CN115325424A - 一种储氢装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及储氢技术领域，尤其涉及一种储氢装置及其制作方法，该装置包括：主体机构，所述主体机构由多个沿轴向平行的储氢管构成，多个所述储氢管结构相同且外壁紧贴连接；储氢材料，设置在每个所述储氢管内，用于在各所述储氢管内储放氢气；换热通道，由呈方形布置的四个所述储氢管的外壁贴合围成的空腔构成，用于对其所在位置处的各所述储氢管的热量交换；主体连通机构，与各储氢管的两端连通，用于充入或者释放氢气；换热连通机构，与各换热通道的两端连通，用于朝向所述空腔通入换热介质；通过上述结构形式的设置，使得本公开中的储氢装置具有结构紧凑、传热效果好，放氢速率快的优点。

Description

一种储氢装置及其制作方法

技术领域

本公开涉及储氢技术领域，尤其涉及一种储氢装置及其制作方法。

背景技术

氢能是大规模可再生能源的理想存储介质，目前氢能的大量利用还需要解决氢气的高效安全存储问题；

发明人知晓的相关技术中，多采用高压储氢瓶的方式来实现氢气的存储，采用高压储氢瓶具有充放氢方便的优点，但由于其存储氢气密度低，导致占用的空间过大；为了解决上述问题，相关技术中采用加压的方式了提高储氢密度，但这种方式会导致成本的上升，同时也存在安全隐患；

为了克服上述问题，相关技术中开始采用固态储氢技术，然而发明人发现，固态储氢装置需要良好的传热性能还要保证结构的紧凑性才能实现高效储放氢，现有的固定储氢装置往往难以满足上述要求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种储氢装置及其制作方法，采用简洁的结构设计实现结构紧凑传热效果好的储放氢效果。

根据本公开的第一方面，提供一种储氢装置，包括：

主体机构，所述主体机构由多个沿轴向平行的储氢管构成，多个所述储氢管结构相同且外壁紧贴连接，形成m×n的阵列结构，其中m，n均为大于2的整数；

储氢材料，设置在每个所述储氢管内，用于在各所述储氢管内储放氢气；

换热通道，由呈方形布置的四个所述储氢管的外壁贴合围成的空腔构成，用于对其所在位置处的各所述储氢管的热量交换；

主体连通机构，与各储氢管的两端连通，用于充入或者释放氢气；

换热连通机构，与各换热通道的两端连通，用于朝向所述空腔通入换热介质；

其中，在通过所述主体连通机构朝向各所述储氢管充氢时，所述换热连通机构中通以循环冷却介质，在通过所述主体连通机构释放氢气时，所述换热连通机构中通以循环加热介质。

在本公开一些实施例中，所述主体机构由多个所述储氢管通过焊接、粘接或者捆绑连接的方式成型。

在本公开一些实施例中，所述储氢管两端还具有密封头，所述密封头通过焊接或者螺接的方式与各所述储氢管的两端密封连接。

在本公开一些实施例中，所述储氢材料为复合材料。

在本公开一些实施例中，所述储氢材料为Ti-Mn系合金与Cu丝组成的复合材料。

在本公开一些实施例中，所述换热通道之间通过焊缝或者密封胶隔开。

在本公开一些实施例中，所述主体连通机构包括与所述主体机构中各储氢管的一端连接的充氢管路以及与所述主体机构中各储氢管的另一端连接的放氢管路；

所述充氢管路和放氢管路均包括与各所述密封头连通的支管、将各支管连通在一起的分管以及将各分管连通在一起的总管。

在本公开一些实施例中，所述换热通道两端具有连通件，所述连通件包括呈扩口状的连接底座和与连接底座连通的连接管，所述连通底座与四个相邻围成所述换热通道的储氢管的侧壁连接。

在本公开一些实施例中，所述换热连通机构包括与一侧的所述连通件连通的进液管路和与另一侧的连通件连通的出液管路；

所述进液管路和出液管路均包括与各所述连通件连通的引出管、与各引出管连通的并联管以及将各并联管连通在一起的主管。

根据本公开的第二方面，还提供了如第一方面任一项所述的储氢装置的制作方法，包括以下步骤：

将多个储氢管阵列连接固定，形成主体机构；

在所述主体机构的各换热通道内塞入气胀管，使得气胀管的端部与所述主体机构的端部齐平；

朝向换热通道与气胀管之间注入定量密封胶，并将所述换热通道远离注胶的一端封堵；

朝向各所述气胀管内注入空气加压，使得气胀管在各所述换热通道内膨胀，至气胀管与换热通道的内壁贴紧，使得密封胶占满其余空隙停止加压；

待密封胶未完全固化前，释放气胀管的压力，将气胀管取出；

待密封胶完全固化后，在各所述储氢管内固定储氢材料，并连接主体连通机构和换热连通机构。

本公开的有益效果为：本公开通过多个储氢管的阵列连接的方式构成主体机构，并且由其中四个储氢管外壁围成的换热通道，通过在储氢管中设置储氢材料，并且通过主体连接机构与储氢管连通，通过换热连通机构与换热通道连通的方式构成储氢装置，通过上述结构设置，与相关技术相比，不仅结构紧凑，而且换热效率高，储放氢的速率进一步提高。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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公开中记载的一些实施例，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为本公开实施例中储氢装置的主视图；

图2为本公开实施例中储氢装置的俯视图；

图3为本公开实施例中储氢装置的侧视图；

图4为本公开实施例中连通件的结构示意图；

图5为本公开实施例中连通件的安装结构示意图；

图6为本公开实施例中储氢装置的制作方法中主体机构的固定结构示意图；

图7为本公开实施例中储氢装置的制作方法中在换热通道内放置气胀管的结构示意图；

图8为本公开实施例中储氢装置的制作方法中的注入密封胶的结构示意图；

图9为本公开实施例中储氢装置的制作方法中密封胶固化后的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图4所示的储氢装置，包括主体机构10、储氢材料20、设置在主体机构10中的换热通道12、主体连通机构30以及换热连通机构40，其中：

主体机构10由多个沿轴向平行的储氢管11构成，多个储氢管11结构相同且外壁紧贴连接，形成m×n的阵列结构，其中m，n均为大于2的整数；在本公开实施例中，如图1和图2中所示，多个储氢管11的长度相同，直径也相同，储氢管11可以是细长钢管，便于取材和加工；如图2中所示，多个储氢管11沿横向和竖向阵列连接，除了外围的储氢管11至少有两个侧壁与相邻储氢管11接触以外，中间的储氢管11的四个侧壁均与周围的储氢管11线接触；通过上述结构的设置，可以实现主体机构10的紧凑设置；

储氢材料20设置在每个储氢管11内，用于在各储氢管11内储放氢气；这里需要指出的是，储氢材料20可以是固态金属储氢材料20，其在一定的温度和氢气压力下，可以可逆地大量吸收、存储和释放氢气，这里的储氢材料20为常规现有技术，对其具体的组分和构成不再做详细介绍；

在本公开实施例中，如图2中所示，换热通道12由呈方形布置的四个储氢管11的外壁贴合围成的空腔构成，用于对其所在位置处的各储氢管11的热量交换；这里需要指出的是，在本公开的一些其他实施例中，曾经尝试采用其他结构形式，例如通过铸造成型的阵列布置的主体结构，即在主体结构中同时铸造出用于放置储氢材料20的腔体以及在放置储氢材料20的腔体之间设置用于换热的通道，然而在具体实施时发明人发现，上述结构一方面成本比较高，铸造需要相应的模具并且需要将成型金属熔化再冷却，而且这种结构的储氢腔体内的强度无法保证，一旦发生泄露，很难进行排查，而通过机床制造需要的成本会更高；在本公开实施例中，通过直接采用钢管连接的方式，一方面节省了成本，另一方面可以根据需要增减储氢管11来达到所需的尺寸，成本更低，可靠性更高；

请继续参照图1至图3，在本公开实施例中，主体连通机构30与各储氢管11的两端连通，用于充入或者释放氢气；换热连通机构40与各换热通道12的两端连通，用于朝向空腔通入换热介质；

由于储氢管11内的储氢材料20在放氢时会放出大量的热，需要将热量带走，而在吸收存储氢气时需要吸热，为了不影响储氢材料20的吸氢效率，需要通以加热介质；故在本公开实施例中，在通过主体连通机构30朝向各储氢管11充氢时，换热连通机构40中通以循环冷却介质，在通过主体连通机构30释放氢气时，换热连通机构40中通以循环加热介质。

具体而言，在本公开一些实施例中，在充氢时，先往换热通道12内通入5-10摄氏度的循环冷却水，然后再朝向主体连通机构30中冲入5MPa的氢气。在放氢时，先通过主体连通机构30释放氢气，待内部压力降至0.5MPa或者放氢的速率降低至额定速率时，朝向换热通道12连通机构中通入30-50摄氏度循环热水，通过上述方式，实现高效的充放氢；这里需要指出的是，在本公开实施例中，与储氢管11连通的主体连通机构30以及与换热通道12连通的换热连通机构40具有多种形式，例如可以是通过封盖和管路连通，也可以采用其他结构形式连通；而换热通道12内通入的冷却介质可以是上述实施例中的水，也可以是其他冷却介质；

在上述实施例中，通过多个储氢管11的阵列连接的方式构成主体机构10，并且由其中四个储氢管11外壁围成的换热通道12，通过在储氢管11中设置储氢材料20，并且通过主体连接机构与储氢管11连通，通过换热连通机构40与换热通道12连通的方式构成储氢装置，通过上述结构设置，与相关技术相比，不仅结构紧凑，而且换热效率高，储放氢的速率进一步提高。

在上述实施例的基础上，在本公开一些实施例中，关于主体机构10中多个储氢管11的具体连接方式，可以由多个储氢管11通过焊接、粘接或者捆绑连接的方式成型。即在具体连接时，可以通过胶粘的方式实现固定连接，也可以通过焊接的方式将各个储氢管11连接在一起，或者也可以通过在外围缠绕包覆带的方式实现整体的固定；当然这里需要指出的是，本领域技术人员不仅可以采用上述三种方式中的一种，也可以采用多种复合的方式，例如首先通过胶粘连接，然后为了进一步加强连接结构强度，继续在外围通过包覆带进一步缠绕。

在本公开一些实施例中，为了保证储氢管11内部的密封性能，储氢管11两端还具有密封头，密封头通过焊接或者螺接的方式与各储氢管11的两端密封连接。如图1中所示，密封头可以是直接通过满焊缝的焊接方式实现密封连接，也可以通过在储氢管11两端设置外螺纹，在密封头内壁上配置与之匹配的内螺纹，并且在二者的接触位置设置密封圈的方式实现密封连接。

在本公开实施例中，为了进一步提高储放氢的效率，将储氢材料20改进为复合材料。示例性的，本公开实施例中的储氢材料20为Ti-Mn系合金与Cu丝组成的复合材料。通过钛合金的设置，其具有高导热性以及低应力的特性，从而可以进一步将热量释放或者进行加热，并且减少因为温度而导致的内部材料变形，提高装置的储放氢效率和使用寿命。当然这里需要指出的是，本领域技术人员还可以采用其他成分的钛合金储氢材料20，或者其他合金材料的固态储氢材料20，以实现高导热低应力的效果。

在本公开实施例中，由于每个换热通道12均同时与四个储氢管11的侧壁接触，而通过介质的流动可以加强换热的效率，为了提高密封性以及防止换热介质的窜流，在本公开实施例中，换热通道12之间通过焊缝或者密封胶60隔开。即在焊接时，可以采用满焊缝的方式将储氢管11的外壁接触位置焊死；或者也可以采用点焊，然后通过密封胶60的方式进行填充固化，进而使得各换热通道12之间相互隔绝；通过这种方式的设置，促进了换热介质在换热通道12内的流动，进而更加高效的与储氢管11进行热量的交换。

在本公开一些实施例中，关于主体连通机构30的具体结构如图1至图3中所示，主体连通机构30包括与主体机构10中各储氢管11的一端连接的充氢管路31以及与主体机构10中各储氢管11的另一端连接的放氢管路32；充氢管路31和放氢管路32均包括与各密封头连通的支管31a、将各支管31a连通在一起的分管31b以及将各分管31b连通在一起的总管31c。在上述实施例中，通过这种总分的连接结构形式，在具体充氢或者放氢时，仅需通过一个总管31c即可实现多个储氢管11的同步工作，提高了储氢或者放氢的效率。

如图4中所示，在本公开一些实施例中，换热通道12两端具有连通件41，连通件41包括呈扩口状的连接底座41a和与连接底座41a连通的连接管41b，连通底座与四个相邻围成换热通道12的储氢管11的侧壁连接。在本公开一些实施例中的具体连接结构可以是如图5中所示的结构，在储氢管11端部凸出设置有螺纹管11b，螺纹管11b与储氢管11呈台阶型设置，在台阶上四个储氢管11之间的围成的部分设置有仿形的安装槽11c，安装槽11c底部上具有密封槽11d，用于安装密封条，在具体进行连通件41的安装时，可以将该连通件41嵌设入安装槽11c中，使得其底部与密封条挤压接触，然后通过储氢管11上部的密封头的螺接实现对连通件41的下压，进而实现密封连接；或者也可以通过直接焊接的方式实现连通件41的安装。通过上述结构形式的设置，结构简单，易于实现，利用密封头的螺纹连接实现对连通件41的挤压固定的方式，也便于对装置的检修，提高使用寿命。

在本公开实施例中，关于换热连通机构40的一种实施方式如图1和图2中所示，换热连通机构40包括与一侧的连通件41连通的进液管路42和与另一侧的连通件41连通的出液管路；进液管路42和出液管路均包括与各连通件41连通的引出管42a、与各引出管42a连通的并联管42b以及将各并联管42b连通在一起的主管42c。同样以这种总分的结构形式设置，可以提高换热的效率；当然这里需要指出的是，在本公开实施例中的总管31c和主管42c上均设置有用于开闭的阀体。

在本公开一些实施例中，还提供了一种上述储氢装置的制作方法，包括以下步骤：

S10：将多个储氢管11阵列连接固定，形成主体机构10；如图6中所示，在本公开一些实施例中，关于将多个储氢管11固定的方式，采用绑扎带捆绑连接，具体在连接时，可以通过多个支撑杆穿入至储氢管11中，再将其作为一个整体固定在转动驱动机构上，通过转动驱动机构的转动，将绑扎带绑扎在多个储氢管11的外围，从而实现了多个储氢管11的固定；在具体进行绑扎时，可以采用往复缠绕的方式实现；通过这种结构方法进行固定，固定成本低，效率高。

S20：在主体机构10的各换热通道12内塞入气胀管50，使得气胀管50的端部与主体机构10的端部齐平；如图7中所示，仅仅通过绑扎还无法实现换热通道12之间的隔绝，故需要在各储氢管11接触的位置处进行密封胶60的涂抹，而由于该结构涂胶不方便，在本公开实施例中，采用气胀管50来实现辅助涂胶；这里需要指出的是，气胀管50即为具有一定弹性且一端开口的圆管型结构，其尺寸大小可以伸入至换热通道12中，类似长条形的气球；

S30：朝向换热通道12与气胀管50之间注入定量密封胶60，并将换热通道12远离注胶的一端封堵；如图8中所示，此处注入定量的密封胶60是根据储氢管11的尺寸以及需要的密封胶60的厚度来进行制定的；这里需要指出的是，为了便于后期气胀管50的抽出，可以在气胀管50外表面涂覆脱模涂层，以实现不与密封胶60粘接的效果。

S40：朝向各气胀管50内注入空气加压，使得气胀管50在各换热通道12内膨胀，至气胀管50与换热通道12的内壁贴紧，使得密封胶60占满其余空隙停止加压；请参照图8和图9，通过给气胀管50加压的方式使得气胀管50实现膨胀，进而将密封胶60进行挤压，使得密封胶60在两相邻的储氢管11之间均匀铺开，以提高密封胶60涂抹的可靠性；

S50：待密封胶60未完全固化前，释放气胀管50的压力，将气胀管50取出；由于之前气胀管50上具有脱模层，可以方便地将气胀管50取出；

S60：待密封胶60完全固化后，在各储氢管11内固定储氢材料20，并连接主体连通机构30和换热连通机构40。关于主体连通机构30和换热连通机构40的具体结构形式在上文中已经进行举例说明，其具体安装方法这里不再进行赘述。

通过上述制作方法的设置，使得整个储氢装置的制作工艺更加简单，生产效率更高，制作出来的储氢装置使用更加可靠。 本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。本公开要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种储氢装置，其特征在于，包括：

主体机构，所述主体机构由多个沿轴向平行的储氢管构成，多个所述储氢管结构相同且外壁紧贴连接，形成m×n的阵列结构，其中m，n均为大于2的整数；

储氢材料，设置在每个所述储氢管内，用于在各所述储氢管内储放氢气；

换热通道，由呈方形布置的四个所述储氢管的外壁贴合围成的空腔构成，用于对其所在位置处的各所述储氢管的热量交换；

主体连通机构，与各储氢管的两端连通，用于充入或者释放氢气；

换热连通机构，与各换热通道的两端连通，用于朝向所述空腔通入换热介质；

其中，在通过所述主体连通机构朝向各所述储氢管充氢时，所述换热连通机构中通以循环冷却介质，在通过所述主体连通机构释放氢气时，所述换热连通机构中通以循环加热介质。

2.根据权利要求1所述的储氢装置，其特征在于，所述主体机构由多个所述储氢管通过焊接、粘接或者捆绑连接的方式成型。

3.根据权利要求1所述的储氢装置，其特征在于，所述储氢管两端还具有密封头，所述密封头通过焊接或者螺接的方式与各所述储氢管的两端密封连接。

4.根据权利要求1所述的储氢装置，其特征在于，所述储氢材料为复合材料。

5.根据权利要求4所述的储氢装置，其特征在于，所述储氢材料为Ti-Mn系合金与Cu丝组成的复合材料。

6.根据权利要求1所述的储氢装置，其特征在于，所述换热通道之间通过焊缝或者密封胶隔开。

7.根据权利要求3所述的储氢装置，其特征在于，所述主体连通机构包括与所述主体机构中各储氢管的一端连接的充氢管路以及与所述主体机构中各储氢管的另一端连接的放氢管路；

所述充氢管路和放氢管路均包括与各所述密封头连通的支管、将各支管连通在一起的分管以及将各分管连通在一起的总管。

8.根据权利要求1所述的储氢装置，其特征在于，所述换热通道两端具有连通件，所述连通件包括呈扩口状的连接底座和与连接底座连通的连接管，所述连通底座与四个相邻围成所述换热通道的储氢管的侧壁连接。

9.根据权利要求8所述的储氢装置，其特征在于，所述换热连通机构包括与一侧的所述连通件连通的进液管路和与另一侧的连通件连通的出液管路；

所述进液管路和出液管路均包括与各所述连通件连通的引出管、与各引出管连通的并联管以及将各并联管连通在一起的主管。

10.一种根据权利要求1至9任一项所述的储氢装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将多个储氢管阵列连接固定，形成主体机构；

在所述主体机构的各换热通道内塞入气胀管，使得气胀管的端部与所述主体机构的端部齐平；

朝向换热通道与气胀管之间注入定量密封胶，并将所述换热通道远离注胶的一端封堵；

朝向各所述气胀管内注入空气加压，使得气胀管在各所述换热通道内膨胀，至气胀管与换热通道的内壁贴紧，使得密封胶占满其余空隙停止加压；

待密封胶未完全固化前，释放气胀管的压力，将气胀管取出；

待密封胶完全固化后，在各所述储氢管内固定储氢材料，并连接主体连通机构和换热连通机构。

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