CN114352924B - 一种扩散式储氢瓶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扩散式储氢瓶，包括内壳体、第一加热结构、外壳体、第二加热结构、氢气管路和冷却剂管路。其中，内壳体上布置有多个用于通过冷却剂的冷却剂内流道；第一加热结构安装于内壳体上，第二加热结构安装于外壳体上；外壳体套设于内壳体外侧，外壳体与内壳体之间形成用于容纳储氢材料的夹层；外壳体上布置有多个用于通过冷却剂的冷却剂外流道；氢气管路与夹层连通，氢气管路包括氢气进口管和氢气出口管；冷却剂管路包括冷却剂进口管和冷却剂出口管。与现有技术相比，本发明的扩散式储氢瓶在提高换热效率的同时能够防止粉末堆积。

Description

一种扩散式储氢瓶
技术领域
本发明涉及储氢容器技术领域，特别是涉及一种扩散式储氢瓶。
背景技术
氢能是一种清洁、高效、安全的能源载体及二次能源，其储存方式主要包括高压气态储氢，低温液化储氢和金属氢化物储氢。与高压气态储氢方式和低温液化储氢方式相比，以储氢合金为介质的金属氢化物储氢装置具有体积储氢密度高、储存氢压低、放氢纯度高、安全性好和使用寿命长等优点。
金属氢化物储氢存在以下特点：一方面，储氢合金储、放氢过程具有显著热效应，吸氢时放热，而放氢时吸热；另一方面，储存合金在使用过程中极易粉化，在装置内堆积，增大气阻的同时引起换热不均。因此金属氢化物储氢装置的结构设计不仅要保证装置内有效的热交换，还要能有效防止储氢材料粉末堆积，保证氢气流动的畅通性。
因此，如何提供一种具有优异换热效率，且能有效防止粉末堆积的金属氢化物储氢容器，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种扩散式储氢瓶，用以在提高换热效率的同时防止粉末堆积。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种扩散式储氢瓶，包括：
内壳体，所述内壳体上布置有多个用于通过冷却剂的冷却剂内流道，所述冷却剂内流道进口端的横截面积小于所述冷却剂内流道出口端的横截面积；
安装于所述内壳体上的第一加热结构；
外壳体，所述外壳体套设于所述内壳体外侧，所述外壳体与所述内壳体之间形成用于容纳储氢材料的夹层；所述外壳体上布置有多个用于通过冷却剂的冷却剂外流道，所述冷却剂外流道的进口端与所述冷却剂内流道的进口端相邻设置，所述冷却剂外流道的出口端与所述冷却剂内流道的出口端相邻设置；
安装于所述外壳体上的第二加热结构；
与所述夹层连通的氢气管路，所述氢气管路包括氢气进口管和氢气出口管；所述氢气进口管与所述冷却剂内流道出口端间的距离小于其与所述冷却剂内流道进口端间的距离；所述氢气出口管与所述冷却剂内流道进口端间的距离小于其与所述冷却剂内流道出口端间的距离；
冷却剂管路，所述冷却剂管路包括冷却剂进口管和冷却剂出口管；所述冷却剂进口管同时与所述冷却剂内流道的进口端和所述冷却剂外流道的进口端连通；所述冷却剂出口管同时与所述冷却剂内流道的出口端和所述冷却剂外流道的出口端连通。
优选地，还包括设置于所述夹层内的多腔体结构，所述多腔体结构包括内管、外管和多个翅片，所述外管套设于所述内管外侧，所述翅片位于所述内管与所述外管之间且同时连接所述内管和所述外管，多个所述翅片将所述夹层分为多个腔体，所述腔体用于容纳储氢材料，所述翅片位于所述氢气进口管和所述氢气出口管之间。
优选地，所述翅片为板状翅片，所述翅片的长度方向与所述内壳体的轴线平行。
优选地，所述第一加热结构为加热棒，所述第一加热结构固定于内壳体内部。
优选地，所述第二加热结构为加热壳，所述第二加热结构固定于所述外壳体的外侧。
优选地，所述内壳体为圆台状结构，所述内壳体具有面积较小的第一端面和面积较大的第二端面，所述冷却剂内流道为所述内壳体上的通孔，所述冷却剂内流道的进口端位于所述第一端面，所述冷却剂内流道的出口端位于所述第二端面。
优选地，所述外壳体为圆筒状结构，所述冷却剂外流道为所述外壳体上的通孔，所述冷却剂外流道的轴线与所述外壳体的轴线平行。
优选地，所述氢气进口管上设有使氢气只能流入所述夹层的第一单向阀，所述氢气出口管上设有使氢气只能流出所述夹层的第二单向阀。
优选地，所述冷却剂进口管上设有使冷却剂只能流入所述冷却剂内流道和所述冷却剂外流道的第三单向阀，所述冷却剂出口管上设有使冷却剂只能流出所述冷却剂内流道和所述冷却剂外流道的第四单向阀。
优选地，所述氢气进口管的横截面积小于所述氢气出口管的横截面积，所述冷却剂进口管的横截面积小于所述冷却剂出口管的横截面积。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的扩散式储氢瓶在放氢和储氢过程中，产生的热量由冷却剂内流道和冷却剂外流道内流动的冷却剂带走。由于冷却剂内流道进口端的横截面积小于冷却剂内流道出口端的横截面积，增加了冷却剂高温端的换热面积，提高了储氢瓶的温度均匀性，可降低歧化机率，防止氚渗透。氢气流动方向与冷却剂流动方向相反，增加了对数平均温差，提高了换热量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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为本实施例扩散式储氢瓶的整体结构示意图；
图2为内壳体的结构示意图；
图3为外壳体的结构示意图；
图4为多腔体结构的示意图；
附图标记说明：100-扩散式储氢瓶；1-内壳体；2-外壳体；3-氢气进口管；4-氢气出口管；5-冷却剂进口管；6-冷却剂出口管；7-内管；8-外管；9-翅片；10-冷却剂内流道；11-冷却剂外流道。
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。
本发明的目的是提供一种扩散式储氢瓶，用以在提高换热效率的同时防止粉末堆积。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-4所示，本实施例提供一种扩散式储氢瓶100，包括内壳体1、第一加热结构、外壳体2、第二加热结构、氢气管路和冷却剂管路。
其中，内壳体1上布置有多个用于通过冷却剂的冷却剂内流道10，冷却剂内流道10进口端的横截面积小于冷却剂内流道10出口端的横截面积。第一加热结构安装于内壳体1上。外壳体2套设于内壳体1外侧，外壳体2与内壳体1之间形成用于容纳储氢材料（通常为粉末状）的夹层，外壳体2上布置有多个用于通过冷却剂的冷却剂外流道11。冷却剂外流道11的进口端与冷却剂内流道10的进口端相邻设置，冷却剂外流道11的出口端与冷却剂内流道10的出口端相邻设置，即冷却剂外流道11内的冷却剂与冷却剂内流道10内的冷却剂的流动方向相同。第二加热结构安装于外壳体2上。氢气管路与夹层连通，包括氢气进口管3和氢气出口管4。氢气进口管3与冷却剂内流道10出口端间的距离小于其与冷却剂内流道10进口端间的距离，氢气出口管4与冷却剂内流道10进口端间的距离小于其与冷却剂内流道10出口端间的距离。因此，氢气在夹层内的流动方向与冷却剂的流动方向相反。冷却剂管路包括冷却剂进口管5和冷却剂出口管6。冷却剂进口管5同时与冷却剂内流道10的进口端和冷却剂外流道11的进口端连通，冷却剂出口管6同时与冷却剂内流道10的出口端和冷却剂外流道11的出口端连通。
本实施例的扩散式储氢瓶100的工作原理如下：储氢过程中，氢气从氢气进口管3流入夹层，在夹层内与储氢材料发生化学反应生成氢化物，多余的气体从氢气出口管4排出。放氢过程中，通过第一加热结构和第二加热结构提高温度，储氢材料在高温下分解产生氢气，氢气经氢气出口管4排出，实现氢气的供给。
放氢和储氢过程中产生的热量由冷却剂内流道10和冷却剂外流道11内流动的冷却剂带走。由于冷却剂内流道10进口端的横截面积小于冷却剂内流道10出口端的横截面积，增加了冷却剂高温端的换热面积，提高了储氢瓶的温度均匀性，可降低歧化机率，防止氚渗透。氢气流动方向与冷却剂流动方向相反，增加了对数平均温差，提高了换热量。
进一步的，本实施例还包括设置于夹层内的多腔体结构。多腔体结构包括内管7、外管8和多个翅片9，外管8套设于内管7外侧，翅片9位于内管7与外管8之间且同时连接内管7和外管8，多个翅片9将夹层分为多个腔体，腔体用于容纳储氢材料，翅片9位于氢气进口管3和氢气出口管4之间。翅片9将夹层分隔为多个腔体，可降低因储氢材料及其氢化物粉末流动堆积而引起换热不均的概率，同时增大了换热面积，提高了储氢瓶的温度均匀性，可降低歧化机率，防止氚渗透。
翅片9的类型有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本实施例中，翅片9为板状翅片9，翅片9的长度方向与内壳体1的轴线平行，本领域技术人员也可选择螺旋形翅片9等其它类型的翅片9。
对于第一加热结构和第二加热结构的形状及分布形式，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能起到加热效果即可。本实施例中，第一加热结构为加热棒，第一加热结构固定于内壳体1内部；第二加热结构为加热壳，第二加热结构固定于外壳体2的外侧。
形成冷却剂内流道10及冷却剂外流道11的方式有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。例如，可在内壳体1上固定第一金属管，第一金属管内即冷却剂内流道10；在外壳体2上固定第二金属管，第二金属管内即冷却剂外流道11。本实施例中，冷却剂内流道10为内壳体1上的通孔，冷却剂外流道11为外壳体2上的通孔。
具体的，本实施例中，内壳体1为圆台状结构，内壳体1具有面积较小的第一端面和面积较大的第二端面，冷却剂内流道10为内壳体1上的通孔，冷却剂内流道10的进口端位于第一端面，冷却剂内流道10的出口端位于第二端面。外壳体2为圆筒状结构，冷却剂外流道11为外壳体2上的通孔，冷却剂外流道11的轴线与外壳体2的轴线平行。
为了避免氢气回流和冷却剂回流，本实施例中氢气进口管3上设有使氢气只能流入夹层的第一单向阀，氢气出口管4上设有使氢气只能流出夹层的第二单向阀，冷却剂进口管5上设有使冷却剂只能流入冷却剂内流道10和冷却剂外流道11的第三单向阀，冷却剂出口管6上设有使冷却剂只能流出冷却剂内流道10和冷却剂外流道11的第四单向阀。
为了进一步避免回流现象，本实施例中氢气进口管3的横截面积小于氢气出口管4的横截面积，冷却剂进口管5的横截面积小于冷却剂出口管6的横截面积。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种扩散式储氢瓶，其特征在于，包括：
内壳体，所述内壳体上布置有多个用于通过冷却剂的冷却剂内流道，所述冷却剂内流道进口端的横截面积小于所述冷却剂内流道出口端的横截面积；
安装于所述内壳体上的第一加热结构；
外壳体，所述外壳体套设于所述内壳体外侧，所述外壳体与所述内壳体之间形成用于容纳储氢材料的夹层；所述外壳体上布置有多个用于通过冷却剂的冷却剂外流道，所述冷却剂外流道的进口端与所述冷却剂内流道的进口端相邻设置，所述冷却剂外流道的出口端与所述冷却剂内流道的出口端相邻设置；
安装于所述外壳体上的第二加热结构；
与所述夹层连通的氢气管路，所述氢气管路包括氢气进口管和氢气出口管；所述氢气进口管与所述冷却剂内流道出口端间的距离小于其与所述冷却剂内流道进口端间的距离；所述氢气出口管与所述冷却剂内流道进口端间的距离小于其与所述冷却剂内流道出口端间的距离；
冷却剂管路，所述冷却剂管路包括冷却剂进口管和冷却剂出口管；所述冷却剂进口管同时与所述冷却剂内流道的进口端和所述冷却剂外流道的进口端连通；所述冷却剂出口管同时与所述冷却剂内流道的出口端和所述冷却剂外流道的出口端连通；
所述内壳体为圆台状结构，所述内壳体具有面积较小的第一端面和面积较大的第二端面，所述冷却剂内流道为所述内壳体上的通孔，所述冷却剂内流道的进口端位于所述第一端面，所述冷却剂内流道的出口端位于所述第二端面；
所述外壳体为圆筒状结构，所述冷却剂外流道为所述外壳体上的通孔，所述冷却剂外流道的轴线与所述外壳体的轴线平行。
2.根据权利要求1所述的扩散式储氢瓶，其特征在于，还包括设置于所述夹层内的多腔体结构，所述多腔体结构包括内管、外管和多个翅片，所述外管套设于所述内管外侧，所述翅片位于所述内管与所述外管之间且同时连接所述内管和所述外管，多个所述翅片将所述夹层分为多个腔体，所述腔体用于容纳储氢材料，所述翅片位于所述氢气进口管和所述氢气出口管之间。
3.根据权利要求2所述的扩散式储氢瓶，其特征在于，所述翅片为板状翅片，所述翅片的长度方向与所述内壳体的轴线平行。
4.根据权利要求1所述的扩散式储氢瓶，其特征在于，所述第一加热结构为加热棒，所述第一加热结构固定于内壳体内部。
5.根据权利要求1所述的扩散式储氢瓶，其特征在于，所述第二加热结构为加热壳，所述第二加热结构固定于所述外壳体的外侧。
6.根据权利要求1所述的扩散式储氢瓶，其特征在于，所述氢气进口管上设有使氢气只能流入所述夹层的第一单向阀，所述氢气出口管上设有使氢气只能流出所述夹层的第二单向阀。
7.根据权利要求1所述的扩散式储氢瓶，其特征在于，所述冷却剂进口管上设有使冷却剂只能流入所述冷却剂内流道和所述冷却剂外流道的第三单向阀，所述冷却剂出口管上设有使冷却剂只能流出所述冷却剂内流道和所述冷却剂外流道的第四单向阀。
8.根据权利要求1所述的扩散式储氢瓶，其特征在于，所述氢气进口管的横截面积小于所述氢气出口管的横截面积，所述冷却剂进口管的横截面积小于所述冷却剂出口管的横截面积。
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