CN114917842A - 一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器及其储氢方法 - Google Patents
一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器及其储氢方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器及其储氢方法，所述金属氢化物储氢反应器包括主体单元、换热单元和波型翅片阵列单元；所述主体单元包括反应器壳体和填充于所述反应器壳体内部的金属氢化物床层，且所述反应器壳体上设置有氢气入口；所述换热单元轴向贯穿于所述主体单元的中央；所述波型翅片阵列单元均匀固定于所述换热单元的外壁，且均匀排布于所述金属氢化物床层的内部。本发明通过改进金属氢化物储氢反应器的结构，提升了反应器内部的传热效率，确保了储氢过程的快速发生，同时避免了金属氢化物粉末的局部聚集以及应力的集中。
Description
技术领域
本发明属于储氢技术领域，涉及一种金属氢化物储氢反应器，尤其涉及一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢罐及其储氢方法。
背景技术
目前，由于严峻的能源危机和环境污染问题，开发可替代化石燃料的新能源已成为全世界最为关注的热点问题之一。氢能，由于其丰富的来源，极高的能量密度和无与伦比的环保性而被誉为最具潜力的新型能源。由其构思的氢能经济，即利用可再生能源电解水制氢，再通过分散式储氢系统将氢能进行储存分配，最后在燃料电池中氢和氧发生电化学反应将氢能高效率转换为电能，更是成为了一种未来的理想经济结构形式。
然而若想在技术层面实现上述理想经济结构形式，就必须解决氢能经济中的制取、储存及应用三大关键技术难题，尤其是解决高效储存氢气的问题，是决定氢能可否在未来实现大规模商业化应用的关键技术瓶颈。当前氢气的主要储存方法有高压气态储存、低温液态储存以及常温固态储存三种方法。其中气态储存和液态储存由于安全性和效率问题，不利于大规模推广应用。而金属氢化物固态储氢技术具备储氢密度高，使用成本低，安全性能好等优点，因此被众多研究者认为是一种最具有应用前景的氢气储存方式。
金属氢化物储氢反应器是固态储氢技术的核心部件，但在实际工业条件下金属氢化物储氢反应器仍存在不少技术问题，例如：金属氢化物本身导热性能极差(有效热导率约为1W/m/K)，在储氢过程中无法及时有效地传递氢化反应所放出的热量，其反应器内部温度在短时间内急剧升高，从而导致金属氢化物的吸氢平台压力上升，降低其储氢速率甚至停止储氢。此外，在储氢过程中，金属氢化物在反应器内部会受到氢气的持续冲刷，易引发粉末化流动，并产生氢化物粉末的局部聚集和沉降，这将导致金属氢化物床层的孔隙率不均匀化加剧，进而产生氢气的沟流甚至死区，并且加剧反应器局部区域应力的集中。
CN 108131563A公开了一种带有螺旋结构的金属氢化物储氢罐，其通过在储氢罐内部设置螺旋结构件，一方面提高反应器内部的有效导热系数，另一方面对金属氢化物粉末起到固定支撑的作用，避免反应器内部金属氢化物粉末的局部聚集。但是这种螺旋结构件加工复杂，且换热效率较为一般，并未与换热流体之间形成换热耦合，导致其实用价值有限。
CN 103883874A公开了一种带有外换热结构的储氢罐，由装填金属氢化物材料的罐体和设有换热结构的壳体组成。换热结构根据换热需求可设置为直流形，折流形，单螺旋型以及多螺旋形，用以提高整个反应器的热交换效率，但是其并未增加反应器内部的传热能力，对传热阻力大部分集中在金属氢化物床层的储氢反应器来说改善效果有限。
CN 103240037A和CN 105289440A公开了一类带有内螺旋换热管的储氢反应器，经几何结构优化后螺旋换热管与金属氢化物床层耦合在反应器内部，换热流体从螺旋换热管顶端流入，并从换热管底端中心流出。螺旋换热管通过增加换热面积以及换热流体湍动程度，有效提高反应器内部的换热效率，但是螺旋换热管使得反应器内部结构复杂，容易引起反应器内部金属氢化物粉末的局部聚集以及应力的集中。
由此可见，如何改进金属氢化物储氢反应器的结构，提升反应器内部的传热效率，确保储氢过程的快速发生，同时避免金属氢化物粉末的局部聚集以及应力的集中，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器及其储氢方法，本发明通过改进金属氢化物储氢反应器的结构，提升了反应器内部的传热效率，确保了储氢过程的快速发生，同时避免了金属氢化物粉末的局部聚集以及应力的集中。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器，所述金属氢化物储氢反应器包括主体单元、换热单元和波型翅片阵列单元。
所述主体单元包括反应器壳体和填充于所述反应器壳体内部的金属氢化物床层，且所述反应器壳体上设置有氢气入口。
所述换热单元轴向贯穿于所述主体单元的中央。
所述波型翅片阵列单元均匀固定于所述换热单元的外壁，且均匀排布于所述金属氢化物床层的内部。
本发明通过在金属氢化物储氢反应器的内部设置波型翅片阵列单元，一方面起到了强化反应器内部传热的作用，提高了传热效率，增加了金属氢化物床层与换热流体之间的传热面积，显著提高了反应器的储氢速率；另一方面起到了改变氢气流动形态的作用，使得金属氢化物粉末不再随着氢气而进行大范围的粉末化流动，防止了金属氢化物粉末的局部聚集和沉降，实现了金属氢化物粉末一直保持均匀分布状态，避免了金属氢化物反应器因局部应力过大而发生过量形变甚至破裂的现象。
此外，本发明将换热单元轴向贯穿于主体单元的中央，且波型翅片阵列单元均匀排布于所述金属氢化物床层的内部，保证了金属氢化物床层的各处区域均得到相同程度的换热效率。
本发明中，所述氢气入口也可作为金属氢化物的装填入口。
优选地，所述波型翅片阵列单元包括平行等间距阵列的至少2块波型翅片，例如可以是2块、4块、6块、8块、10块、12块、14块、16块、18块或20块，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述波型翅片沿主体单元的轴向投影为圆形、椭圆形或正多边形中的任意一种，进一步优选为圆形。
优选地，所述波型翅片的阵列间距为波型翅片直径的0.11-0.35倍，例如可以是0.11倍、0.13倍、0.15倍、0.17倍、0.19倍、0.2倍、0.21倍、0.23倍、0.25倍、0.27倍、0.29倍、0.3倍、0.31倍、0.33倍或0.35倍，进一步优选为0.18倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明将波型翅片的阵列间距限定在特定范围内，既能保证足够的翅片数目以实现较好的换热性能，又能保证翅片之间的间距不至于过小而避免难以安装的问题。
优选地，所述波型翅片直径为反应器壳体内径的0.9-0.95倍，例如可以是0.9倍、0.91倍、0.92倍、0.93倍、0.94倍或0.95倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述波型翅片的横截面为折线形或波浪形，进一步优选为折线形。
优选地，所述波型翅片的厚度为波型翅片直径的0.008-0.015倍，例如可以是0.008倍、0.009倍、0.01倍、0.011倍、0.012倍、0.013倍、0.014倍或0.015倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述波型翅片的材质为金属，包括铜、铝、铜合金或铝合金中的任意一种。
优选地，所述波型翅片由至少2块单位翅片元组合焊接而成，例如可以是2块、4块、6块、8块、10块或12块，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述单位翅片元的单元高度为波型翅片直径的0.038-0.135倍，例如可以是0.038倍、0.04倍、0.06倍、0.08倍、0.1倍、0.12倍、0.13倍或0.135倍，进一步优选为0.096倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述单位翅片元的单元长度为波型翅片直径的0.038-0.096倍，例如可以是0.038倍、0.04倍、0.05倍、0.06倍、0.07倍、0.08倍、0.09倍或0.096倍，进一步优选为0.038倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述换热单元包括换热环隙套管、换热空管或带有内构件的换热管中的任意一种，进一步优选为换热环隙套管。
优选地，所述换热环隙套管包括相互嵌套的换热环隙内管和换热环隙外管。
优选地，所述换热环隙内管为实心不锈钢管。
优选地，所述换热环隙内管的外径为反应器壳体内径的0.08-0.12倍，例如可以是0.08倍、0.085倍、0.09倍、0.095倍、0.1倍、0.105倍、0.11倍、0.115倍或0.12倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述换热环隙外管为空心不锈钢管。
优选地，所述换热环隙外管的外径为反应器壳体内径的0.16-0.24倍，例如可以是0.16倍、0.17倍、0.18倍、0.19倍、0.2倍、0.21倍、0.22倍、0.23倍或0.24倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述换热环隙外管的壁厚为0.5-2mm，例如可以是0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm或2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述反应器壳体包括筒体和设置于所述筒体两端的封头。
优选地，所述筒体与封头之间通过焊接或法兰连接。
优选地，所述筒体与封头的材质分别独立地为不锈钢。
优选地，所述筒体的横截面为圆形、椭圆形或正多边形中的任意一种，进一步优选为圆形。
本发明中，所述筒体的内径由具体的金属氢化物装填量核算而定；所述筒体的壁厚以满足操作条件压力测试而定。只要符合相应的要求即可，故在此不做特定限定。
优选地，所述筒体的高度为反应器壳体内径的2-3倍，例如可以是2倍、2.1倍、2.2倍、2.3倍、2.4倍、2.5倍、2.6倍、2.7倍、2.8倍、2.9倍或3倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述金属氢化物床层中的金属氢化物包括稀土系AB5金属和/或钛系AB2金属。
优选地，所述金属氢化物床层中的金属氢化物装填孔隙率为50％-60％，例如可以是50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述氢气入口为氢气滤口或氢气导管，进一步优选为氢气滤口。
优选地，所述氢气滤口的直径为反应器壳体内径的0.2-0.3倍，例如可以是0.2倍、0.21倍、0.22倍、0.23倍、0.24倍、0.25倍、0.26倍、0.27倍、0.28倍、0.29倍或0.3倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述氢气滤口包括不锈钢滤网。
优选地，所述不锈钢滤网的过滤精度为0.8-1.2mm，例如可以是0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm或1.2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供一种采用如第一方面所述金属氢化物储氢反应器进行储氢的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)向换热单元中通入换热流体；
(2)通过氢气入口向金属氢化物床层中通入氢气进行储氢。
优选地，步骤(1)所述换热流体为冷却水。
优选地，步骤(1)所述换热流体的平均流速为0.3-4m/s，例如可以是0.3m/s、0.5m/s、0.7m/s、1m/s、1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、3.5m/s或4m/s，进一步优选为2m/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述换热流体的平均流速需控制在合理范围内。当平均流速小于等于0.3m/s时，流体状态为层流，其与金属氢化物床层的换热效率低下；当平均流速为0.3-4m/s时，流体状态逐渐变为湍流，系统的换热效率显著提升，而当平均流速大于2m/s时，换热效率与平均流速2m/s时相比并没有明显改善，且引起了相应流体输送设备的费用大大增加。因此，基于经济效益的考虑，本申请进一步优选换热流体的平均流速为2m/s。
优选地，步骤(2)所述氢气的入口绝对压力为10-20bar，例如可以是10bar、11bar、12bar、13bar、14bar、15bar、16bar、17bar、18bar、19bar或20bar，进一步优选为15bar，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述氢气的入口绝对压力也需控制在合理范围内，因为金属氢化物的储氢反应为气固相反应，所以氢气入口的压力对应于整个反应的推动力，氢气入口压力越大则储氢反应进行地越快，而相应配套设施的压缩费用则越高。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在金属氢化物储氢反应器的内部设置波型翅片阵列单元，一方面起到了强化反应器内部传热的作用，提高了传热效率，增加了金属氢化物床层与换热流体之间的传热面积，显著提高了反应器的储氢速率；另一方面起到了改变氢气流动形态的作用，使得金属氢化物粉末不再随着氢气而进行大范围的粉末化流动，防止了金属氢化物粉末的局部聚集和沉降，实现了金属氢化物粉末一直保持均匀分布状态，避免了金属氢化物反应器因局部应力过大而发生过量形变甚至破裂的现象。
附图说明
图1是本发明提供的带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器剖面图；
图2是实施例1提供的金属氢化物储氢反应器中波型翅片结构示意图；
图3是实施例1-3提供的金属氢化物储氢反应器中单位翅片元结构示意图；
图4是对比例1提供的金属氢化物储氢反应器剖面图；
图5是应用例1-3在储氢过程中床层平均温度变化图；
图6是应用例1-3在储氢过程中床层平均存储容量变化图；
图7是应用例1与对比应用例1在储氢过程中床层平均温度变化图；
图8是应用例1与对比应用例1在储氢过程中床层平均存储容量变化图；
图9是应用例1在储氢过程中氢气流动速度矢量图。
其中：1-反应器壳体；2-波型翅片；3-金属氢化物床层；4-氢气入口；5-换热环隙外管；6-换热环隙内管；7-单位翅片元。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器，如图1所示，所述金属氢化物储氢反应器包括主体单元、换热单元和波型翅片阵列单元；所述主体单元包括反应器壳体1和填充于所述反应器壳体1内部的金属氢化物床层3，且所述反应器壳体1上设置有氢气入口4；所述换热单元轴向贯穿于所述主体单元的中央；所述波型翅片阵列单元均匀固定于所述换热单元的外壁，且均匀排布于所述金属氢化物床层3的内部。
本实施例中，所述波型翅片阵列单元包括平行等间距阵列的13块波型翅片2，且所述波型翅片2的阵列间距为9.5mm。所述波型翅片2沿主体单元的轴向投影为直径52mm的圆形(见图2)；所述波型翅片2的横截面为折线形，厚度为0.6mm，材质为铝合金。
如图3所示，所述波型翅片2由若干单位翅片元7组合焊接而成，且所述单位翅片元7的单元高度为5mm，单元长度为3.5mm。
本实施例中，所述换热单元为换热环隙套管，所述换热环隙套管包括相互嵌套的换热环隙内管6和换热环隙外管5。所述换热环隙内管6为实心不锈钢管，外径为6mm；所述换热环隙外管5为空心不锈钢管，外径为12mm，壁厚为1mm。
本实施例中，所述反应器壳体1包括材质均为不锈钢的筒体和设置于所述筒体两端的封头，且所述筒体与封头之间相互焊接。所述筒体的横截面为内径56mm的圆形，壁厚为4mm，高度为130mm。
本实施例中，所述金属氢化物床层3中的金属氢化物具体为稀土系AB5金属LaNi5，装填量为1.2kg。所述氢气入口4为直径15mm的氢气滤口，且设置有不锈钢滤网；所述不锈钢滤网的过滤精度为1mm。
实施例2
本实施例提供一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器，如图1所示，所述金属氢化物储氢反应器包括主体单元、换热单元和波型翅片阵列单元；所述主体单元包括反应器壳体1和填充于所述反应器壳体1内部的金属氢化物床层3，且所述反应器壳体1上设置有氢气入口4；所述换热单元轴向贯穿于所述主体单元的中央；所述波型翅片阵列单元均匀固定于所述换热单元的外壁，且均匀排布于所述金属氢化物床层3的内部。
本实施例中，所述波型翅片阵列单元包括平行等间距阵列的10块波型翅片2，且所述波型翅片2的阵列间距为12mm。所述波型翅片2沿主体单元的轴向投影为外接等效圆直径45mm的椭圆形；所述波型翅片2的横截面为折线形，厚度为0.5mm，材质为铜合金。
如图3所示，所述波型翅片2由若干单位翅片元7组合焊接而成，且所述单位翅片元7的单元高度为2mm，单元长度为4mm。
本实施例中，所述换热单元为换热环隙套管，所述换热环隙套管包括相互嵌套的换热环隙内管6和换热环隙外管5。所述换热环隙内管6为实心不锈钢管，外径为4mm；所述换热环隙外管5为空心不锈钢管，外径为10mm，壁厚为0.5mm。
本实施例中，所述反应器壳体1包括材质均为不锈钢的筒体和设置于所述筒体两端的封头，且所述筒体与封头之间通过法兰连接。所述筒体的横截面为内切等效圆直径50mm的椭圆形，壁厚为3mm，高度为120mm。
本实施例中，所述金属氢化物床层3中的金属氢化物具体为稀土系AB5金属LaNi5，装填量为1kg。所述氢气入口4为直径10mm的氢气滤口，且设置有不锈钢滤网；所述不锈钢滤网的过滤精度为1.2mm。
实施例3
本实施例提供一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器，如图1所示，所述金属氢化物储氢反应器包括主体单元、换热单元和波型翅片阵列单元；所述主体单元包括反应器壳体1和填充于所述反应器壳体1内部的金属氢化物床层3，且所述反应器壳体1上设置有氢气入口4；所述换热单元轴向贯穿于所述主体单元的中央；所述波型翅片阵列单元均匀固定于所述换热单元的外壁，且均匀排布于所述金属氢化物床层3的内部。
本实施例中，所述波型翅片阵列单元包括平行等间距阵列的20块波型翅片2，且所述波型翅片2的阵列间距为10mm。所述波型翅片2沿主体单元的轴向投影为外接等效圆直径82mm的正六边形；所述波型翅片2的横截面为折线形，厚度为1mm，材质为铝合金。
如图3所示，所述波型翅片2由若干单位翅片元7组合焊接而成，且所述单位翅片元7的单元高度为5mm，单元长度为7mm。
本实施例中，所述换热单元为换热环隙套管，所述换热环隙套管包括相互嵌套的换热环隙内管6和换热环隙外管5。所述换热环隙内管6为实心不锈钢管，外径为9mm；所述换热环隙外管5为空心不锈钢管，外径为19mm，壁厚为1.5mm。
本实施例中，所述反应器壳体1包括材质均为不锈钢的筒体和设置于所述筒体两端的封头，且所述筒体与封头之间相互焊接。所述筒体的横截面为内切等效圆直径90mm的正六边形，壁厚为5mm，高度为220mm。
本实施例中，所述金属氢化物床层3中的金属氢化物具体为稀土系AB5金属LaNi5，装填量为4kg。所述氢气入口4为直径20mm的氢气滤口，且设置有不锈钢滤网；所述不锈钢滤网的过滤精度为0.8mm。
实施例4
本实施例提供一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器，除了将波型翅片2的横截面改为波浪形，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
实施例5
本实施例提供一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器，除了去除换热环隙内管6，仅保留换热环隙外管5，即采用换热空管作为换热单元，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
对比例1
本对比例提供一种金属氢化物储氢反应器，如图4所示，除了去除波型翅片阵列单元，其余结构及条件均与实施例1相同，故在此不做赘述。
应用例1
本应用例应用实施例1提供的金属氢化物储氢反应器进行储氢，具体储氢方法包括以下步骤：
(1)向换热单元中通入平均流速为0.3m/s的冷却水；
(2)通过氢气入口4向金属氢化物床层3中通入绝对压力为15bar的氢气进行储氢。
应用例2
本应用例应用实施例1提供的金属氢化物储氢反应器进行储氢，具体储氢方法除了将步骤(1)中冷却水的平均流速改为2m/s，其余步骤及条件均与应用例1相同，故在此不做赘述。
应用例3
本应用例应用实施例1提供的金属氢化物储氢反应器进行储氢，具体储氢方法除了将步骤(1)中冷却水的平均流速改为4m/s，其余步骤及条件均与应用例1相同，故在此不做赘述。
图5是应用例1-3在储氢过程中床层平均温度变化图。
由图5可知：在同一存储时间下，应用例1的床层平均温度明显高于应用例2和应用例3，且相较于应用例2，应用例3的床层平均温度下降幅度并不明显；说明换热流体的平均流速为0.3m/s时(应用例1)，流体状态为层流，其与金属氢化物床层的换热效率低下；当平均流速升至2m/s时(应用例2)，流体状态逐渐变为湍流，系统的换热效率显著提升，而当平均流速继续升至4m/s时(应用例3)，换热效率与平均流速2m/s时相比并没有明显改善，且引起了相应流体输送设备的费用大大增加。因此，基于经济效益的考虑，本申请进一步优选换热流体的平均流速为2m/s(应用例2)。
图6是应用例1-3在储氢过程中床层平均存储容量变化图(平均存储容量的定义为单位质量金属氢化物床层所存储的氢气的质量)。
由图6可知：应用例1在完成同样存储容量所需要的存储时间明显大于应用例2和应用例3，且相较于应用例2，应用例3的存储时间下降幅度并不明显。因此，综合衡量更短的存储时间和更低的操作费用，本申请进一步优选换热流体的平均流速为2m/s(应用例2)。
对比应用例1
本对比应用例应用对比例1提供的金属氢化物储氢反应器进行储氢，具体储氢方法与应用例1相同，故在此不做赘述。
图7是应用例1与对比应用例1在储氢过程中床层平均温度变化图。
由图7可知：在同一存储时间下，应用例1的床层平均温度明显小于对比应用例1，说明波型翅片的使用有效提高了金属氢化物储氢反应器的传热性能。主要是因为波型翅片的使用提高了反应器内部的传热效率，在有限的空间内高效地增加了金属氢化物床层与换热流体之间的传热面积。
图8是应用例1与对比应用例1在储氢过程中床层平均存储容量变化图。
由图8可知：应用例1在完成同样存储容量所需要的存储时间明显小于对比应用例1，说明波型翅片的使用有效提高了金属氢化物储氢反应器的储氢速率。主要是因为波型翅片的使用强化了传热，降低了金属氢化物的吸氢平台压力，从而使得储氢速率上升。
图9是应用例1在储氢过程中氢气流动速度矢量图。
由图9可知：波型翅片的使用起到了改变氢气流动形态的作用，氢气的流动沿着波型翅片的形状形成倾斜向下的趋势，一方面在波型翅片的焊接处发生了一定程度的合流，从而增加了波型翅片附近的氢气浓度，加速了金属氢化物的储氢反应，另一方面防止了由于氢气冲刷而引起的金属氢化物粉末的大规模循环流动，进而防止了金属氢化物粉末的局部聚集和沉降，避免了金属氢化物反应器因局部应力过大而发生过量形变甚至破裂。
由此可见，本发明通过在金属氢化物储氢反应器的内部设置波型翅片阵列单元，一方面起到了强化反应器内部传热的作用，提高了传热效率，增加了金属氢化物床层与换热流体之间的传热面积，显著提高了反应器的储氢速率；另一方面起到了改变氢气流动形态的作用，使得金属氢化物粉末不再随着氢气而进行大范围的粉末化流动，防止了金属氢化物粉末的局部聚集和沉降，实现了金属氢化物粉末一直保持均匀分布状态，避免了金属氢化物反应器因局部应力过大而发生过量形变甚至破裂的现象。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种带有波型翅片结构的金属氢化物储氢反应器，其特征在于，所述金属氢化物储氢反应器包括主体单元、换热单元和波型翅片阵列单元；
所述主体单元包括反应器壳体和填充于所述反应器壳体内部的金属氢化物床层，且所述反应器壳体上设置有氢气入口；
所述换热单元轴向贯穿于所述主体单元的中央；
所述波型翅片阵列单元均匀固定于所述换热单元的外壁，且均匀排布于所述金属氢化物床层的内部。
2.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢反应器，其特征在于，所述波型翅片阵列单元包括平行等间距阵列的至少2块波型翅片；
优选地，所述波型翅片沿主体单元的轴向投影为圆形、椭圆形或正多边形中的任意一种，进一步优选为圆形；
优选地，所述波型翅片的阵列间距为波型翅片直径的0.11-0.35倍，进一步优选为0.18倍；
优选地，所述波型翅片直径为反应器壳体内径的0.9-0.95倍。
3.根据权利要求2所述的金属氢化物储氢反应器，其特征在于，所述波型翅片的横截面为折线形或波浪形，进一步优选为折线形；
优选地，所述波型翅片的厚度为波型翅片直径的0.008-0.015倍；
优选地，所述波型翅片的材质为金属，包括铜、铝、铜合金或铝合金中的任意一种；
优选地，所述波型翅片由至少2块单位翅片元组合焊接而成；
优选地，所述单位翅片元的单元高度为波型翅片直径的0.038-0.135倍，进一步优选为0.096倍；
优选地，所述单位翅片元的单元长度为波型翅片直径的0.038-0.096倍，进一步优选为0.038倍。
4.根据权利要求1-3任一项所述的金属氢化物储氢反应器，其特征在于，所述换热单元包括换热环隙套管、换热空管或带有内构件的换热管中的任意一种，进一步优选为换热环隙套管；
优选地，所述换热环隙套管包括相互嵌套的换热环隙内管和换热环隙外管。
5.根据权利要求4所述的金属氢化物储氢反应器，其特征在于，所述换热环隙内管为实心不锈钢管；
优选地，所述换热环隙内管的外径为反应器壳体内径的0.08-0.12倍；
优选地，所述换热环隙外管为空心不锈钢管；
优选地，所述换热环隙外管的外径为反应器壳体内径的0.16-0.24倍；
优选地，所述换热环隙外管的壁厚为0.5-2mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的金属氢化物储氢反应器，其特征在于，所述反应器壳体包括筒体和设置于所述筒体两端的封头；
优选地，所述筒体与封头之间通过焊接或法兰连接；
优选地，所述筒体与封头的材质分别独立地为不锈钢。
7.根据权利要求6所述的金属氢化物储氢反应器，其特征在于，所述筒体的横截面为圆形、椭圆形或正多边形中的任意一种，进一步优选为圆形；
优选地，所述筒体的高度为反应器壳体内径的2-3倍。
8.根据权利要求1-7任一项所述的金属氢化物储氢反应器，其特征在于，所述金属氢化物床层中的金属氢化物包括稀土系AB5金属和/或钛系AB2金属；
优选地，所述金属氢化物床层中的金属氢化物装填孔隙率为50％-60％；
优选地，所述氢气入口为氢气滤口或氢气导管，进一步优选为氢气滤口；
优选地，所述氢气滤口的直径为反应器壳体内径的0.2-0.3倍；
优选地，所述氢气滤口包括不锈钢滤网；
优选地，所述不锈钢滤网的过滤精度为0.8-1.2mm。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述金属氢化物储氢反应器进行储氢的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)向换热单元中通入换热流体；
(2)通过氢气入口向金属氢化物床层中通入氢气进行储氢。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述换热流体为冷却水；
优选地，步骤(1)所述换热流体的平均流速为0.3-4m/s，进一步优选为2m/s；
优选地，步骤(2)所述氢气的入口绝对压力为10-20bar，进一步优选为15bar。
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