CN114593363A - 带翅片散热的合金储氢罐 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带翅片散热的合金储氢罐，包括罐体、第一导气管、第二导气管和换热管，其中，所述罐体的两端分别设置有罐体上端盖和罐体下端盖，所述罐体上端盖上设置有进水端口，所述罐体下端盖上设置有出水端口，所述罐体内设置有储料仓，所述换热管设置在所述储料仓内，所述换热管的两端分别与所述进水端口和所述出水端口连通；所述第一导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第一导气管的另一端位于所述储料仓内；所述第二导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第二导气管的另一端位于所述储料仓内。该合金储氢罐实现合金储氢罐内的热管理，使罐体内各处散热及导热均匀，提高热管理效率，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。
Description
技术领域
本发明涉及储氢技术领域，特别涉及一种带翅片散热的合金储氢罐。
背景技术
储氢合金反应容器是金属氢化物进行储氢的关键反应载体，是吸放氢过程中储存和输送氢气的重要部件。目前，储氢合金反应容器主要由金属容器罐体、储氢合金材料、导气管、换热结构等几个部分组成，当前主要应用于氢燃料电池、储氢站、气体提纯和压缩设备等领域。由于储氢合金的热力学性能较差，同时随着容器内合金材料吸放氢反应的进行，也伴随着大量的热量放出与吸收。并且由于反复吸放氢的储氢合金也会随之体积膨胀和收缩，合金材料也会一定程度上出现粉化现象，其导热系数也会下降，导致储氢合金材料的利用率下降。其内部的热效应也会对容器内合金的吸放氢性能产生影响。因此，提高储氢合金容器内部的传热性能，变得尤为重要。
目前主要有如下几种储氢罐：
配备直管换热器的储氢罐——在储氢罐中配置直管换热器，通过传热流体将反应热带出储氢罐或加热储氢罐，从而促进吸放氢反应的持续进行。储氢罐中的单根直管换热器结构简单，传热面积较小。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氢罐外，会导致储氢罐密封性变差，安全稳定性低。
配备微通道换热器的储氢罐——储氢罐内的微通道换热器由于其高比表面积特性，传热性能好，且储氢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氢罐实用性较低。
使用相变材料传热储热型储氢罐——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，会导致储氢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氢罐四周的方式进行传储热，考虑到储氢罐的耐压性，其壁厚较厚，导致传热热阻较大，降低了储氢罐的传热和反应速率较慢。
因此，需要一种技术成熟、传热性能高的合金储氢罐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带翅片散热的合金储氢罐，实现合金储氢罐内的热管理，使罐体内各处散热及导热均匀，提高热管理效率，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种带翅片散热的合金储氢罐，包括罐体、第一导气管、第二导气管和换热管，其中，所述罐体的两端分别设置有罐体上端盖和罐体下端盖，所述罐体上端盖上设置有进水端口，所述罐体下端盖上设置有出水端口，所述罐体内设置有储料仓，所述储料仓用于储存储氢材料，所述换热管设置在所述储料仓内，所述换热管的两端分别与所述进水端口和所述出水端口连通，所述换热管内流通有换热介质；所述第一导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第一导气管的另一端位于所述储料仓内，氢气通过所述第一导气管进入所述储料仓内；所述第二导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第二导气管的另一端位于所述储料仓内，所述第二导气管用于输出氢气。
进一步地，在上述的带翅片散热的合金储氢罐中，还包括上部储水层和下部储水层，所述储料仓的两端分别设置有储料仓上端盖和储料仓下端盖，所述储料仓上端盖和所述罐体上端盖之间形成所述上部储水层，所述储料仓下端盖和所述罐体下端盖之间形成所述下部储水层。
进一步地，在上述的带翅片散热的合金储氢罐中，所述换热管的一端位于所述上部储水层内，所述换热管的另一端位于所述下部储水层内，所述换热管通过所述上部储水层与所述进水端口连通，所述换热管通过所述下部储水层与所述出水端口连通。
进一步地，在上述的带翅片散热的合金储氢罐中，所述换热管设置有多根，所述换热管为圆柱形直管结构，多根所述换热管均竖向设置；优选地，所述换热管包括连接换热管和中心换热管，所述中心换热管设置有一根，所述中心换热管的轴线与所述罐体的轴线重合，所述连接换热管设置有多根，多根所述连接换热管围绕所述中心换热管均匀分布。
进一步地，在上述的带翅片散热的合金储氢罐中，还包括散热翅片，相邻的所述连接换热管之间连接有若干所述散热翅片，所述散热翅片在所述储料仓内由上至下依次排列，且所有所述散热翅片均水平设置，所述换热管和所述散热翅片均与所述储氢材料直接接触；优选地，所述散热翅片上设有若干个导气孔，若干个所述导气孔均上下贯穿所述散热翅片。
进一步地，在上述的带翅片散热的合金储氢罐中，所述第一导气管和所述第二导气管的材质均为不锈钢，位于所述储料仓内的所述第一导气管和所述第二导气管的侧壁上均设置有若干通孔，在所述第一导气管内并靠近所述罐体上端盖的位置处设置有滤网，在所述第二导气管内并靠近所述罐体上端盖的位置处也设置有滤网；优选地，两个所述滤网的孔径均为38微米～74微米，两个所述滤网的目数均为200目～400目；优选地，所述通孔的孔径为38微米。
进一步地，在上述的带翅片散热的合金储氢罐中，在所述储料仓上端盖上设有温度传感器，所述温度传感器延伸至所述储料仓内，所述温度传感器用于检测所述储料仓内的所述储氢材料的温度。
进一步地，在上述的带翅片散热的合金储氢罐中，所述罐体上端盖、所述罐体下端盖、所述储料仓上端盖和所述储料仓下端盖均与所述罐体密封连接。
进一步地，在上述的带翅片散热的合金储氢罐中，还包括灌料管，所述灌料管的下端位于所述罐体下端盖外，所述灌料管的上端位于所述储料仓内。
进一步地，在上述的带翅片散热的合金储氢罐中，所述第一导气管和所述第二导气管以所述罐体的轴线为轴对称设置；优选地，在竖向方向上相邻两片所述散热翅片之间的垂直距离为4～6mm；优选地，所有所述散热翅片的整体高度为290mm～310mm。
分析可知，本发明公开一种带翅片散热的合金储氢罐，在合金储氢罐中，换热介质由进水端口进入上部储水层中，换热管设置于储料仓内，上部储水层中的换热介质分流入换热管中，实现散热及导热作用，若干散热翅片设置在换热管间并在换热管间水平间隔排列布置，实现增大换热面积，增强换热的作用，即通过散热翅片增强换热管的热管理，使罐体内各处散热及导热均匀，提高热管理效率，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为本发明一实施例的第一导气管和第二导气管的结构示意图。
图3为本发明一实施例的连接换热管、中心换热管和散热翅片装配的立体结构示意图。
附图标记说明：1第一导气管；2进水端口；3上部储水层；4罐体上端盖；5罐体；6滤网；7换热管；71连接换热管；72中心换热管；8储料仓上端盖；9储料仓；10散热翅片；11储料仓下端盖；12灌料管；13罐体下端盖；14出水端口；15下部储水层；16通孔；17第二导气管。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，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的具体含义。
所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
如图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种带翅片散热的合金储氢罐，包括罐体5、第一导气管1、第二导气管17和换热管7，其中，罐体5根据实际需要可以为圆柱体或立方体结构，罐体5的两端分别设置有罐体上端盖4和罐体下端盖13，罐体上端盖4上设置有进水端口2，罐体下端盖13上设置有出水端口14，罐体5内设置有储料仓9，储料仓9用于储存储氢材料，储氢材料为储氢合金灌料，换热管7设置在储料仓9内，换热管7的两端分别与进水端口2和出水端口14连通，换热管7内流通有换热介质，换热介质可以为水；第一导气管1的一端位于罐体5的外部，第一导气管1的另一端位于储料仓9内，氢气通过第一导气管1进入储料仓9内，第一导气管1实现对储料仓9内氢气的供给。第二导气管17的一端位于罐体5的外部，第二导气管17的另一端位于储料仓9内，第二导气管17用于输出氢气。氢气由第一导气管1进入储料仓9后，储氢材料在吸氢反应的过程中伴随大量的热量被放出，换热管7通过换热介质的流通起到散热及导热作用，实现罐体5内部的热管理。
进一步地，该合金储氢罐还包括上部储水层3和下部储水层15，储料仓9的两端分别设置有储料仓上端盖8和储料仓下端盖11，储料仓上端盖8和罐体上端盖4之间形成上部储水层3，储料仓下端盖11和罐体下端盖13之间形成下部储水层15。上部储水层3的高度和下部储水层15的高度均为100mm，罐体5高度为680mm，第一导气管1的另一端依次穿过罐体上端盖4、上部储水层3和储料仓上端盖8后进入储料仓9内，氢气通过第一导气管1进入储料仓9内。第二导气管17的另一端依次穿过罐体上端盖4、上部储水层3和储料仓上端盖8后进入储料仓9内。
进一步地，换热管7的一端位于上部储水层3内，换热管7的另一端位于下部储水层15内，换热管7通过上部储水层3与进水端口2连通，换热管7通过下部储水层15与出水端口14连通，换热介质由进水端口2导入罐体5内的上部储水层3，上部储水层3内的换热介质分流至换热管7内，换热介质在换热管7内吸收氢气与储氢材料发生的反应热，吸收热量后的换热介质流入下部储水层15，并由出水端口14导出。上部储水层3和下部储水层15的设置，使换热管7的两端不需要延伸至罐体5外部，提高了罐体5的密封性，提高合金储氢罐整体的安全稳定性。
进一步地，换热管7设置有多根，换热管7为圆柱形直管结构，多根换热管7均竖向设置。优选地，图3所示，换热管7包括连接换热管71和中心换热管72，中心换热管72设置有一根，中心换热管72的轴线与罐体5的轴线重合，连接换热管71设置有多根，多根连接换热管71围绕中心换热管72均匀分布。如此设置能够增大换热管7的换热面积。在本发明的一实施例中，连接换热管71设置有六根。
进一步地，如图1和图3所示，该合金储氢罐还包括散热翅片10，相邻的连接换热管71之间连接有若干散热翅片10，若干散热翅片10在储料仓9内由上至下依次排列，且所有散热翅片10均水平放置，散热翅片10与罐体5的轴线垂直，在本发明的一实施例中，沿罐体5的周向分布的六根连接换热管71中，每相邻的两根连接换热管71之间由上至下均依次排列有若干散热翅片10，中心换热管72与连接换热管71之间不设置散热翅片10，换热管7和散热翅片10均与储氢材料直接接触；散热翅片10连接布置于连接换热管71之间，增大了换热管7的换热面积，提高合金储氢罐内部的传热性能，增强换热的作用，进而增强罐体5内部的热管理，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。优选地，散热翅片10上设有若干个导气孔，导气孔均上下贯穿散热翅片10。如此设置能够保证氢气在储氢材料之间的流通，避免了因为储氢材料的堆积而引起的吸收氢气不均匀的现象，保证储氢材料吸氢反应的正常进行。
进一步地，如图2所示，第一导气管1和第二导气管17的材质均为不锈钢，位于储料仓9内的第一导气管1和第二导气管17的侧壁上均设置有若干通孔16，在第一导气管1内并靠近罐体上端盖4的位置处设置有滤网6，在第二导气管17内并靠近罐体上端盖4的位置处也设置有滤网6；优选地，两个滤网6的孔径均为38微米～74微米(比如：38微米、42微米、46微米、50微米、54微米、58微米、62微米、64微米、68微米、72微米)，两个滤网6的目数均为200目～400目(比如：200目、240目、260目、280目、300目、340目、360目、380目、400目)；优选地，通孔的孔径为38微米。
如此设置有利于氢气在储氢材料之间的流通，避免了因为储氢材料的堆积而引起的吸收氢气不均匀的现象，滤网6的设置可以一定程度上提高导入氢气的纯度。
进一步地，在储料仓上端盖8上设有温度传感器，温度传感器延伸至储料仓9内，温度传感器用于检测储料仓9内的储氢材料的温度。当储料仓9内的储氢材料的温度异常时，通过调控换热管7内换热介质的流速调节储料仓9内的储氢材料的温度。
进一步地，罐体上端盖4、罐体下端盖13、储料仓上端盖8和储料仓下端盖11均与罐体5密封连接。如此设置能够保证合金储氢罐的安全性，防止氢气发生泄漏。
进一步地，该合金储氢罐还包括灌料管12，灌料管12的下端为储氢材料的灌料填充口，灌料管12的下端位于罐体下端盖13外，灌料管12的上端位于储料仓9内，储氢材料能够通过灌料管12灌入至储料仓9内。
进一步地，第一导气管1和第二导气管17以罐体5的轴线为轴对称设置；优选地，散热翅片10在相邻的连接换热管71之间均匀分布，在竖向方向上相邻两片散热翅片10之间的垂直距离为4mm～6mm(比如：4mm、4.2mm、4.4mm、4.6mm、4.8mm、5.0mm、5.2mm、5.4mm、5.6mm、5.8mm、6mm)，优选地，在竖向方向上相邻两片散热翅片10之间的垂直距离为5mm。如此设置使罐体5内各处散热及导热均匀，提高热管理效率。所有散热翅片10的整体高度为290mm～310mm(比如：290mm、292mm、294mm、296mm、298mm、300mm、302mm、304mm、306mm、308mm、310mm)，优选地，所有散热翅片10的整体高度为300mm。如此设置能够在保证换热效果的同时，为储氢材料提供足够的存储空间。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
一种带翅片散热的合金储氢罐，在合金储氢罐中，换热介质由进水端口2进入上部储水层3中，换热管7设置于储料仓9内，上部储水层3中的换热介质分流入换热管7中，实现散热及导热作用，若干散热翅片10设置在换热管7间并在换热管7间水平间隔排列布置，实现增大换热面积，增强换热的作用，即通过散热翅片10增强换热管7的热管理，使罐体5内各处散热及导热均匀，提高热管理效率，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，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 (10)
1.一种带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，包括罐体、第一导气管、第二导气管和换热管，其中，
所述罐体的两端分别设置有罐体上端盖和罐体下端盖，所述罐体上端盖上设置有进水端口，所述罐体下端盖上设置有出水端口，所述罐体内设置有储料仓，所述储料仓用于储存储氢材料，所述换热管设置在所述储料仓内，所述换热管的两端分别与所述进水端口和所述出水端口连通，所述换热管内流通有换热介质；
所述第一导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第一导气管的另一端位于所述储料仓内，氢气通过所述第一导气管进入所述储料仓内；
所述第二导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第二导气管的另一端位于所述储料仓内，所述第二导气管用于输出氢气。
2.根据权利要求1所述的带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，
还包括上部储水层和下部储水层，所述储料仓的两端分别设置有储料仓上端盖和储料仓下端盖，所述储料仓上端盖和所述罐体上端盖之间形成所述上部储水层，所述储料仓下端盖和所述罐体下端盖之间形成所述下部储水层。
3.根据权利要求2所述的带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，
所述换热管的一端位于所述上部储水层内，所述换热管的另一端位于所述下部储水层内，所述换热管通过所述上部储水层与所述进水端口连通，所述换热管通过所述下部储水层与所述出水端口连通。
4.根据权利要求1所述的带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，
所述换热管设置有多根，所述换热管为圆柱形直管结构，多根所述换热管均竖向设置；
优选地，所述换热管包括连接换热管和中心换热管，所述中心换热管设置有一根，所述中心换热管的轴线与所述罐体的轴线重合，所述连接换热管设置有多根，多根所述连接换热管围绕所述中心换热管均匀分布。
5.根据权利要求4所述的带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，
还包括散热翅片，相邻的所述连接换热管之间连接有若干所述散热翅片，所述散热翅片在所述储料仓内由上至下依次排列，且所有所述散热翅片均水平设置，所述换热管和所述散热翅片均与所述储氢材料直接接触；
优选地，所述散热翅片上设有若干个导气孔，若干个所述导气孔均上下贯穿所述散热翅片。
6.根据权利要求1所述的带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，
所述第一导气管和所述第二导气管的材质均为不锈钢，位于所述储料仓内的所述第一导气管和所述第二导气管的侧壁上均设置有若干通孔，在所述第一导气管内并靠近所述罐体上端盖的位置处设置有滤网，在所述第二导气管内并靠近所述罐体上端盖的位置处也设置有滤网；
优选地，两个所述滤网的孔径均为38微米～74微米，两个所述滤网的目数均为200目～400目；
优选地，所述通孔的孔径为38微米。
7.根据权利要求1所述的带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，
在所述储料仓上端盖上设有温度传感器，所述温度传感器延伸至所述储料仓内，所述温度传感器用于检测所述储料仓内的所述储氢材料的温度。
8.根据权利要求2所述的带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，
所述罐体上端盖、所述罐体下端盖、所述储料仓上端盖和所述储料仓下端盖均与所述罐体密封连接。
9.根据权利要求1所述的带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，
还包括灌料管，所述灌料管的下端位于所述罐体下端盖外，所述灌料管的上端位于所述储料仓内。
10.根据权利要求5所述的带翅片散热的合金储氢罐，其特征在于，
所述第一导气管和所述第二导气管以所述罐体的轴线为轴对称设置；
优选地，在竖向方向上相邻两片所述散热翅片之间的垂直距离为4～6mm；
优选地，所有所述散热翅片的整体高度为290mm～310mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210412757.6A CN114593363A (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 带翅片散热的合金储氢罐 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210412757.6A CN114593363A (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 带翅片散热的合金储氢罐 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114593363A true CN114593363A (zh) | 2022-06-07 |
Family
ID=81813206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210412757.6A Pending CN114593363A (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 带翅片散热的合金储氢罐 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114593363A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004132503A (ja) * | 2002-10-11 | 2004-04-30 | Sekisui Chem Co Ltd | 水素吸蔵合金の封入容器、及びこれを使用した水素貯蔵装置 |
| US20140061066A1 (en) * | 2012-09-06 | 2014-03-06 | National Central University | Hydrogen storage apparatus |
| CN108240552A (zh) * | 2016-12-27 | 2018-07-03 | 北京有色金属研究总院 | 一种快响应储氢罐及其制作方法 |
| CN111578130A (zh) * | 2019-02-18 | 2020-08-25 | 现代自动车株式会社 | 导热翅片和具有其的固态氢储存设备 |
| KR20200105615A (ko) * | 2019-02-28 | 2020-09-08 | 현대자동차주식회사 | 고체수소저장 장치 |
-
2022
- 2022-04-19 CN CN202210412757.6A patent/CN114593363A/zh active Pending
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