CN116146879A - 一种组装式金属氢化物储氢装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组装式金属氢化物储氢装置，包括合金粉承载模块和储氢罐；其中，若干合金粉承载模块堆垛在储氢罐内；合金粉承载模块包括通气管、加热环和支撑板；通气管安装在支撑板中心，加热环安装与支撑板固定连接，通气管的两端设置有接触环，接触环连接有导条，导条设置在通气管的管壁中和支撑板的内部，加热环与导条连接。本发明通过使用换热箱体和散热片，能够从储氢罐内部和外部同时实现热交换，提高了热交换效率，解决了其他储氢装置在一定程度上存在的热交换瓶颈问题，从而大大提升了反应容器的吸放氢速率；另外，散热片还可对反应容器内的储氢合金粉起到支撑、分隔的作用，避免了储氢合金粉在充放氢粉化后向储氢罐底部聚集。

Description

一种组装式金属氢化物储氢装置

技术领域

本发明属于储氢罐技术领域，特别涉及一种组装式金属氢化物储氢装置。

背景技术

氢能以其自然储量丰富、清洁无毒、发热值高和可循环性好而成为我国能源发展的重要组成部分。氢气作为氢能的主要载体，其生产、存储、运输及应用技术及设备的开发是推动氢能产业发展的关键。然而氢气的高效存储一直受制于氢气低密度、高活性的物理化学特性限制而难以实现，现阶段氢气的存储主要有高压气态存储、液态存储和固态存储三种方式。其中高压气态储氢技术及设备相对成熟且被广泛应用于工业体系中，近年来发展的超高压氢气存储方式以其便捷的、高效的存储特性极大拓展了氢能的应用场景，但是高压存储方式仍然受限于存储设备安全性及增压能耗成本，液态储氢的氢气存储密度较为理想，液氢在推进器燃料领域方面的应用较为成熟，但在化工工业领域应用场景中不仅受制于氢气液化/汽化产生的能源损耗，同时对液氢存储设备及管控系统的要求也较高；传统固态储氢是指采用固态化合物与氢反应形成氢化物以达到缩短氢分子/原子间距从而提升氢气存储密度的方式，然而固态储氢材料一般较重，而且吸/放氢过程中会产生热效应，热量管控成为限制其大规模应用的主要因素。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种组装式金属氢化物储氢装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种组装式金属氢化物储氢装置，包括合金粉承载模块和储氢罐；

若干所述合金粉承载模块堆垛在储氢罐内；

所述合金粉承载模块包括通气管、加热环和支撑板；

所述通气管安装在支撑板中心；

所述加热环安装与支撑板固定连接；

所述通气管的两端设置有接触环；

所述接触环连接有导条，所述导条设置在通气管的管壁中和支撑板的内部；

所述加热环与导条连接。

优选地，储氢装置还包括换热箱体；

所述储氢罐位于换热箱体内部；

所述换热箱体表面开设有冷却介质进口和冷却介质出口。

优选地，所述合金粉承载模块还包括散热片；

所述散热片与储氢罐内壁滑动配合。

优选地，所述支撑板为锥形结构，所述通气管安装在锥形结构的中心；

所述散热片和加热环均安装在锥形结构表面且均与通气管同心设置；

所述通气管、散热片、加热环和支撑板构成承载腔，所述承载腔内装填有储氢合金粉。

优选地，所述储氢罐内壁固定连接承重卡槽，所述承重卡槽用于支撑堆垛设置的合金粉承载模块。

优选地，所述储氢罐还安装有压力表，所述压力表的仪表盘位于换热箱体外侧。

优选地，所述储氢罐内部还安装有辅助气管，所述辅助气管连通有若干辅助支管，所述辅助支管用于往通气管通气。

优选地，所述辅助气管连通有进气管，所述进气管延伸至换热箱体外侧。

优选地，所述进气管连通有排气管，所述排气管位于换热箱体外侧。

优选地，所述进气管上安装有进气截止阀，所述排气管上设置有排气截止阀。

优选地，所述通气管一端开设有凹槽，另一端设置有凸起环，所述接触环分别安装在凹槽的底部和凸起环的表面。

本发明的有益效果：

1、本发明通过使用换热箱体和散热片，能够从储氢罐内部和外部同时实现热交换，提高了热交换效率，解决了其他储氢装置在一定程度上存在的热交换瓶颈问题，从而大大提升了反应容器的吸放氢速率；另外，散热片还可对反应容器内的储氢合金粉起到支撑、分隔的作用，避免了储氢合金粉在充放氢粉化后向储氢罐底部聚集；

2、本发明通过使用堆垛的合金粉承载模块，使用时可以根据需求将合金粉承载模块组装在储氢罐中，方便安装、拆卸，便于回收储氢合金粉，提高了系统成本的回收利用率，提升了储氢系统的经济性，可实现大范围调整储氢合金粉的装填密度，提高该系统的适用范围，还可以增加设备使用寿命，在安全性上也有保障。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了本发明的一种组装式金属氢化物储氢装置的结构示意图；

图2示出了本发明的合金粉承载模块的结构示意图；

图3示出了本发明的合金承载模块的一种实施结构图；

图4示出了图3的底部结构图；

图5示出了图3的内部结构图。

图中：1、进气管；2、进气截止阀；3、辅助气管；301、辅助支管；4、合金粉承载模块；41、通气管；42、散热片；43、加热环；44、支撑板；45、凹槽；46、凸起环；47、导条；48、接触环；5、储氢合金粉；6、冷却介质进口；7、承重卡槽；8、换热箱体；9、冷却介质出口；10、储氢罐；11、压力表；12、排气截止阀；13、排气管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

一种组装式金属氢化物储氢装置，如图1所示，包括合金粉承载模块4、换热箱体8和储氢罐10；其中，储氢罐10位于换热箱体8内部，换热箱体8表面开设有冷却介质进口6和冷却介质出口9，若干合金粉承载模块4堆垛在储氢罐10内。

需要说明的是，在图1中冷却介质通过冷却介质进口6进入换热箱体8内，通过冷却介质出口9排出，与储氢罐10实现热交换，当然冷却介质进口6和冷却介质出口9的作用可以互换。

需要进一步说明的是，换热箱体8的形状并不固定，在图1中展示的是其平面图，在实际选择过程中可以采用圆柱体或者是立方体结构，具体根据场景需要灵活设计；而且储氢罐10包括上罐体和下罐体，上罐体和下罐体焊接或通过螺栓连接，其中采用焊接时，储氢罐10采用不锈钢柱体和封头焊接而成，例如采用304不锈钢，可承受高压；另外，储氢罐10为中空结构，内部没有气体管路和热交换管路，与传统高压氢气罐接近，制作成本低，承受的压力高，而且安全性好，避免了内部管路复杂、高压下泄露点多的风险。通过中部的通气管41的连接形成一个联通的完整腔体，便于氢气的快速进出。

进一步地，如图2所示，合金粉承载模块4包括通气管41、散热片42、加热环43和支撑板44；其中散热片42与储氢罐10内壁滑动配合，具体是采用间隙配合，这样散热片42是可以沿储氢罐10的内壁滑动的；另外支撑板44为锥形结构，通气管41安装在锥形结构的中心；散热片42和加热环43均安装在锥形结构表面且均与通气管41同心设置；另外，通气管41、散热片42、加热环43和支撑板44构成承载腔，承载腔内装填有储氢合金粉5。

另外，加热环43安装在支撑板44固定连接，通气管41的两端面设置有接触环48；接触环48连接有导条47，导条47设置在通气管41和支撑板44内部，加热环43与导条47连接。

需要说明的是，接触环48的安装方式如图3所示，通气管41一端开设有凹槽45，另一端设置有凸起环46，接触环48分别安装在凹槽45的底部和凸起环46的表面。

如图5所示，凹槽45底部可以安装接触环48，然后接触环48连接若干导条47(可以采用铜条)，导条47可以随通气管41的轴向设置，沿通气管41周向均匀设置，然后进入支撑板44内部，最后连接散热片42，如图4所示，通气管41底部设置凸起环46，在凸起环46表面设置接触环48，当两个合金粉承载模块4堆垛时，上方的凸起环46的接触环48可以和下方的凹槽45的接触环48接触，而接触环48一般选用铜环。

需要说明的是，通气管41的侧壁采用多孔滤材制作，可隔离储氢合金粉5进入中间通气管41但可以允许氢气通过，而且侧壁上的孔设计在相邻的导条47之间。充放氢时，氢气可通过通气管41迅速进出各层次的模块，并与储氢合金粉5进行反应，这种设计有效增加了氢气的传质速度，保障储氢系统可以快速的吸放氢响应。散热片42主要有两部分功能，一是承载合金粉，二是热交换。首选铜或铜合金制作，可根据承重或散热需求调整其厚度。合金散热片42的侧壁与储氢罐10内壁贴合，提高换热效果。加热环43，采用导热性良好的金属制作，可内置加热片，吸氢时可进行散热。放氢时可作为加热器，对合金进行加热。同时可起到分隔合金粉的作用，避免合金粉粉化后向下聚集。可根据加热需要设计多个加热环43，该加热环43同时对储氢合金粉5起到分隔、支撑作用，避免储氢合金粉5因重力向下聚集粘结；另外，在进行安装时，首先将底层的合金粉承载模块4沿储氢罐10的内壁滑下，直至被承重卡槽7挡住，然后往底层的合金粉承载模块4装填储氢合金粉5，随后将第二个合金粉承载模块4沿储氢罐10内壁滑下，与底层的合金粉承载模块4连接，然后再装填储氢合金粉5，依此类推，逐渐堆垛，提高空间利用率。

进一步地，储氢罐10内壁固定连接承重卡槽7，承重卡槽7用于支撑堆垛设置的合金粉承载模块4。

需要说明的是，承重卡槽7安装在储氢罐10柱状结构的底部，从而对合金粉承载模块4实现支撑。

进一步地，储氢罐10还安装有压力表11，压力表11的仪表盘位于换热箱体8外侧，用于监测储氢罐10内的压力。

进一步地，储氢罐10内部还安装有辅助气管3，辅助气管3连通有若干辅助支管301，辅助支管301用于往通气管41通气；辅助气管3连通有进气管1，进气管1延伸至换热箱体8外侧；进气管1连通有排气管13，排气管13位于换热箱体8外侧；另外，进气管1上安装有进气截止阀2，排气管13上设置有排气截止阀12。

需要说明的是，辅助气管3装有金属滤网，能够有效防止储氢合金粉5进入氢气管路，且实现进气和排气一体，有效节约罐体内部空间，该管路不被反应容器内的储氢合金覆盖，可增加氢气进出储氢罐10的速率。

本发明主要解决了传统固态储氢罐中换热结构占用空间较大的问题，提升了储氢合金粉5的有效填充空间。另外，传统方式向储氢罐填装合金粉5时容易造成超细粉悬浮弥漫在空气中，这一方面使表面活性很高的储氢合金粉5容易被氧化，另一方面填装过程形成的超细粉与空气混合物十分容易发生爆炸，安全隐患大。本发明可组装式的设计可以将储氢合金粉5先填装在合金粉承载模块4上，然后依次装入储氢罐10，避免了搅动形成超细粉弥漫，而且回收合金粉是可依次将承合金粉承载模块4取出，回收更容易。最后，该发明可组装拆卸的结构，容易实现模块化的生产制造，可低成本地复制扩大推广。

下面对比本发明的组装式金属氢化物储氢装置的工作过程进行说明：

储氢：将氢气与进气管1连接、打开进气截止阀2、关闭排气截止阀12，使氢气通过辅助气管3充入储氢罐10内，并通过罐体中心部位的通气管41，迅速进入不同层次的合金粉承载模块4中，保障了氢气的快速传质。打开进气截止阀2的同时，打开热交换系统，使冷却介质通过冷却介质进口管6进入换热箱体8，吸收热量后从冷却介质出口管9流出。此过程储氢合金放热，氢气被吸收到储氢合金粉内生成金属氢化物，吸氢放出的热量被换热箱体8的冷却介质带走，待压力表11的压力达到设定值后，关闭进气截止阀2，停止进气。

放氢：放氢过程中储氢合金粉5吸热，为了保障氢气顺利放出，可向换热箱体8内通入热介质，通过散热片42对储氢合金粉5加热，也可通过加热环43对储氢合金粉5进行加热。打开排气截止阀12，关闭进气截止阀2，被加热的储氢合金粉5不断释放出氢气，并由排气管13放出。当压力表11的压力值下降到设定压力后，关闭排气截止阀12，停止氢气的排出。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，包括合金粉承载模块(4)和储氢罐(10)；

若干所述合金粉承载模块(4)堆垛在储氢罐(10)内；

所述合金粉承载模块(4)包括通气管(41)、加热环(43)和支撑板(44)；

所述通气管(41)安装在支撑板(44)中心；

所述加热环(43)安装与支撑板(44)固定连接；

所述通气管(41)的两端设置有接触环(48)；

所述接触环(48)连接有导条(47)，所述导条(47)设置在通气管(41)的管壁中和支撑板(44)的内部；

所述加热环(43)与导条(47)连接。

2.根据权利要求1所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，其特征在于，还包括换热箱体(8)；

所述储氢罐(10)位于换热箱体(8)内部；

所述换热箱体(8)表面开设有冷却介质进口(6)和冷却介质出口(9)。

3.根据权利要求2所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，其特征在于，所述合金粉承载模块(4)还包括散热片(42)；

所述散热片(42)与储氢罐(10)内壁滑动配合。

4.根据权利要求3所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述支撑板(44)为锥形结构，所述通气管(41)安装在锥形结构的中心；

所述散热片(42)和加热环(43)均安装在锥形结构表面且均与通气管(41)同心设置；

所述通气管(41)、散热片(42)、加热环(43)和支撑板(44)构成承载腔，所述承载腔内装填有储氢合金粉(5)。

5.根据权利要求1所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述储氢罐(10)内壁固定连接承重卡槽(7)，所述承重卡槽(7)用于支撑堆垛设置的合金粉承载模块(4)。

6.根据权利要求1所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述储氢罐(10)还安装有压力表(11)，所述压力表(11)的仪表盘位于换热箱体(8)外侧。

7.根据权利要求2所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述储氢罐(10)内部还安装有辅助气管(3)，所述辅助气管(3)连通有若干辅助支管(301)，所述辅助支管(301)用于往通气管(41)通气。

8.根据权利要求7所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述辅助气管(3)连通有进气管(1)，所述进气管(1)延伸至换热箱体(8)外侧。

9.根据权利要求8所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述进气管(1)连通有排气管(13)，所述排气管(13)位于换热箱体(8)外侧。

10.根据权利要求9所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述进气管(1)上安装有进气截止阀(2)，所述排气管(13)上设置有排气截止阀(12)。

11.根据权利要求1-9任一所述的一种组装式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述通气管(41)一端开设有凹槽(45)，另一端设置有凸起环(46)，所述接触环(48)分别安装在凹槽(45)的底部和凸起环(46)的表面。

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