CN113639195A

CN113639195A - 一种储氢瓶

Info

Publication number: CN113639195A
Application number: CN202110937421.7A
Authority: CN
Inventors: 阎有花; 原建光; 张宝; 李波; 武英; 周少雄
Original assignee: Jiangsu Jicui Antai Chuangming Advanced Energy Materials Research Institute Co ltd
Current assignee: Jiangsu Jicui Antai Chuangming Advanced Energy Materials Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2041-08-16
Also published as: CN113639195B

Abstract

本发明属于储氢技术领域，公开了一种储氢瓶。储氢瓶包括：瓶体，所述瓶体具有开口，在所述开口上设有瓶口阀，在所述瓶体内部装有储氢材料；主导气管，设于所述瓶体内，所述主导气管的一端设于所述开口处、另一端朝向所述瓶体的底部延伸；若干导气支撑管，每个所述导气支撑管与所述主导气管连通，且所述导气支撑管的至少一端支撑在所述瓶体的内壁上；其中，所述主导气管、所述导气支撑管均采用金属多孔烧结体材料。本发明通过上述技术方案提高了吸放氢反应速率。

Description

一种储氢瓶

技术领域

本发明属于储氢技术领域，特别涉及一种储氢瓶。

背景技术

我国氢能源产业链当中，储氢作为关键环节制约着氢能的产业化，特别是以氢能源汽车为代表以高压储氢作为氢源，由于其重量储氢密度高，在续驶里程、加注时间等方面具有优势，适合于大功率燃料电池供氢系统如公交车、重卡等，但存在高压储氢罐、加氢站的核心设备主要包括氢气储罐、氢压缩机、加氢机及控制系统等技术障碍，投资大、公辅设施的建设也滞后于氢能的发展。液态氢储存技术缺点是液体储存箱非常庞大，需要很好的绝热装置来隔热，而且容易渗漏，能耗高。主要的应用场景是航空、航天、水下潜艇等特殊的领域。

相比高压和液态储氢，采用以储氢材料为存储介质的固态储氢方式，体积存储密度大，可方便地为各种场合使用的燃料电池提供氢源，尤其适合于为氢燃料电池发电系统驱动的交通工具如氢燃料电池汽车，电动摩托车和电动自行车等提供安全可靠的氢源。金属氢化物储氢罐就是将储氢合金以一定的方式置于储氢罐内，利用储氢合金的可逆吸放氢能力，不发电时储氢合金吸收氢气形成金属氢化物，储氢密度大，储氢气压低；发电时金属氢化物放出氢气，供给燃料电池。结合氢燃料电池集成发电系统，可以真正的走入市场，实现规模化商业应用。

发明专利202010240273.9公开了固态储氢容器，包括容器主体、端盖、进液口、出液口、进气口和出气口；容器主体内设有多条将其贯通的储氢管道和冷却管道，多条储氢管道之间连接导通，且每条储氢管道至少与一条冷却管道相邻排列布置。发明专利202010674625.1公开了一种固态储氢罐，包括罐体、储氢床体元件、导气管、过滤片和阀门。多个储氢床体元件在罐体内部叠放，每个储氢床体元件包括储氢材料层，导热层和柔性包裹层；储氢床体元件上设置有纵向的通孔，导气管放置于通孔内。导热层、柔性包裹层均为金属材质，起到增强储氢床体传热和稳定床体的作用。发明专利202010129942.5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。共同特点是利用金属氢化物的储氢装置，满足既是反应器又是热交换器的原则，装置的结构应保证其内部有效地进行热交换。其常见的结构包含：内部间隔型储氢装置；单元层叠型储氢装置；双螺旋管式热交换器储氢桶；分割型氢化物桶；套筒型翅片储氢器。

用于小型氢燃料电池发电系统、氢气质谱仪等氢源供给装置，供氢流速、流量和氢气的纯度至关重要。设计一种高传热传质内部支撑结构的储氢瓶是科研和产业化不懈追求的目标。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种储氢瓶。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种储氢瓶，包括：瓶体，所述瓶体具有开口，在所述开口上设有瓶口阀，在所述瓶体内部装有储氢材料；主导气管，设于所述瓶体内，所述主导气管的一端设于所述开口处、另一端朝向所述瓶体的底部延伸；若干导气支撑管，每个所述导气支撑管与所述主导气管连通，且所述导气支撑管的至少一端支撑在所述瓶体的内壁上；其中，所述主导气管、所述导气支撑管均采用金属多孔烧结体材料。

可选地，若干所述导气支撑管围绕所述主导气管的轴线均匀分布。

可选地，所述导气支撑管呈弯曲的圆弧状，所述主导气管与所述导气支撑管的外弧面相切，所述导气支撑管的两端支撑在所述瓶体的内壁上。

可选地，所述导气支撑管呈直线管状，所述主导气管的中部与所述导气支撑管相连通、所述导气支撑管的两端支撑在所述瓶体的内壁上。

可选地，若干所述导气支撑管相对于所述主导气管倾斜、若干所述导气支撑管相对于所述主导气管垂直。

可选地，若干所述导气支撑管沿所述主导气管的轴向均匀且间隔的分成多组，每组所述导气支撑管包括至少两个所述导气支撑管，每个所述导气支撑管相对于所述主导气管垂直。

可选地，所述导气支撑管呈直线管状，所述主导气管的一端与所述导气支撑管相连通、另一端支撑在所述瓶体的内壁上，若干所述导气支撑管沿所述主导气管的轴向均匀且间隔的分成多组，每组所述导气支撑管包括至少两个所述导气支撑管，每个所述导气支撑管相对于所述主导气管倾斜。

可选地，在所述导气支撑管的末端设置有支撑板簧。

可选地，所述主导气管、所述导气支撑管均采用铜多孔烧结体材料。

可选地，所述主导气管、所述导气支撑管的直径取值范围为0.02mm～1.0mm；所述主导气管的长度与直径之比为4～2500；所述导气支撑管的长度与直径之比为4～2500；所述主导气管的直径大于所述导气支撑管的直径。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过设置主导气管、若干导气支撑管，使得一方面可以用于支撑储氢材料，防止储氢材料堆积；另一方面各管的材质为铜烧结体，其内部可以用作氢气通道，保障氢气能和瓶体内储氢材料完全反应。各管的末端均装有能抵靠在储氢瓶内胆壁面上的支撑板簧。每个支撑板簧能够将各管支撑于储氢瓶内胆中，无需焊接，有效防止氢脆。瓶口阀为含过滤器瓶口一体阀，具有过滤、泄压和截止功能为一体。过滤器采用铜烧结体，过滤精度是5μm，防止微细粉进入充放氢管道。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施例的储氢瓶的结构示意图；

图2示出了本发明的另一个实施例的储氢瓶的结构示意图；

图3示出了本发明的又一个实施例的储氢瓶的结构示意图；

图4示出了本发明的再一个实施例的储氢瓶的结构示意图。

图中符号说明如下：

1瓶体、11主导气管、12导气支撑管、2瓶口阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式及其有益效果作进一步地详细描述。

如图1和图4所示，本发明的一个实施例提供了一种储氢瓶。

储氢瓶包括瓶体1、主导气管11、若干导气支撑管(或称支导气管)12、瓶口阀2，瓶体1具有开口，瓶口阀2设置在开口上，在瓶体1内部装有储氢材料，主导气管11设于瓶体1内，主导气管11的一端设于开口处、另一端朝向瓶体1的底部延伸，每个导气支撑管12与主导气管11连通，且导气支撑管12的至少一端支撑在瓶体1的内壁上，主导气管11、导气支撑管12均采用金属多孔烧结体材料，具体而言采用铜多孔烧结体，使主导气管11、导气支撑管12内部用于氢气通道，保障氢气能和瓶体1内储氢材料完全反应。还需说明的是，铜多孔烧结体还具备良好的导热性能，主导气管11、导气支撑管12同时具备氢气传输、支撑储氢材料、导热换热的功能，适用于小型氢燃料电池发电系统、氢气质谱仪和半导体行业高储氢瓶等氢源供给需求。

进一步地，若干导气支撑管12围绕主导气管11的轴线均匀分布，使得若干导气支撑管12以主导气管11的轴线为中心均匀分布在瓶体1内部空间内，使主导气管11和若干导气支撑管12能够充分与瓶体1内部的储氢材料接触，使得在放氢的过程中，一方面储氢材料释放的氢气通过若干导气支撑管12汇聚到主导气管11，并由主导气管11输送到开口处经瓶口阀2释放后向外部供给氢气，另一方面，储氢材料释放的氢气的过程吸热，基于主导气管11和均匀分布的若干导气支撑管12为储氢材料供热。储氢瓶为铝质储氢瓶或不锈钢储氢瓶。瓶口阀2为含过滤器瓶口一体阀，具有过滤、泄压和截止功能。

在一个实施例中，导气支撑管12呈弯曲的圆弧状，主导气管11与导气支撑管12的外弧面相切，导气支撑管12的两端支撑在瓶体1的内壁上，如此能有效提高吸放氢反应速率。

如图1所示，4个导气支撑管12呈半圆的管状绕主导气管11的管壁设置，任意相邻的两个导气支撑管12的管壁与主导气管11相切，相切点中央处采用中心导管直线型铜烧结体导通。

在另一个实施例中，导气支撑管12呈直线管状，主导气管11的中部与导气支撑管12相连通、导气支撑管12的两端支撑在瓶体1的内壁上，如此能有效提高吸放氢反应速率。

具体实施例1：

如图3所示，若干导气支撑管12相对于主导气管11倾斜。详细地，4个导气支撑管12相对于主导气管11倾斜。在其他的时候实施例中，还可以若干导气支撑管12相对于主导气管11倾斜、若干导气支撑管12相对于主导气管11垂直。详细地，4个导气支撑管12相对于主导气管11倾斜、2个导气支撑管12相对于主导气管11垂直。使主导气管11、导气支撑管12形成的整体支撑结构为“米”字型，主导气管11为中心导管直线型铜烧结体。“米”字型整体结构主要作用是支撑储氢材料，防止储氢材料堆积，铜烧结体内部用于氢气通道，保障氢气能和瓶体1内储氢材料完全反应。每一骨架排列独立单元并用中心导管连通，确保良好传热传质特性。

具体实施例2：

若干导气支撑管12沿主导气管11的轴向均匀且间隔的分成多组，每组导气支撑管12包括至少两个导气支撑管12，每个导气支撑管12相对于主导气管11垂直，如此能有效提高吸放氢反应速率。

如图2所示，若干导气支撑管12分为4组，每组2个导气支撑管12，使整体的支撑结构为骨架型结构，左右对称为骨架排列，中间是中心导管直线型铜烧结体。整体结构主要作用是支撑储氢材料，防止储氢材料堆积，铜烧结体内部用于氢气通道，保障氢气能和瓶体1内储氢材料完全反应。每一骨架排列独立单元并用中心导管连通，确保良好传热传质特性。

在另一个实施例中，导气支撑管12呈直线管状，主导气管11的一端与导气支撑管12相连通、另一端支撑在瓶体1的内壁上，若干导气支撑管12沿主导气管11的轴向均匀且间隔的分成多组，每组导气支撑管12包括至少两个导气支撑管12，每个导气支撑管12相对于主导气管11倾斜，如此能有效提高吸放氢反应速率。

如图4所示，若干导气支撑管12分为8组，每组4个，导气支撑管12均朝向同一方向，例如储氢瓶的瓶底方向，相对于主导气管11倾斜，使整体支撑结构为“鱼刺”型结构，“鱼刺”型结构，中间是中心导管直线型铜烧结体。

瓶口阀2为含过滤器瓶口一体阀，具有过滤、泄压和截止功能为一体。过滤器是铜烧结体，精度是5μm。由于金属氢化物在反复吸放氢过程中，体积膨胀和收缩容易造成金属氢化物材料粉化，采用5μm过滤器可有效抑制粉化的细小微粉逸出。

进一步地，在导气支撑管12的末端设置有支撑板簧。每个支撑板簧能够将主导气管11和导气支撑管12组成的内部支撑结构支撑于储氢瓶内胆中，无需焊接，有效防止氢脆。应用时，可以将支持板簧的一端与导气支撑管12铰接以传递各种力和力矩，另一端与储氢瓶的内壁铰接以起到减少摩擦、减震的作用。支持板簧呈板状，可以包括若干个片状的弹簧钢，例如一个片状的弹簧钢。在其他的实施例中，还可以在主导气管11的末端设置有支撑板簧。

进一步地，主导气管11、所述导气支撑管12均采用铜多孔烧结体材料。

铜多孔烧结体是由多个铜纤维烧结而成，铜纤维由铜或者铜合金构成，铜多孔烧结体的直径R在0.02mm以上且1.0mm以下的范围内，例如0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、1.0，长度L与直径R之比L/R在4以上且2500以下的范围内，例如4～100、100～1000、1000～2500。

主导气管11的直径大于导气支撑管12的直径之比为。

储氢材料为储氢合金，其为LaNi₅、TiFe、TiMn₂、Mg₂Ni基合金，储氢材料可以是粉末状，还可以是包状(即储氢合金被包裹形成包状)，本实施例对储氢材料的形状不进行限定。

与传统的无内胆支撑结构的储氢瓶相比，本发明提出的技术方案解决了产品制造过程中的储氢合金堆积、内部储氢合金材料与氢气接触面积小，反应不完全的问题，可显著改善固态储氢瓶氢氢源供给系统稳定性和可靠性等技术性能，大大提升了吸氢和放氢的工作效率，有效提高了储气瓶组气体利用率和加气速度，保证了产品的高效与节能。

本发明的有益效果如下：本发明提出的储氢瓶，内部支撑结构一方面用于支撑储氢材料，防止储氢材料堆积；另一方面铜烧结体内部用于氢气通道，保障氢气能和瓶体内储氢材料完全反应。内部支撑结构末端均装有能抵靠在储氢瓶内胆壁面上的支撑板簧。每个支撑板簧能够将内部支撑结构支撑于储氢瓶内胆中，无需焊接，有效防止氢脆。瓶口阀为含过滤器瓶口一体阀，具有过滤、泄压和截止功能为一体。过滤器采用铜烧结体，过滤精度是5μm，防止微细粉进入充放氢管道。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种储氢瓶，其特征在于，包括：

瓶体，所述瓶体具有开口，在所述开口上设有瓶口阀，在所述瓶体内部装有储氢材料；

主导气管，设于所述瓶体内，所述主导气管的一端设于所述开口处、另一端朝向所述瓶体的底部延伸；

若干导气支撑管，每个所述导气支撑管与所述主导气管连通，且所述导气支撑管的至少一端支撑在所述瓶体的内壁上；

其中，所述主导气管、所述导气支撑管均采用金属多孔烧结体材料。

2.根据权利要求1所述的储氢瓶，其特征在于，

若干所述导气支撑管围绕所述主导气管的轴线均匀分布。

3.根据权利要求2所述的储氢瓶，其特征在于，

所述导气支撑管呈弯曲的圆弧状，所述主导气管与所述导气支撑管的外弧面相切，所述导气支撑管的两端支撑在所述瓶体的内壁上。

4.根据权利要求2所述的储氢瓶，其特征在于，

所述导气支撑管呈直线管状，所述主导气管的中部与所述导气支撑管相连通、所述导气支撑管的两端支撑在所述瓶体的内壁上。

5.根据权利要求4所述的储氢瓶，其特征在于，

若干所述导气支撑管相对于所述主导气管倾斜、若干所述导气支撑管相对于所述主导气管垂直。

6.根据权利要求4所述的储氢瓶，其特征在于，

若干所述导气支撑管沿所述主导气管的轴向均匀且间隔的分成多组，每组所述导气支撑管包括至少两个所述导气支撑管，每个所述导气支撑管相对于所述主导气管垂直。

7.根据权利要求2所述的储氢瓶，其特征在于，

所述导气支撑管呈直线管状，所述主导气管的一端与所述导气支撑管相连通、另一端支撑在所述瓶体的内壁上，

若干所述导气支撑管沿所述主导气管的轴向均匀且间隔的分成多组，每组所述导气支撑管包括至少两个所述导气支撑管，每个所述导气支撑管相对于所述主导气管倾斜。

8.根据权利要求1所述的储氢瓶，其特征在于，

在所述导气支撑管的末端设置有支撑板簧。

9.根据权利要求1所述的储氢瓶，其特征在于，

所述主导气管、所述导气支撑管均采用铜多孔烧结体材料。

10.根据权利要求1所述的储氢瓶，其特征在于，

所述主导气管、所述导气支撑管的直径取值范围为0.02mm～1.0mm；

所述主导气管的长度与直径之比为4～2500；

所述导气支撑管的长度与直径之比为4～2500；

所述主导气管的直径大于所述导气支撑管的直径。