CN112762354B - 一种金属氢化物储氢罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属氢化物储氢罐，包括罐体、法兰盖、换热管和散热翅片；罐体内部设有存储腔，存储腔的侧壁内设有收纳槽，收纳槽内填充有复合相变材料；法兰盖与罐体的端口密封连接，法兰盖上设有氢气进出口，氢气进出口与存储腔导通；换热管设于存储腔内，换热管的输入端和输出端均连通至法兰盖外；散热翅片为多块，多块散热翅片沿换热管的布置轨迹间隔排列布置，相邻散热翅片之间放置有储氢材料；所以复合相变材料的设置实现第一阶段的热管理，换热管实现了第二阶段的热管理，即通过不同的热管理方式提高了热管理效率，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。

Description

一种金属氢化物储氢罐

技术领域

本发明涉及储氢的技术领域，特别涉及一种金属氢化物储氢罐。

背景技术

氢能作为一种绿色可再生二次能源，可当做能源载体应用于现代可再生能源系统中，比如风能和太阳能，以解决其运行中的间歇性问题。作为一种燃料，氢气可以通过燃料电池或内燃机实现氢电或氢热转化。然而，氢气安全高效的储存技术成为了其大规模应用的瓶颈问题之一。相比较于气态储氢和液态储氢方式，以金属氢化物储氢材料为代表的固态储氢方式因其体积储氢量大、安全性高等优点具有很大的发展前景。但由于金属氢化物储氢材料吸放氢反应具有较大的反应热效应，因此金属氢化物储氢罐的设计要考虑其热管理方式。目前对于金属氢化物储氢装置的热管理方式主要有以下几种：

配备直管换热器的储罐——在储罐中配置直管换热器，通过传热流体将反应热带出储罐或加热储罐，从而促进吸放氢反应的持续进行。储罐中的单根直管换热器结构简单，传热面积较小，添加翅片虽能增大换热面积，但其强化效果仍有限，因此传热性能较差，吸放氢反应速率较慢。而采用管束式换热器，其结构复杂，而且由于传热流体的直通性，换热器的两端都需要伸到储罐外，会导致储罐密封性变差，安全稳定性低。

配备螺旋管换热器的储罐——相比较直管换热器，螺旋管的换热面积更大，具有优异的传热性能，吸放氢反应速率较快。但是螺旋结构复杂，加工制作困难，而且储氢罐中只适于填充粉末储氢材料，粉末材料的导热性能很差，不适用于填充具有高导热性能的储氢材料压块体。

配备微通道换热器的储罐——储罐内的微通道换热器由于其高比表面积特性，传热性能好，且储罐内温度分布更均匀。但是微通道加工制作困难，成本较高。而且由于储氢材料吸放氢反应后会发生体积膨胀，会破坏微通道结构。因此配备微通道换热器的储罐实用性较低。

使用相变材料传热储热型储罐——将相变材料与储氢罐集成，不仅能够实现热量的相互传递，而且可通过相变材料较大的潜热储存量实现反应热的回收利用，可提高储氢系统的能量利用效率。要使得吸氢反应完全进行，则需要足够量的相变材料以完全吸收反应热，会导致储罐体积和质量的倍增，大大降低了系统的质量或体积储氢量。而且由于实际过程的热损失和能量品味的变化，仅依靠相变材料传热储热也难以实现吸放氢反应的循环进行。目前大多数都采用相变材料围绕在储罐四周的方式进行传储热，考虑到储罐的耐压性，其壁厚较厚，导致传热热阻较大，降低了储罐的传热和反应速率较慢。

因此，上述基于各种热管理方式的金属氢化物储氢罐仍存在一些缺陷，距离实际产业化应用仍有一定差距。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属氢化物储氢罐，以解决现有储氢罐热管理效果不佳的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种金属氢化物储氢罐，包括罐体、法兰盖、换热管和散热翅片；所述罐体内部设有存储腔，所述存储腔的侧壁内设有收纳槽，所述收纳槽内填充有复合相变材料；所述法兰盖与所述罐体的端口密封连接，所述法兰盖上设有氢气进出口，所述氢气进出口与所述存储腔导通；所述换热管设于所述存储腔内，所述换热管的输入端和输出端均连通至所述法兰盖外；所述散热翅片为多块，多块所述散热翅片沿所述换热管的布置轨迹间隔排列布置，相邻所述散热翅片之间放置有储氢材料。

在其中一个实施例中，所述换热管呈U形，所述换热管穿过多块所述散热翅片，以使多块所述散热翅片沿所述罐体的轴向间隔排列布置。

在其中一个实施例中，所述散热翅片上设有多个导气孔，多个所述导气孔均贯通所述散热翅片相对的两表面。

在其中一个实施例中，所述收纳槽邻近所述法兰盖的一端设有减压口，所述减压口与所述收纳槽内部导通。

在其中一个实施例中，所述复合相变材料包括相变材料和膨胀石墨。

在其中一个实施例中，所述法兰盖上设有温度传感器，所述温度传感器延伸至所述存储腔内，所述温度传感器用于检测所述存储腔内的温度。

在其中一个实施例中，所述金属氢化物储氢罐还包括三通管；所述三通管的第一端穿过所述法兰盖延伸至所述存储腔内；所述三通管的第二端连接有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述存储腔内的压力；所述三通管的第三端连接有泄压阀，所述泄压阀用于在所述存储腔内压力过大时进行泄压。

在其中一个实施例中，所述氢气进出口设有滤嘴。

在其中一个实施例中，所述法兰盖与所述罐体的密封连接处设有石墨垫片，所述石墨垫片夹持于所述法兰盖与所述罐体之间。

在其中一个实施例中，所述罐体的外表面覆盖有保温层。

本发明的有益效果如下：

由于所述罐体内部设有存储腔，所述存储腔的侧壁内设有收纳槽，所述收纳槽内填充有复合相变材料，所以复合相变材料的设置实现第一阶段的热管理，而所述换热管设于所述存储腔内，所述换热管的输入端和输出端均连通至所述法兰盖外，即换热管实现了第二阶段的热管理，即通过不同的热管理方式提高了热管理效率，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明金属氢化物储氢罐实施例提供的剖视结构示意图；

图2是图1的储氢材料装载状态示意图；

图3是图2的储氢材料拆解状态示意图。

附图标记如下：

10、罐体；11、存储腔；12、收纳槽；13、减压口；14、保温层；

20、法兰盖；21、氢气进出口；22、温度传感器；23、三通管；24、压力传感器；25、泄压阀；26、滤嘴；27、石墨垫片；

30、换热管；

40、散热翅片；41、导气孔；

50、复合相变材料；

60、储氢材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种金属氢化物储氢罐，其实施例如图1至图3所示，包括罐体10、法兰盖20、换热管30和散热翅片40；罐体10内部设有存储腔11，存储腔11的侧壁内设有收纳槽12，收纳槽12内填充有复合相变材料50；法兰盖20与罐体10的端口密封连接，法兰盖20上设有氢气进出口21，氢气进出口21与存储腔11导通；换热管30设于存储腔11内，换热管30的输入端和输出端均连通至法兰盖20外；散热翅片40为多块，多块散热翅片40沿换热管30的布置轨迹间隔排列布置，相邻散热翅片40之间放置有储氢材料60。

在进行应用时，散热翅片40用于对储氢材料60进行承托，储氢材料60用于存储氢气，在这个过程中产生的热量将由两种方式实现管理；第一种是热量经存储腔11的腔壁传输至复合相变材料50，由复合相变材料50进行热量吸收，或复合相变材料50将热量传递至存储腔11内，第二种是通过在换热管30内流动的液体(如水和导热油等)进行热量交换，以此带走或带入热量；所以此实施例通过不同的换热方式提高了热管理效率，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。

如图1和图2所示，换热管30呈U形，换热管30穿过多块散热翅片40，以使多块散热翅片40沿罐体10的轴向间隔排列布置。

在图示方向中，换热管30的左右两端口延伸至法兰盖20外，换热管30呈竖向布置，从而使得多块散热翅片40能够实现从上往下的布置，其中，由于换热管30两侧的管路均会穿过散热翅片40，所以为实现散热翅片40与换热管30的连接固定，两者之间可采用焊接方式实现连接。

如图3所示，散热翅片40上设有多个导气孔41，多个导气孔41均贯通散热翅片40相对的两表面。

在增设导气孔41后，氢气将经导气孔41实现上下流通，而此时则可以将散热翅片40的尺寸设置为与存储腔11的尺寸相匹配，以此加强散热翅片40的安装稳定性，也提高了金属氢化物储氢罐的结构紧凑性。

如图1所示，收纳槽12邻近法兰盖20的一端设有减压口13，减压口13与收纳槽12内部导通。

由于收纳槽12是利用罐体10内部的薄壁结构形成，受压容易产生损坏，所以此实施例增设减压口13后，能够避免高压氢气对收纳槽12的空间结构造成损坏，为金属氢化物储氢罐的长期稳定使用提供了重要保障。

优选的，此实施例设置复合相变材料50包括相变材料和膨胀石墨。

在此实施例中，复合相变材料50由相变材料与质量分数15％以上的膨胀石墨复合而成，通过膨胀石墨的空隙结构及其吸附特性，将相变材料吸附并固定于其空隙结构中，确保相变材料在融化凝固过程中的结构稳定性，可有效避免储罐因晃动而导致液态相变材料漏液等问题。

如图1所示，法兰盖20上设有温度传感器22，温度传感器22延伸至存储腔11内，温度传感器22用于检测存储腔11内的温度。

在增设温度传感器22后，可利用温度传感器22及时了解存储腔11的内部温度，避免金属氢化物储氢罐在高温环境下工作，从而提高了金属氢化物储氢罐的工作安全性；其中，此实施例的温度传感器22可以是电热偶探头。

如图1所示，金属氢化物储氢罐还包括三通管23；三通管23的第一端穿过法兰盖20延伸至存储腔11内；三通管23的第二端连接有压力传感器24，压力传感器24用于检测存储腔11内的压力；三通管23的第三端连接有泄压阀25，泄压阀25用于在存储腔11内压力过大时进行泄压。

即存储腔11内的气体能经三通管23流动至压力传感器24处，所以压力传感器24便可及时测得存储腔11内的压力值，若存储腔11内的压力值过高时，则可打开泄压阀25进行泄压，从而确保金属氢化物储氢罐始终工作于一个稳定和安全的环境中；其中，此实施例的压力传感器24可以是压力变送器。

如图X所示，氢气进出口21设有滤嘴26。

在氢气进出口21设置滤嘴26后，则可防止有杂质堵塞氢气进出口21，从而为氢气的顺畅流动提供了保障。

如图1所示，法兰盖20与罐体10的密封连接处设有石墨垫片27，石墨垫片27夹持于法兰盖20与罐体10之间。

由于石墨垫片27具有耐压耐高温的性质，所以在增设石墨垫片27后，则可为提高金属氢化物储氢罐的耐压耐高温性能提供重要帮助。

如图1所示，罐体10的外表面覆盖有保温层14。

在增设保温层14后，则可减少罐体10内部的热量散失，以实现保温效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种金属氢化物储氢罐，其特征在于，

包括罐体、法兰盖、换热管和散热翅片；

所述罐体内部设有存储腔，所述存储腔的侧壁内设有收纳槽，所述收纳槽内填充有复合相变材料；

所述法兰盖与所述罐体的端口密封连接，所述法兰盖上设有氢气进出口，所述氢气进出口与所述存储腔导通；

所述换热管设于所述存储腔内，所述换热管的输入端和输出端均连通至所述法兰盖外；

所述散热翅片为多块，多块所述散热翅片沿所述换热管的布置轨迹间隔排列布置，相邻所述散热翅片之间放置有储氢材料；

所述法兰盖上设有温度传感器，所述温度传感器延伸至所述存储腔内，所述温度传感器用于检测所述存储腔内的温度；

所述金属氢化物储氢罐还包括三通管；

所述三通管的第一端穿过所述法兰盖延伸至所述存储腔内；

所述三通管的第二端连接有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述存储腔内的压力；

所述三通管的第三端连接有泄压阀，所述泄压阀用于在所述存储腔内压力过大时进行泄压。

2.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述换热管呈U形，所述换热管穿过多块所述散热翅片，以使多块所述散热翅片沿所述罐体的轴向间隔排列布置。

3.根据权利要求2所述的金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述散热翅片上设有多个导气孔，多个所述导气孔均贯通所述散热翅片相对的两表面。

4.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述收纳槽邻近所述法兰盖的一端设有减压口，所述减压口与所述收纳槽内部导通。

5.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述复合相变材料包括相变材料和膨胀石墨。

6.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述氢气进出口设有滤嘴。

7.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述法兰盖与所述罐体的密封连接处设有石墨垫片，所述石墨垫片夹持于所述法兰盖与所述罐体之间。

8.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述罐体的外表面覆盖有保温层。