CN113137560A

CN113137560A - 一种用于氢气的储氢罐结构

Info

Publication number: CN113137560A
Application number: CN202011486041.8A
Authority: CN
Inventors: 恰巴克·亚历山大
Original assignee: Shenzhen Zhongke Microtubule Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Zhongke Microtubule Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-07-20

Abstract

本发明公开了一种用于氢气的储氢罐结构，涉及氢能技术领域。包括外壳一、收集器、耗电器、毛细管、毛细管锥形末端、密封块、加热器、外壳盖、支管一、隔板、支管二以及外壳二，外壳一的内部设置有收集器，外壳一的顶部设置有与收集器相互连通的耗电器，收集器的内部设置有支管二，收集器的一侧设置有支管一，收集器的底部固定设置有加热器，加热器的底部设置有毛细管锥形末端。该用于氢气的储氢罐结构，储氢罐设计可为用户提供安全的储氢，高速和可控的氢供应，从而大大扩展了其使用功能，此类容器可用作汽车的储氢器，计算机，电话的便携式电源等，利于确保了流向耗电器的氢流的高可靠性，速度和平稳性。

Description

一种用于氢气的储氢罐结构

技术领域

本发明涉及氢能技术领域，具体为一种用于氢气的储氢罐结构。

背景技术

氢气，化学式为H₂，分子量

常温常压下，是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味且难溶于水的气体，氢气是世界上已知的密度最小的气体，氢气的密度只有空气的1/14，即在1标准大气压和0℃，氢气的密度为0.089g/L，所以氢气可作为飞艇、氢气球的填充气体(由于氢气具有可燃性，安全性不高，飞艇现多用氦气填充)，氢气是相对分子质量最小的物质，还原性较强，常作为还原剂参与化学反应。

有储存氢气的能力(专利号2222749，IPC F17C 5/04)，这是一个密封外壳，内部容器存储液化氢，气体加注系统的设计，它可以减少氢气的损失，减少填充氢气的时间。氢气汽车的储氢罐(施瓦茨《未来汽车》-公告：2004年5月12日，第10号(347)，第1-5年)由耐用的相对轻的复合材料制成。最新的压力缸的改装有90升的体积，质量40公斤，氢压400atm。据估计，在这种情况下，罐中可以储存3.2千克氢气，因此氢气的重量为3.2/40×100％容量，缺点是防爆性和单位体积氢含量低。

众所周知，在玻璃制成的空心纤维毛细管中储存氢气是可能的(Yan K.L.，Sellars B.G.，Lo I.等人通过高压微封装储存氢气/实习生《氢能源》1985年第10卷，18号，517-522页)。空心毛细管15厘米长，直径160-260微米，16-35微米厚，覆盖在两侧。然后，氢气在毛细管被放置在700ata的压力下形成，当加热到300摄氏度时，毛细管内部腔与氢气结合。冷却后，氢气留在毛细管内，加热后出来。这样的系统是防爆性的，但这样的系统中氢气的重量是4.2％。这种氢含量非常低，可以制造工业适用的储氢罐。此外，氢气在300摄氏度或更高的温度下进行加注和提取。同时，氢气的加油和提取速度慢，持续数小时，加满容器的时间为4-10分钟。

拟议发明的原型是储存氢气的能力(恰巴克《氢电池基于有序的微孔结构》.-《工业科学和技术》2006年第1号，第24-27页)。

该储氢罐是采用歧管工艺的密封体-氢气的供应和释放，安全阀的安装。阀体包含一束空心毛细管，其开口端伸入氢气供应/排气歧管和一个加热器。储罐的优点是毛细管中氢气的比重高，防爆安全性高。但是显著缺点是从封闭的毛细管中抽出气体的过程缓慢，这是因为在高温下由于气体扩散的过程而进行了抽出。这样的容器不满足对耗电器的气体供应率的要求。在扩散机制的情况下，气体提取速率与气体扩散所通过的表面积成比例，并且也由该表面的温度确定。因此，为了改善从毛细管中抽出气体，需要对整个结构进行加热，这需要高的能量消耗，而且这种气体提取技术可能不是能源密集型的。

为此，提出一种用于氢气的储氢罐结构来解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种用于氢气的储氢罐结构，具备利于确保了流向耗电器的氢流的高可靠性，速度和平稳性的优点，以解决现有的储氢罐存在使用效果一般的问题。

为实现利于确保了流向耗电器的氢流的高可靠性，速度和平稳性的目的，本发明提供如下技术方案：一种用于氢气的储氢罐结构，包括外壳一、收集器、耗电器、毛细管、毛细管锥形末端、密封块、加热器、外壳盖、支管一、隔板、支管二以及外壳二，所述外壳一的内部设置有收集器，所述外壳一的顶部设置有与收集器相互连通的耗电器，所述收集器的内部设置有支管二，所述收集器的一侧设置有支管一，所述收集器的底部固定设置有加热器，所述加热器的底部设置有毛细管锥形末端，所述毛细管锥形末端的底部设置有毛细管，所述毛细管的底部设置有外壳盖，所述加热器上游收集器的自由空间填充有密封块，所述密封块的底部设置有隔板，所述毛细管的外侧设置有外壳二。

作为本发明的一种优选技术方案，所述收集器主要用于氢气供应以及释放，所述耗电器外侧连接有供气管道。

作为本发明的一种优选技术方案，所述支管一用于安装安全阀，所述支管二用于安装压力传感器的。

作为本发明的一种优选技术方案，所述隔板用于固定密封块。

作为本发明的一种优选技术方案，所述毛细管锥形末端是具有平坦端面的锥形体，所述毛细管锥形末端制成球形末端表面。

作为本发明的一种优选技术方案，所述毛细管锥形末端锥形部分可以涂有金属或聚合物或玻璃。

作为本发明的一种优选技术方案，所述毛细管可以由玻璃，或碳，或金属，或聚合材料或其组成例如玻璃碳制成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述密封块选用高氢渗透性密封材料，且高氢渗透性密封材料是钯或镍基合金或石墨或玻璃基组合物或聚合物材料。

作为本发明的一种优选技术方案，所述密封块在容器充放电的温度下的氢渗透系数为(2.0-3.6)10-4cm2//s/2)，或熔点或降解温度低于毛细管材料熔点的材料。

作为本发明的一种优选技术方案，所述低熔点的密封材料是玻璃或金属合金或聚合材料，具有低降解温度的材料是聚合物材料或有机金属化合。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于氢气的储氢罐结构，具备以下有益效果：

该用于氢气的储氢罐结构，储氢罐设计可为用户提供安全的储氢，高速和可控的氢供应，从而大大扩展了其使用功能，此类容器可用作汽车的储氢器，计算机，电话的便携式电源等，利于确保了流向耗电器的氢流的高可靠性，速度和平稳性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的外壳二结构示意图；

图3为本发明的毛细管束示意图。

图中：1、外壳一；2、收集器；3、耗电器；4、毛细管；5、毛细管锥形末端；6、密封块；7、加热器；8、外壳盖；9、支管一；10、隔板；11、支管二；12、外壳二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明公开了一种用于氢气的储氢罐结构，包括外壳一1、收集器2、耗电器3、毛细管4、毛细管锥形末端5、密封块6、加热器7、外壳盖8、支管一9、隔板10、支管二11以及外壳二12，所述外壳一1的内部设置有收集器2，所述收集器2主要用于氢气供应以及释放，所述外壳一1的顶部设置有与收集器2相互连通的耗电器3，所述耗电器3外侧连接有供气管道，所述收集器2的内部设置有支管二11，所述支管二11用于安装压力传感器的，所述收集器2的一侧设置有支管一9，所述支管一9用于安装安全阀，所述收集器2的底部固定设置有加热器7，所述加热器7的底部设置有毛细管锥形末端5，所述毛细管锥形末端5的底部设置有毛细管4，所述毛细管4的底部设置有外壳盖8，所述加热器7上游收集器2的自由空间填充有对氢的渗透性高或熔点或破坏温度比毛细管材料的熔点高的密封块6，所述密封块6的底部设置有隔板10，所述隔板10用于固定密封块6，所述毛细管4的外侧设置有外壳二12。

具体的所述毛细管锥形末端5是具有平坦端面的锥形体，所述毛细管锥形末端5制成球形末端表面，所述毛细管锥形末端5锥形部分可以涂有金属或聚合物或玻璃。

具体的，所述毛细管4可以由玻璃，或碳，或金属，或聚合材料或其组成例如玻璃碳制成。

具体的，所述密封块6选用高氢渗透性密封材料，且高氢渗透性密封材料是钯或镍基合金或石墨或玻璃基组合物或聚合物材料，所述密封块6在容器充放电的温度下的氢渗透系数为(2.0-3.6)10-4cm2//s/2)，或熔点或降解温度低于毛细管材料熔点的材料，所述低熔点的密封材料是玻璃或金属合金或聚合材料，具有低降解温度的材料是聚合物材料或有机金属化合。

本发明的工作原理及使用流程：在使用时，容器放置在高压容器中(未显示)，给耗电器3的氢气供应管是打开的，高压容器进行真空吸尘，然后充满氢气至高压，根据电池的类型(对于汽车，计算机、手机等的便携式电源)，每个品种的电池中的氢压可能不同，但通常应超过500atm，氢气从高压容器通过耗电器3上的供气管道通和毛细管锥形末端5进入毛细管4，在制造必要的压力后，毛细管4包括一个加热器7，例如，一个多截面感应加热器，高频辐射源等，密封块6熔化并关闭毛细管4缩小端的孔，然后加热器7关闭，密封块6冻结，氢气在压力下保存在毛细管4内，冷却后，高压容器中的气体压力降低到要求的水平，耗电器3上的供气管道重叠，从高压容器排出气体，然后真空，氢气参数分别由安装在支管一9和支管二11中的安全阀和压力传感器控制和调节，为了从毛细管4中提取氢气，通过管道与耗电器3连接容器，当氢气压力在收集器2中降低时，由压力传感器控制，包括多节式加热器7的一个或多个部分，在加热区，密封块6被加热，成为来自加热区毛细管的粘性和高压气体，破坏粘性层，离开储层，耗电器3使用这部分气体后，包括多节式加热器7的以下部分，这个过程会定期重复，直到气体完全从毛细管4中提取，之后电池又进行一次加油。

密封块6至少执行两个主要功能：第一，它密封或打开孔，连接毛细管4的内部体积与收集器2，第二，它增加了毛细管锥形末端5的强度特性，用材料填充毛细管4之间的6个空间，可以补偿由于毛细管4的锥形末端生产不准确而可能出现的额外应力，执行具有不同几何形状的毛细管-锥形，允许通过增加这些材料的离合器的表面与变型相比，当毛细管的末端而不改变几何体进入收集器时，改善密封材料与毛细管材料的抓地力。

氢的高渗透性密封材料可由铂合金(一种带银的铂合金)或镍合金或聚合物材料(如芳香聚酰胺)制成，也可以使用基于石墨或玻璃的成分，并含有特殊的添加剂，如磁铁矿，此类材料在工作温度下的氢渗透系数(100-250度，其电荷放电能力高达(2.0-3.6)10-4cm2/(s-at1/2)。

熔点低于毛细管材料熔点的密封材料可能是玻璃、金属合金、木合金或德沃德合金或双木合金；或铅，或锡；或聚合物材料(熔化温度在40-800摄氏度之间)，以颗粒状材料或板的形式放置在2收集器中，以加热器6的水平。具有破坏性温度以下的密封材料，比毛细管材料的熔点，可以是碳环化合物，如C10H8-一组飞蛾(熔化温度-80.3摄氏度，沸点218摄氏度)，聚乙烯，当加热到温度为"80-200摄氏度"时，聚乙烯就变成塑料。

毛细管表面可涂覆，以减少氢气通过侧表面的扩散流动，将涂层涂在毛细管5的锥形部分表面，可通过材料密封改善表面的抓地力，例如，在石英毛细管上应用铜涂层允许使用熔点较低的金属作为密封材料，而没有这种涂层，玻璃可用作密封材料，熔化温度低于石英。该涂层可由金属、聚合物、玻璃制成。

示例1：创建石英毛细管基质，基质的长度和宽度为5.3毫米，高度为50毫米，毛细管外径530微米，内部-490微米，壳体厚度20微米。从中创建矩阵的毛细管的外观见图3，毛细管的下端是密封焊接的，在孔的上锥端的中心，直径为20微米。毛细管被煮(烤)成一个矩阵。

矩阵周围的壳体由石英制成，仅靠近上端。壳体高度为6毫米，壳体高度分布如下：3毫米壳位于毛细管的圆柱部分，毛细管锥形部分为1.0-1.5毫米，毛细管锥形部分上方为1.5-2.0。在壳体上，毛细管及以上锥形部分的玻璃的细粉末被填充，熔化温度为650摄氏度(熔化石英的温度为1600摄氏度)，用玻璃粉称量的矩阵，重量-517毫克

矩阵被放置在带加热器的自动处理器中。高压发生器产生1000atm的氢压，基体充满氢气。然后在矩阵的上端打开加热器，加热到700摄氏度，在此温度下加热持续15分钟。然后关闭加热器，冷却高压道，在高压变器中释放压力，确定矩阵的重量。带氢的矩阵的重量为565mg.氢重(565-517)

示例2：创建了具有相同尺寸的相似毛细管的矩阵。该矩阵的不同之处在于，上端是球形的，在毛细管轴的中心有20μm的孔，如图4所示。上端涂有20μm厚的铜涂层。将箔厚度为100μm的铋基合金箔施加至末端的表面。称量基质和箔。总重量468毫克。将在球形末端具有箔的基质放置在高压釜中。高压釜中的氢气压力在1000atm产生。毛细管充满氢气。然后在带有箔片的球形端部区域中打开加热器。将温度保持在300℃，在该温度下箔熔化。加热器关闭。铋合金被冷却并且毛细管被密封。降低压力并抽空后，将基质从高压釜中取出并称重。具有氢的基质的重量为515mg。氢的重量为47毫克。这相当于基质中氢的10％重量。

因此，建议的储氢罐设计可为用户提供安全的储氢，高速和可控的氢供应，从而大大扩展了其使用功能，此类容器可用作汽车的储氢器，计算机，电话的便携式电源等。

综上所述，该用于氢气的储氢罐结构，该用于氢气的储氢罐结构，储氢罐设计可为用户提供安全的储氢，高速和可控的氢供应，从而大大扩展了其使用功能，此类容器可用作汽车的储氢器，计算机，电话的便携式电源等，利于确保了流向耗电器的氢流的高可靠性，速度和平稳性。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种用于氢气的储氢罐结构，包括外壳一(1)、收集器(2)、耗电器(3)、毛细管(4)、毛细管锥形末端(5)、密封块(6)、加热器(7)、外壳盖(8)、支管一(9)、隔板(10)、支管二(11)以及外壳二(12)，其特征在于：所述外壳一(1)的内部设置有收集器(2)，所述外壳一(1)的顶部设置有与收集器(2)相互连通的耗电器(3)，所述收集器(2)的内部设置有支管二(11)，所述收集器(2)的一侧设置有支管一(9)，所述收集器(2)的底部固定设置有加热器(7)，所述加热器(7)的底部设置有毛细管锥形末端(5)，所述毛细管锥形末端(5)的底部设置有毛细管(4)，所述毛细管(4)的底部设置有外壳盖(8)，所述加热器(7)上游收集器(2)的自由空间填充有密封块(6)，所述密封块(6)的底部设置有隔板(10)，所述毛细管(4)的外侧设置有外壳二(12)。

2.根据权利要求1所述的一种用于氢气的储氢罐结构，其特征在于：所述收集器(2)主要用于氢气供应以及释放，所述耗电器(3)外侧连接有供气管道。

3.根据权利要求1所述的一种用于氢气的储氢罐结构，其特征在于：所述支管一(9)用于安装安全阀，所述支管二(11)用于安装压力传感器的。

4.根据权利要求1所述的一种用于氢气的储氢罐结构，其特征在于：所述隔板(10)用于固定密封块(6)。

5.根据权利要求1所述的一种用于氢气的储氢罐结构，其特征在于：所述毛细管锥形末端(5)是具有平坦端面的锥形体，所述毛细管锥形末端(5)制成球形末端表面。

6.根据权利要求5所述的一种用于氢气的储氢罐结构，其特征在于：所述毛细管锥形末端(5)锥形部分可以涂有金属或聚合物或玻璃。

7.根据权利要求1所述的一种用于氢气的储氢罐结构，其特征在于：所述毛细管(4)可以由玻璃，或碳，或金属，或聚合材料或其组成例如玻璃碳制成。

8.根据权利要求1所述的一种用于氢气的储氢罐结构，其特征在于：所述密封块(6)选用高氢渗透性密封材料，且高氢渗透性密封材料是钯或镍基合金或石墨或玻璃基组合物或聚合物材料。

9.根据权利要求8所述的一种用于氢气的储氢罐结构，其特征在于：所述密封块(6)在容器充放电的温度下的氢渗透系数为(2.0-3.6)10-4cm2//s/2)，或熔点或降解温度低于毛细管材料熔点的材料。

10.根据权利要求9所述的一种用于氢气的储氢罐结构，其特征在于：所述低熔点的密封材料是玻璃或金属合金或聚合材料，具有低降解温度的材料是聚合物材料或有机金属化合。