存在空间利用率不高，过滤孔径过低导致气流阻力大，充放氢气流速度不够快，需要专门通入冷却介质进行冷却，储氢罐内部存在高密度，结构复杂的管路，对焊接施工要求较高，容易造成焊不透或漏焊，存在泄漏安全隐患，整个储氢罐结构复杂，无法实现流水线生产，生产效率低，成本高昂。因此，亟需发展新的金属氢化物储氢罐制造技术，既能保证金属氢化物储氢罐有良好的吸放氢性能，又不需要专门通冷却介质，还能实现流水线组装生产，提高生产效率，降低制造成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种从市售原材料出发，可流水线生产、低成本、高性能的金属氢化物储氢罐制造方法。
本发明的目的是这样实现的，一种金属氢化物储氢罐制造方法，其特征在于：包括罐体的加工、法兰盖的加工、泡沫铜元件的加工、储氢合金粉的制备、储氢罐的流水线组装生产；
步骤1）、罐体的加工，流程为：
①对待加工的铝合金管进行切割获得铝合金管毛坯，对铝合金管毛坯进行平口，去毛刺处理，然后对其进行清洗，除去铝合金管表面的切屑、油污、尘土，晾干获得铝合金管成品；
②对待加工的铝合金板进行切割获得圆块毛坯，然后倒角，清洗晾干，获得圆块成品；
③对待加工的铝合金板进行切割获得圆环毛坯，然后在圆环毛坯上铣密封槽，然后倒角清洗晾干，获得带密封槽的圆环成品；
④对待加工的铝合金板进行冲压成型，清洗晾干，获得散热翅片成品；
⑤将散热翅片按设定间距焊在铝合金管外壁，将圆块焊在铝合金管的一个端口，将带密封槽的圆环焊在铝合金管的另一个端口，且密封槽与散热翅片方向相背，再次进行清洗，获得带有散热翅片的罐体成品；
步骤2）、法兰盖的加工，流程为：
①切割待加工的不锈钢板以获得圆块；
②对圆块进行钻孔，以获得法兰毛坯；
③对法兰毛坯进行车、磨加工，然后清洗晾干获得法兰盖成品；
④切割待加工的不锈钢管，获得钢管毛坯；
⑤对钢管毛坯进行平口，去毛刺，清洗获得气管成品；
⑥将气管插入法兰盖中间的气孔进行承插焊接；
⑦另取气管与UJR接头进行对焊，获得带有UJR接头的气管；
⑧法兰盖气管的另一头与卡套型球阀卡接，卡套型球阀的另一头与带有UJR接头的气管进行卡接，最终获得带有UJR接头、卡套型球阀、气管的法兰盖；
步骤3）、泡沫铜元件加工，流程为：
①切割待加工的泡沫铜板以获得短长度泡沫铜圆筒、短长度泡沫铜圆柱和短长度泡沫铜圆盘；
②对短长度泡沫铜圆筒焊接和切割加工，在筒壁上进行冲孔，然后进行清洗晾干获得泡沫铜圆筒成品；
③对短长度泡沫铜圆柱进行焊接和切割加工，然后进行清洗晾干获得泡沫铜圆柱成品；
④对短长度泡沫铜圆盘进行清洗晾干获得泡沫铜圆盘成品；
⑤对待加工的泡沫铜板进行切割，然后清洗晾干后获得泡沫铜圆盖成品；
⑥对待加工的席型铜网进行切割，然后清洗晾干后获得席型铜网成品；
⑦将席型铜网成品与泡沫铜圆盖成品进行焊接加工，然后清洗晾干获得带有席型铜网的泡沫铜圆盖成品；
步骤4）、储氢合金粉的制备，储氢合金粉加工流程为：
①采用待加工的纯度为99%的单质金属（Ce、La、Co、Ni、Sn），按化学计量比进行切割，称重配料，获得原料金属的混合物；
②将原料金属混合物放入真空感应熔炼炉中，进行感应熔炼获得储氢合金锭；
③将储氢合金锭破碎成2~10mm颗粒获得储氢合金粉；
步骤5）、储氢罐的流水线组装，金属氢化物储氢罐的组装生产流程为：
①将O型密封圈放入带有散热翅片的罐体密封槽中；
②将泡沫铜圆筒放入罐体中，泡沫铜圆筒与罐体之间为间隙配合；
③将泡沫铜圆柱放入罐体中；
④紧接着将泡沫铜圆盘放入罐体底部，同时确保泡沫铜圆柱穿过泡沫铜圆盘中间的圆孔，泡沫铜圆柱与泡沫铜圆盘之间为间隙配合，泡沫铜圆盘与泡沫铜圆筒之间为间隙配合；
⑤将铜-水热管均匀放在泡沫铜圆盘上方平面上，同时确保铜-水热管的一端插入泡沫铜圆筒上的预冲孔中并与罐体壁面接触，铜-水热管与泡沫铜圆筒之间为过盈配合；
⑥倒入400~600g的储氢合金粉，然后用圆环形铁块压平；
⑦不断重复步骤④⑤⑥直到罐体最后剩余容积无法再重复④⑤⑥步骤；
⑧放入带有席型铜网的泡沫铜圆盖，泡沫铜圆盖与罐体之间为过盈配合；
⑨将带有卡套型球阀、气管、UJR接头的法兰盖盖在罐体上，并加螺栓将其与罐体紧密连接在一起，此时获得装配完整的储氢罐；
⑩然后将储氢罐放入带有高脚的透明水池中，确保水面没过卡套型球阀，但是UJR接头在水面之上，通过UJR接头与充放气装置连接，然后打开充放气装置上的连接高压氮气瓶的阀门以及卡套型球阀向储氢罐中通入高压氮气，氮气压力为5~15MPa，通过透明水池观察储氢罐及卡套型球阀的各种接头位置是否有气泡漏出；
⑪ 如果发现有漏点漏出气泡，则对相应位置进行充分的维修处理，然后重新按前述步骤进行组装，并再次进行充氮检漏直到确认没有任何泄漏发生；
如果没有任何气泡漏出，则代表整个储氢罐气密性良好，关闭充放气装置上的连接高压氮气瓶的阀门，缓慢打开充放气装置上的连接真空泵的阀门，对储氢罐进行抽真空，使储氢罐脱除各种杂质气体，抽真空时间为20~40分钟；
⑫ 关闭充放气装置上的连接真空泵的阀门，打开充放气装置上的连接氢气的阀门，向储氢罐中充入高压氢气，氢气压力为5~10MPa，然后关闭充放气装置上的连接高压氢气瓶的阀门，观察充放气装置上的压力表，当压力表显著下降，数值逐步稳定后显示压力<0.5MPa，代表储氢罐中的储氢合金粉已经活化可以供用户使用，关闭充放气装置上的连接高压氢气瓶的阀门和储氢罐上的卡套型球阀，将储氢罐从充放气装置上脱除，此时储氢罐就是制造获得的成品。
步骤1）中，用于加工圆块和圆环的待加工的铝合金板厚度均为5~20mm，用于加工散热翅片的待加工的铝合金板厚度为0.2~1mm；铝合金管、圆块、圆环、散热翅片分别同时进行批量加工以减少时间成本。
步骤2）中，加工得到的与O型密封圈接触的法兰盖表面粗糙度优于1.6，法兰盖其他表面粗糙度优于3.2；法兰盖和气管分别同时进行批量加工以减少时间成本。
步骤3）中，用于泡沫铜圆筒、圆柱、圆盘加工的待加工的泡沫铜板的规格均为厚度20~40mm，孔径50~90PPI；用于泡沫铜圆盖加工的待加工的泡沫铜板的规格为厚度3~10mm，孔径90~150PPI，待加工的席型铜网的规格为800~3000目；席型铜网焊在两个泡沫铜圆盖中间；泡沫铜圆筒、圆柱、圆盘采用同规格泡沫铜原材料进行加工，一次切割获得三种部件；泡沫铜圆盖与其他泡沫铜元件分别同时进行批量加工以减少时间成本。
步骤4）中，储氢合金的化学式为CexLa1-xCo4.9-yNiySn0.1（x=0.4~0.6，y=3~4.5），室温平台压为0.5~2MPa，室温平台斜率为0.1~0.2，室温平台滞后系数为0.1~0.2。
罐体、法兰盖、泡沫铜元件、储氢合金粉分别同时进行批量化生产，以减少时间成本。
所述待加工的铝合金管、待加工的铝合金板、待加工的不锈钢板、待加工的不锈钢管、UJR接头、卡套型球阀、待加工的泡沫铜板、待加工的席型铜网均为市售，从市场上直接购买。
本发明方法先进科学，通过发明，提供的一种金属氢化物储氢罐制造方法，即，一种可流水线生产、低成本、高性能金属氢化物储氢罐，包括泡沫铜圆盖、席型铜网、卡套型球阀、气管、UJR接头、法兰盖、螺栓、O型密封圈、散热翅片、罐体、储氢合金粉、泡沫铜圆筒、泡沫铜圆盘、铜-水热管、泡沫铜圆柱等零件。其制造过程主要包括罐体的加工，法兰盖的加工，泡沫铜元件的加工，储氢合金粉的制备，储氢罐的流水线组装生产。
其中，罐体加工的主要流程为：①对市售铝合金管进行切割获得铝合金管毛坯，对铝合金管毛坯进行平口，去毛刺处理，然后对其进行清洗，晾干获得铝合金管成品；②对市售铝合金板进行切割获得圆块毛坯，然后倒角，清洗晾干，获得圆块成品；③对市售铝合金板进行切割获得圆环毛坯，然后在圆环毛坯上铣密封槽，然后倒角清洗晾干，获得带密封槽的圆环成品；④对市售铝合金板进行冲压成型，清洗晾干，获得散热翅片成品；⑤将散热翅片按设定间距焊在铝合金管外壁，将圆块焊在铝合金管的一个端口，将带密封槽的圆环焊在铝合金管的另一个端口，且密封槽与散热翅片方向相背，再次进行清洗，获得带有散热翅片的罐体成品。用于圆块和圆环的铝合金板厚度为5~20mm，用于散热翅片的铝合金板厚度为0.2~1mm。铝合金管、圆块、圆环、散热翅片分别同时进行批量加工以减少时间成本。
其中，法兰盖加工的主要流程为：①切割市售不锈钢板以获得圆块；②对圆块进行钻孔，以获得法兰毛坯；③对法兰毛坯进行车、磨加工，其中与O型密封圈相接触的法兰盖表面粗糙度优于1.6，其他法兰盖表面粗糙度优于3.2，然后清洗晾干获得法兰盖成品；④切割市售不锈钢管，获得钢管毛坯；⑤对钢管毛坯进行平口，去毛刺，清洗获得气管成品；⑥将气管插入法兰盖中间的气孔进行承插焊接；⑦另取气管与市售UJR接头进行对焊，获得带有UJR接头的气管；⑧法兰盖气管的另一头与市售卡套型球阀卡接，市售卡套型球阀的另一头与带有UJR接头的气管进行卡接，最终获得带有UJR接头、卡套型球阀、气管的法兰盖。法兰盖和气管分别同时进行批量加工以减少时间成本。
其中，泡沫铜元件加工的主要流程为：①切割市售泡沫铜板以获得短长度泡沫铜圆筒、泡沫铜圆柱和泡沫铜圆盘；②对短长度泡沫铜圆筒进行焊接和切割加工，在筒壁上进行冲孔，然后进行清洗晾干获得泡沫铜圆筒成品；③对短长度泡沫铜圆柱进行焊接加工，然后进行清洗晾干获得泡沫铜圆柱成品；④对短长度泡沫铜圆盘进行清洗晾干获得泡沫铜圆盘成品；⑤对市售泡沫铜板进行切割，然后清洗晾干后获得泡沫铜圆盖成品；⑥对市售席型铜网进行切割，然后清洗晾干后获得席型铜网成品；⑦将席型铜网成品与泡沫铜圆盖成品进行焊接加工，席型铜网焊在两个泡沫铜圆盖中间，然后清洗晾干获得带有席型铜网的泡沫铜圆盖成品。其中，用于泡沫铜圆筒、圆柱、圆盘加工的市售泡沫铜板的规格为厚度20~40mm，孔径50~90PPI，用于泡沫铜圆盖加工的市售泡沫铜板的规格为厚度3~10mm，孔径90~150PPI。市售席型铜网的规格为800~3000目。泡沫铜圆筒、圆柱、圆盘采用同规格泡沫铜原材料进行加工，可以一次切割获得三种部件，显著减少原材料的浪费，而焊接加工可以获得规定长度的泡沫铜元件，灵活性好。带有席型铜网的泡沫铜圆盖可以保证充分过滤的情况下，获得大截面均匀而稳定的相对低速气流，避免局部高速气流造成过滤效果大打折扣，或者小截面过滤影响储氢罐的吸放氢速度。泡沫铜圆盖与其他泡沫铜元件分别同时进行批量加工以减少时间成本。
其中，储氢合金粉加工的主要过程为：①采用市售纯度为99%的单质金属（Ce、La、Co、Ni、Sn），按化学计量比进行切割，称重配料，获得原料金属的混合物；②将原料金属混合物放入真空感应熔炼炉中，进行感应熔炼获得储氢合金锭；③将储氢合金锭破碎成2~10mm颗粒获得储氢合金粉。该储氢合金的化学式为CexLa1-xCo4.9-yNiySn0.1（x=0.4~0.6，y=3~4.5），室温平台压在0.5~2MPa，室温平台斜率为0.1~0.2，室温平台滞后系数为0.1~0.2。该储氢材料加工过程无需进行热处理，熔炼后随炉冷却即可破碎使用。另外，该材料无需破碎成很细的颗粒就可以装罐使用。这两个优势显著降低了储氢合金粉末的生产成本，对后续储氢罐低成本生产具有显著效果。
上述罐体、法兰盖、泡沫铜元件、储氢合金粉分别同时进行批量化生产，以减少时间成本。
其中，金属氢化物储氢罐的组装生产流程为：①将市售O型密封圈放入带有散热翅片的罐体密封槽中；②将泡沫铜圆筒放入罐体中，泡沫铜圆筒与罐体之间为间隙配合；③将泡沫铜圆柱放入罐体中；④紧接着将泡沫铜圆盘放入罐体底部，同时确保泡沫铜圆柱穿过泡沫铜圆盘中间的圆孔，泡沫铜圆柱与泡沫铜圆盘之间为间隙配合，泡沫铜圆盘与泡沫铜圆筒之间为间隙配合；⑤将市售铜-水热管均匀放在泡沫铜圆盘上方平面上，同时确保铜-水热管的一端插入泡沫铜圆筒上的预冲孔中并与罐体壁面接触，铜-水热管与泡沫铜圆筒之间为过盈配合；⑥倒入400~600g的储氢合金粉，然后用圆环形铁块压平；⑦不断重复步骤④⑤⑥直到罐体最后剩余容积无法再重复④⑤⑥步骤；⑧放入带有席型铜网的泡沫铜圆盖泡沫铜圆盖与罐体之间为过盈配合；⑨将带有卡套型球阀、气管、UJR接头的法兰盖盖在罐体上，并加螺栓将其与罐体紧密连接在一起，此时获得装配完整的储氢罐；⑩然后将储氢罐放入带有高脚的透明水池中，确保水面没过阀门，但是UJR接头在水面之上，通过UJR接头与充放气装置连接，然后打开充放气装置上连接高压氮气瓶的阀门以及卡套型球阀，向储氢罐中通入高压氮气，氮气压力为5~15MPa,通过透明水池观察储氢罐及卡套型球阀的各种接头位置是否有气泡漏出；⑪ 如果发现有漏点漏出气泡，则对相应位置进行充分的维修处理，然后重新按前述步骤进行组装，并再次进行充氮检漏直到确认没有任何泄漏发生；如果没有任何气泡漏出，则代表整个储氢罐气密性良好，关闭充放气装置上的连接高压氮气瓶的阀门，缓慢打开充放气装置上的连接真空泵的阀门，对储氢罐进行抽真空，使储氢罐脱除各种杂质气体，抽真空时间为20~40分钟；⑫关闭连接真空泵的阀门，打开充放气装置上的连接高压氢气瓶的阀门，向储氢罐中充入高压氢气，氢气压力为5~10MPa，观察充放气装置上的压力表，当压力表显著下降，数值逐步稳定后显示压力<0.5MPa，代表储氢罐中的储氢合金粉已经活化可以供用户使用，关闭连接充放气装置上的高压氢气瓶的阀门和储氢罐上的卡套型球阀，将储氢罐从充放气装置上脱除，此时储氢罐就是制造获得的成品。
综上，本发明涉及一种储氢技术，特别涉及一种金属氢化物储氢罐制造方法，该储氢罐包括泡沫铜圆盖、席型铜网、卡套型球阀、气管、UJR接头、法兰盖、螺栓、O型密封圈、散热翅片、罐体、储氢合金粉、泡沫铜圆筒、泡沫铜圆盘、铜-水热管、泡沫铜圆柱等零件。本发明公布的制造方法主要包括罐体、法兰盖、泡沫铜元件的加工，储氢合金的制备，储氢罐的流水线组装生产。该制造方法生产效率高、安全性高、成本低，所获得的金属氢化物储氢罐性能好，具有良好的市场竞争力。
本发明的有益效果为：本发明提供的金属氢化物储氢罐制造方法，其流程简单，易实现，可分批批量化生产所涉及的元件，可流水线组装，储氢合金粉末生产成本低，采用该方法制得的金属氢化物储氢罐具有结构简单，空间利用率高，储氢量大，密封性好，传热传质性能优良，吸放氢速度快，长期使用安全性好，不会由于储氢材料吸氢膨胀而造成罐体的破裂，不需要通冷却介质，可以多次回收利用，制造成本和使用成本低。
附图说明
图1. 本发明实施例中一种金属氢化物储氢罐剖视图；
图2. 本发明实施例中罐体的加工流程图；
图3. 本发明实施例中法兰盖的加工流程图；
图4. 本发明实施例中泡沫铜元件的加工流程图；
图5. 本发明实施例中储氢合金粉的加工流程图；
图6. 本发明实施例中金属氢化物储氢罐的组装生产流程图；
图7. 本发明实施例中金属氢化物储氢罐的吸放氢速度曲线；
其中：1-泡沫铜圆盖、2-席型铜网、3-卡套型球阀、4-气管、5-UJR接头、6-法兰盖、7-螺栓、8-O型密封圈、9-散热翅片、10-罐体、11-储氢合金粉、12-泡沫铜圆筒、13-泡沫铜圆盘、14-铜-水热管、15-泡沫铜圆柱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
如图1所示，一种金属氢化物储氢罐，包括：泡沫铜圆盖1、席型铜网2、卡套型球阀3、气管4、UJR接头5、法兰盖6、螺栓7、O型密封圈8、散热翅片9、罐体10、储氢合金粉11、泡沫铜圆筒12、泡沫铜圆盘13、铜-水热管14、泡沫铜圆柱15。其制造过程主要包括罐体的加工、法兰盖的加工、泡沫铜元件的加工、储氢合金粉的制备、储氢罐的流水线组装生产。
其中，如图2所示，罐体10加工的主要流程为：①对市售铝合金管进行切割获得长280mm，壁厚4mm，外径82mm的铝合金管毛坯，对铝合金管毛坯进行平口，去毛刺处理，然后对其进行清洗，除去铝合金管表面的切屑、油污、尘土等，晾干获得铝合金管成品；②对市售铝合金板进行切割获得厚度5mm，直径74mm圆块毛坯，然后倒角，清洗晾干，获得圆块成品；③对市售铝合金板进行切割获得圆环毛坯，圆环外径136mm，内径82mm，壁厚10mm，然后在圆环毛坯上铣宽度为4mm，外径为98mm的密封槽，然后倒角、清洗、晾干，获得带密封槽的圆环成品；④对市售铝合金板进行冲压成型，清洗晾干，获得壁厚0.5mm,内径82mm，外径136mm的散热翅片9成品；⑤将散热翅片按20mm间距焊在铝合金管外壁，将圆块焊在铝合金管的一个端口，将带密封槽的圆环焊在铝合金管的另一个端口，且密封槽与散热翅片方向相背，再次进行清洗，获得带有散热翅片的罐体10成品。铝合金管、圆块、圆环、散热翅片分别同时进行批量加工以减少时间成本。
其中，如图3所示，法兰盖6加工的主要流程为：①切割市售不锈钢板以获得圆块外径136mm，壁厚10mm；②对圆块进行钻孔，4个螺栓孔均匀分布，孔径8.5mm，中间气孔的孔径为6.5mm，如此得到法兰毛坯；③对法兰毛坯进行车、磨加工，其中与O型密封圈相接触的法兰盖表面粗糙度为1.6，其他法兰盖表面粗糙度为3.2，然后清洗晾干获得法兰盖成品；④切割市售不锈钢管，获得长度30mm，外径1/4英寸，壁厚1mm的钢管毛坯；⑤对钢管毛坯进行平口，去毛刺，清洗获得气管成品；⑥将气管插入法兰盖中间的气孔进行承插焊接；⑦另取气管与市售1/4英寸UJR接头进行对焊，获得带有UJR接头的气管；⑧法兰盖气管的另一头与市售1/4英寸卡套型球阀3卡接，市售1/4英寸卡套型球阀的另一头与带有1/4英寸UJR接头5的气管进行卡接，最终获得带有UJR接头5、卡套型球阀3、气管4的法兰盖。法兰盖6和气管4分别同时进行批量加工以减少时间成本。
其中，如图4所示，泡沫铜元件加工的主要流程为：①切割市售泡沫铜板以获得长度40mm、壁厚5mm、外径73mm的泡沫铜圆筒，长度40mm、直径10mm的泡沫铜圆柱和长度15mm，外径62mm、内径11mm的泡沫铜圆盘；②对短长度泡沫铜圆筒进行焊接和切割加工，在筒壁上进行冲孔，孔径2mm，在间隔为35mm的每平面上均匀分布4个孔，然后进行清洗晾干获得长度280mm泡沫铜圆筒12成品；③对短长度泡沫铜圆柱进行焊接和切割加工，然后进行清洗晾干获得长度280mm泡沫铜圆柱15成品；④对短长度泡沫铜圆盘进行清洗晾干获得泡沫铜圆盘13成品；⑤对市售泡沫铜板进行切割，然后清洗晾干后获得直径74mm、厚度3mm的泡沫铜圆盖1成品；⑥对市售席型铜网进行切割，然后清洗晾干后获得直径74mm席型铜网2成品；⑦将席型铜网2成品与泡沫铜圆盖1成品进行焊接加工，席型铜网2焊在两个泡沫铜圆盖1中间，然后清洗晾干获得带有席型铜网2的泡沫铜圆盖1成品。其中，用于泡沫铜圆筒12、泡沫铜圆柱15、泡沫铜圆盘13加工的市售泡沫铜板的规格为厚度40mm、孔径60PPI，用于泡沫铜圆盖1加工的市售泡沫铜板的规格为厚度3mm、孔径150PPI。市售席型铜网的规格为1000目。泡沫铜圆盖1与其他泡沫铜元件分别同时进行批量加工以减少时间成本。
其中，如图5所示，储氢合金粉11加工的主要流程为：①采用市售纯度为99%的单质金属（Ce、La、Co、Ni、Sn），按化学计量比进行切割，称重配料，获得原料金属的混合物；②将原料金属混合物放入真空感应熔炼炉中，进行感应熔炼获得储氢合金锭；③将储氢合金锭破碎成3~6mm颗粒获得储氢合金粉。该储氢合金的化学式为Ce0.5La0.5Co0.9Ni4.1Sn0.1，室温平台压为1MPa，室温平台斜率为0.15，室温平台滞后系数为0.12。
上述罐体、法兰盖、泡沫铜元件、储氢合金粉分别同时进行批量化生产，以减少时间成本。
其中，如图6所示，金属氢化物储氢罐的组装生产流程为：①将市售O型密封圈8放入带有散热翅片9的罐体10密封槽中；②将泡沫铜圆筒12放入罐体10中，泡沫铜圆筒12与罐体10之间为间隙配合；③将泡沫铜圆柱15放入罐体10中；④紧接着将泡沫铜圆盘13放入罐体10底部，同时确保泡沫铜圆柱15穿过泡沫铜圆盘13中间的圆孔，泡沫铜圆柱15与泡沫铜圆盘13之间为间隙配合，泡沫铜圆盘13与泡沫铜圆筒12之间为间隙配合；⑤将市售外径3mm，长度30mm的铜-水热管14均匀放在泡沫铜圆盘13上方平面上，同时确保铜-水热管14的一端插入泡沫铜圆筒12上的预冲孔中并与罐体10壁面接触，铜-水热管14与泡沫铜圆筒12之间为过盈配合；⑥倒入500g的储氢合金粉11，然后用圆环形铁块压平；⑦不断重复步骤④⑤⑥直到罐体10最后剩余容积无法再重复④⑤⑥步骤；⑧放入带有席型铜网2的泡沫铜圆盖1，泡沫铜圆盖1与罐体10之间为过盈配合；⑨将带有卡套型球阀3、气管4、UJR接头5的法兰盖6盖在罐体10上，并加螺栓7将其与罐体10紧密连接在一起，此时获得装配完整的储氢罐；⑩然后将储氢罐放入带有高脚的透明水池中，确保水面没过卡套型球阀3，但是UJR接头5在水面之上，通过UJR接头5与充放气装置连接，然后打开充放气装置上连接高压氮气瓶的阀门以及卡套型球阀3向储氢罐中通入高压氮气，氮气压力为10MPa,通过透明水池观察储氢罐及卡套型球阀3的各种接头位置是否有气泡漏出；⑪ 如果发现有漏点漏出气泡，则对相应位置进行充分的维修处理，然后重新按前述步骤进行组装，并再次进行充氮检漏直到确认没有任何泄漏发生； 如果没有任何气泡漏出，则代表整个储氢罐气密性良好，关闭充放气装置上的连接高压氮气瓶的阀门，缓慢打开充放气装置上的连接真空泵的阀门，对储氢罐进行抽真空，使储氢罐脱除各种杂质气体，抽真空时间为30分钟；⑫ 关闭充放气装置上的连接真空泵的阀门，打开充放气装置上的连接高压氢气瓶的阀门，向储氢罐中充入高压氢气，氢气压力为10MPa，然后关闭充放气装置上的连接高压氢气瓶的阀门，观察充放气装置上的压力表，当压力表显著下降，数值逐步稳定后显示压力<0.5MPa，代表储氢罐中的储氢合金粉已经活化可以供用户使用，关闭充放气装置上连接高压氢气瓶的阀门和储氢罐上的卡套型球阀3，将储氢罐从充放气装置上脱除，此时储氢罐就是制造获得的成品。
为测试该储氢罐的吸放氢性能，将该储氢罐与H2AT-11520型储氢罐性能测试仪相连，对储氢罐抽真空30分钟，脱除里面的各种气体，将充氢压力调到2MPa，进行充放氢速度的测试，测试获得的结果如图7所示，图中纵坐标表示储氢罐的充放氢量，横坐标表示反应时间，由此可见该储氢罐200秒以内即可吸氢饱和，400秒以内即可脱氢完全，吸放氢量接近360SL，表明该储氢罐具有良好的传热传质性能，进而保证了良好的吸放氢性能。

Claims (7)

1.一种金属氢化物储氢罐制造方法，其特征在于：包括罐体（10）的加工、法兰盖（6）的加工、泡沫铜元件的加工、储氢合金粉（11）的制备、储氢罐的流水线组装生产；
步骤1）、罐体（10）的加工，流程为：
①对待加工的铝合金管进行切割获得铝合金管毛坯，对铝合金管毛坯进行平口，去毛刺处理，然后对其进行清洗，除去铝合金管表面的切屑、油污、尘土，晾干获得铝合金管成品；
②对待加工的铝合金板进行切割获得圆块毛坯，然后倒角，清洗晾干，获得圆块成品；
③对待加工的铝合金板进行切割获得圆环毛坯，然后在圆环毛坯上铣密封槽，然后倒角清洗晾干，获得带密封槽的圆环成品；
④对待加工的铝合金板进行冲压成型，清洗晾干，获得散热翅片（9）成品；
⑤将散热翅片（9）按设定间距焊在铝合金管外壁，将圆块焊在铝合金管的一个端口，将带密封槽的圆环焊在铝合金管的另一个端口，且密封槽与散热翅片方向相背，再次进行清洗，获得带有散热翅片的罐体（10）成品；
步骤2）、法兰盖（6）的加工，流程为：
①切割待加工的不锈钢板以获得圆块；
②对圆块进行钻孔，以获得法兰毛坯；
③对法兰毛坯进行车、磨加工，然后清洗晾干获得法兰盖成品；
④切割待加工的不锈钢管，获得钢管毛坯；
⑤对钢管毛坯进行平口，去毛刺，清洗获得气管（4）成品；
⑥将气管（4）插入法兰盖（6）中间的气孔进行承插焊接；
⑦另取气管（4）与UJR接头（5）进行对焊，获得带有UJR接头（5）的气管（4）；
⑧法兰盖气管的另一头与卡套型球阀（3）卡接，卡套型球阀的另一头与带有UJR接头（5）的气管（4）进行卡接，最终获得带有UJR接头（5）、卡套型球阀（3）、气管（4）的法兰盖（6）；
步骤3）、泡沫铜元件加工，流程为：
①切割待加工的泡沫铜板以获得短长度泡沫铜圆筒、短长度泡沫铜圆柱和短长度泡沫铜圆盘；
②对短长度泡沫铜圆筒焊接和切割加工，在筒壁上进行冲孔，然后进行清洗晾干获得泡沫铜圆筒（12）成品；
③对短长度泡沫铜圆柱进行焊接和切割加工，然后进行清洗晾干获得泡沫铜圆柱（15）成品；
④对短长度泡沫铜圆盘进行清洗晾干获得泡沫铜圆盘（13）成品；
⑤对待加工的泡沫铜板进行切割，然后清洗晾干后获得泡沫铜圆盖（1）成品；
⑥对待加工的席型铜网进行切割，然后清洗晾干后获得席型铜网（2）成品；
⑦将席型铜网（2）成品与泡沫铜圆盖（1）成品进行焊接加工，然后清洗晾干获得带有席型铜网（2）的泡沫铜圆盖（1）成品；
步骤4）、储氢合金粉（11）的制备，储氢合金粉（11）加工流程为：
①采用待加工的纯度为99%的单质金属（Ce、La、Co、Ni、Sn），按化学计量比进行切割，称重配料，获得原料金属的混合物；
②将原料金属混合物放入真空感应熔炼炉中，进行感应熔炼获得储氢合金锭；
③将储氢合金锭破碎成2~10mm颗粒获得储氢合金粉（11）；
步骤5）、储氢罐的流水线组装，金属氢化物储氢罐的组装生产流程为：
①将O型密封圈（8）放入带有散热翅片（9）的罐体密封槽中；
②将泡沫铜圆筒（12）放入罐体（10）中，泡沫铜圆筒（12）与罐体（10）之间为间隙配合；
③将泡沫铜圆柱（15）放入罐体（10）中；
④紧接着将泡沫铜圆盘（13）放入罐体（10）底部，同时确保泡沫铜圆柱（15）穿过泡沫铜圆盘（13）中间的圆孔，泡沫铜圆柱（15）与泡沫铜圆盘（13）之间为间隙配合，泡沫铜圆盘（13）与泡沫铜圆筒（12）之间为间隙配合；
⑤将铜-水热管（14）均匀放在泡沫铜圆盘（13）上方平面上，同时确保铜-水热管（14）的一端插入泡沫铜圆筒（12）上的预冲孔中并与罐体（10）壁面接触，铜-水热管（14）与泡沫铜圆筒（12）之间为过盈配合；
⑥倒入400~600g的储氢合金粉（11），然后用圆环形铁块压平；
⑦不断重复步骤④⑤⑥直到罐体（10）最后剩余容积无法再重复④⑤⑥步骤；
⑧放入带有席型铜网（2）的泡沫铜圆盖（1），泡沫铜圆盖（1）与罐体（10）之间为过盈配合；
⑨将带有卡套型球阀（3）、气管（4）、UJR接头（5）的法兰盖（6）盖在罐体（10）上，并加螺栓（7）将其与罐体（10）紧密连接在一起，此时获得装配完整的储氢罐；
⑩然后将储氢罐放入带有高脚的透明水池中，确保水面没过卡套型球阀（3），但是UJR接头（5）在水面之上，通过UJR接头（5）与充放气装置连接，然后打开充放气装置上连接高压氮气瓶的阀门以及卡套型球阀（3），向储氢罐中通入高压氮气，氮气压力为5~15MPa,通过透明水池观察储氢罐及卡套型球阀（3）的各种接头位置是否有气泡漏出；
⑪ 如果发现有漏点漏出气泡，则对相应位置进行充分的维修处理，然后重新按前述步骤进行组装，并再次进行充氮检漏直到确认没有任何泄漏发生；
如果没有任何气泡漏出，则代表整个储氢罐气密性良好，关闭充放气装置上的连接高压氮气瓶的阀门，缓慢打开充放气装置上的连接真空泵的阀门，对储氢罐进行抽真空，使储氢罐脱除各种杂质气体，抽真空时间为20~40分钟；
⑫关闭充放气装置上的连接真空泵的阀门，打开充放气装置上的连接高压氢气瓶的阀门，向储氢罐中充入高压氢气，氢气压力为5~10MPa，然后关闭充放气装置上的连接高压氢气瓶的阀门，观察充放气装置上的压力表，当压力表显著下降，数值逐步稳定后显示压力<0.5MPa，代表储氢罐中的储氢合金粉（11）已经活化可以供用户使用，关闭充放气装置上的连接高压氢气瓶的阀门和储氢罐上的卡套型球阀（3），将储氢罐从充放气装置上脱除，此时储氢罐就是制造获得的成品。
2.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐制造方法，其特征在于：步骤1）中，用于加工圆块和圆环的待加工的铝合金板厚度均为5~20mm，用于加工散热翅片的待加工的铝合金板厚度为0.2~1mm；铝合金管、圆块、圆环、散热翅片分别同时进行批量加工以减少时间成本。
3.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐制造方法，其特征在于：步骤2）中，所述与O型密封圈（8）相接触的加工得到的法兰盖（6）表面粗糙度优于1.6，法兰盖（6）其他表面粗糙度优于3.2；法兰盖和气管分别同时进行批量加工以减少时间成本。
4.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐制造方法，其特征在于：步骤3）中，用于泡沫铜圆筒、圆柱、圆盘加工的待加工的泡沫铜板的规格均为厚度20~40mm，孔径50~90PPI；用于泡沫铜圆盖加工的待加工的泡沫铜板的规格为厚度3~10mm，孔径90~150PPI，待加工的席型铜网的规格为800~3000目；席型铜网焊在两个泡沫铜圆盖中间；泡沫铜圆筒、圆柱、圆盘采用同规格泡沫铜原材料进行加工，一次切割获得三种部件；泡沫铜圆盖与其他泡沫铜元件分别同时进行批量加工以减少时间成本。
5.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐制造方法，其特征在于：步骤4）中，储氢合金的化学式为CexLa1-xCo4.9-yNiySn0.1（x=0.4~0.6，y=3~4.5），室温平台压为0.5~2MPa，室温平台斜率为0.1~0.2，室温平台滞后系数为0.1~0.2。
6.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐制造方法，其特征在于：罐体（10）、法兰盖（6）、泡沫铜元件、储氢合金粉（11）分别同时进行批量化生产，以减少时间成本。
7.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐制造方法，其特征在于：所述待加工的铝合金管、待加工的铝合金板、待加工的不锈钢板、待加工的不锈钢管、UJR接头（5）、卡套型球阀（3）、待加工的泡沫铜板、待加工的席型铜网均为市售，从市场上直接购买。
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