CN116951301A - 一种金属氢化物储氢瓶及高效换热低压差方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属氢化物储氢瓶及高效换热低压差方法，属于罐及储氢容器技术领域。铝制内壁位于瓶体的内腔，铝制内壁有内腔空间，铝制内壁的内腔空间有金属氢化物，瓶体底部与底盖通过螺纹相连，瓶体顶部与瓶颈通过螺纹相连，铝制内壁内腔中金属氢化物的上方连接铝瓦，铝瓦的上方连接石英棉。本发明的优点是:在容器的罐中增加了换热工质，可以在吸放氢时增强储氢罐内层空间与外层空间的热交换，避免可能发生的因储氢罐内层空间与外层空间换热不及时导致的吸放氢速率降低甚至停止，同时较高的充液率可以保证储氢罐内层空间温度分布均匀，使储氢罐内层空间整体保持高吸放氢速率，加快了储氢罐的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属氢化物储氢瓶及高效换热低压差方法，属于罐及储氢容器技术领域。
背景技术
20世纪以来，人类社会不断进步，工业不断发展，传统的以煤、石油、天然气为主的能源结构给人类社会带来一系列的问题。能源的消耗支撑着社会的进步和工业的发展，而煤、石油、天然气等传统的化石能源属于不可再生资源，开采寿命有限，能源的日益枯竭是我们面临的一大挑战。石油、天然气以及煤的消耗将导致温室效应不断加剧，并将造成一系列的生态和环境问题，严重危及人类生存和发展。氢能源作为清洁能源，无论是用于绿色钢铁、绿色水泥、绿色化学品还是用于船舶和卡车的绿色驱动技术都是更优解。人们认为用氢能源取代化石能源迫在眉睫。氢的安全储运技术是整个氢能闭环产业中至关重要的一部分。与早期的高压储氢相比，固态储氢不仅储氢条件更加简单，而且由于固态储氢罐内放氢是吸热过程，因此不易出现氢泄露等安全事件。此外，固态储氢的容器更易密封且储氢密度高。基于以上优点，固态储氢被认为是极具前景的应用。
以金属氢化物为代表的固态储氢材料的储氢和放氢过程是化学过程，在过程中伴有巨大的热量释放和吸收。在储氢过程中，若反应放出的热量不能及时释放，储氢速度会受到影响甚至停止；类似地，在放氢过程中，若反应所需的热量不能得到及时且均匀的供给，放氢速度也会受到影响。传统的固态储氢罐在热交换方面有值得改进的地方，提高储氢罐的热交换性能可以令其储放氢的性能得到显著提高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种金属氢化物储氢瓶及高效换热低压差方法。
一种金属氢化物储氢瓶，铝制内壁位于瓶体的内腔，铝制内壁有内腔空间，铝制内壁的内腔空间有金属氢化物，瓶体底部与底盖通过螺纹相连，瓶体顶部与瓶颈通过螺纹相连，铝制内壁内腔中金属氢化物的上方连接铝瓦，铝瓦的上方连接石英棉。
瓶颈与铝瓦之间连接石英棉，铝瓦外边缘与铝制内壁内切式紧密贴合，铝制内壁顶部与瓶颈紧密贴合，底盖与铝制内壁紧密贴合，铝制内壁与瓶体之间的空间有换热工质。
一种金属氢化物储氢瓶的高效换热低压差方法，含有以下步骤：瓶体内部空间主体由两部分组成，内外层空间由铝制内壁隔开，内层空间用于为储氢材料提供空间，外层空间用于存放水作为强化换热工质；瓶颈上方具有开口，在开口上设有瓶口阀；铝制内壁上部与瓶颈紧密贴合，下部与底盖紧密贴合；铝瓦置于金属氢化物之上，与铝制内壁内侧内切式紧密贴合；瓶体外层空间压力小于内层空间压力，储氢瓶与外界压差减小，外部空间换热工质增强了内层空间与外界的换热效果，同时使储氢瓶内温度分布均匀。
还含有以下步骤：换热工质在吸放氢时增强储氢罐内层空间与外层空间的热交换，避免可能发生的因储氢罐内层空间与外层空间换热不及时导致的吸放氢速率降低甚至停止，充液率保证储氢罐内层空间温度分布均匀，使储氢罐内层空间整体保持高吸放氢速率，加快了储氢罐的响应速度，储氢罐外层空间进行加压处理，在储氢罐内层空间压力和储存地气压之间增加了缓冲空间，降低了储氢罐与外界的压差，对储氢罐外层空间加压令换热工质的沸点升高，在储氢罐进行吸放氢时提供更优秀的换热效果。
本发明通过上述方案提高了储氢瓶的换热性能和安全性。
本发明的优点是：在容器的罐中增加了换热工质，可以在吸放氢时增强储氢罐内层空间与外层空间的热交换，避免可能发生的因储氢罐内层空间与外层空间换热不及时导致的吸放氢速率降低甚至停止，同时较高的充液率可以保证储氢罐内层空间温度分布均匀，使储氢罐内层空间整体保持高吸放氢速率，加快了储氢罐的响应速度。
对储氢罐外层空间进行加压处理，一方面在储氢罐内层空间压力和储存地气压之间增加了缓冲空间，降低了储氢罐与外界的压差，增强了安全性；另一方面，对储氢罐外层空间加压令换热工质的沸点升高，在储氢罐进行吸放氢时可以提供更优秀的换热效果，在提高系统安全性的同时优化了系统运行效率。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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，如图其中：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。
实施例1：如图1所示，一种高效均匀反应金属氢化物储氢瓶，包括瓶体1、瓶颈2、瓶口阀3、底盖4、铝瓦5、石英棉6、铝制内壁7。
铝制内壁7位于瓶体1的内腔，铝制内壁7有内腔空间，铝制内壁7的内腔空间有金属氢化物，金属氢化物用于与氢气发生反应进行吸氢或放氢，瓶体1底部与底盖4通过螺纹相连，瓶体1顶部与瓶颈2通过螺纹相连，瓶体1、瓶颈2及底盖4均为铝制。铝制内壁7内腔中金属氢化物的上方连接铝瓦5，铝瓦5的上方连接石英棉6。
瓶颈2与铝瓦5之间连接石英棉6。
铝瓦5外边缘与铝制内壁7内切式紧密贴合。
在瓶体1内部，铝制内壁7顶部与瓶颈2紧密贴合，底盖4与铝制内壁7紧密贴合。
铝制内壁7与瓶体1之间的空间有换热工质，铝制内壁7外层空间换热工质极大加强了铝制内壁7内层空间进行吸放氢反应时所进行的热交换，同时使铝制内壁7内层空间温度分布更加均匀，不仅加快储氢罐在系统中的响应时间，也使得储氢瓶中储氢材料吸放氢更加充分。
此外，由于铝制内壁7外层的工质换热时需要一定空间进行流动散热，充液率无法达到100％，在金属氢化物上方加入一层铝瓦5，铝瓦5的传热系数较大，且外边缘与铝制内壁7内切式紧密贴合，充液率达到100％则液体不流动，仅存在铝壁和工质之间的热传导，充液率太低则工质与铝壁之间不能达到完全换热，因此设定90％-95％之间，致使在工质与铝壁换热过程中，液体流动，可极大增大换热效率。
在瓶颈2与铝瓦5之间布置适量石英棉6，所填充的金属氢化物应为充盈状态。
为保证优秀的换热效果的同时为换热预留出一定空间，瓶体外层空间的冷却工质充液率应设为90％-95％。
实施例2：如图1所示，一种金属氢化物储氢瓶的高效换热低压差方法，含有以下步骤：金属氢化物储氢瓶包括：瓶体由内层空间和外层空间两部分组成，内层空间主要装有金属氢化物储氢材料，外层空间存放工质作为强化换热工质，内层空间和外层空间中间用铝制内壁分隔开。
瓶颈上方具有开口，开口上设有瓶口阀，瓶颈为一体式，瓶颈与瓶体通过螺纹连接。
铝制内壁用于分隔瓶体内层空间和外层空间，以瓶体中轴线为圆心、与瓶体平行布置，上端贴紧瓶颈，下端贴紧底盖。
铝瓦布置于金属氢化物之上。
底盖设有螺纹，通过螺纹和瓶体相连。
内壁主体为圆柱形，内壁主体与瓶体外壁平行，内壁高度与储氢瓶内层空间从铝瓦到底盖之间距离一致，内壁厚度为5-10mm，瓶体外壁与内壁之间的距离为储氢瓶直径的1/20-1/10。
铝瓦置于与填充金属氢化物水平高度相同处，以瓶体中轴线为中心对称布置，外边缘与铝制内壁内侧内切式紧密贴合，形状为波浪形，厚度为0.05mm-2mm。
石英棉层布置在瓶颈与铝瓦之间。
瓶体内层空间填充金属氢化物，布置在铝瓦下面，顶部与铝瓦高度相平，填充充盈。
瓶体外层空间填充换热工质，工质包括：水、丙酮及酒精，内部压力为0.1MPa-1.5Mpa。
瓶体外层空间填充换热工质，高度略底于内层空间铝瓦所置高度，充液率为90％0-95％，为换热时内外层热交换及工质流动预留部分空间。瓶体外层空间压力应高于储存地气压，低于瓶体内部空间压力，提高储氢瓶安全性。
一种高效换热低压差金属氢化物储氢瓶，通过增加换热工质来增强吸放氢时固态储氢材料所需的热交换来促进固态储氢材料吸氢或放氢，同时通过瓶体外层空间来卸掉部分压差，在提高储氢罐吸放氢速率的同时增强了安全性。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高效换热低压差金属氢化物储氢瓶，其特征在于，铝制内壁位于瓶体的内腔，铝制内壁有内腔空间，铝制内壁的内腔空间有金属氢化物，瓶体底部与底盖通过螺纹相连，瓶体顶部与瓶颈通过螺纹相连，铝制内壁内腔中金属氢化物的上方连接铝瓦，铝瓦的上方连接石英棉。
2.根据权利要求1所述的一种高效换热低压差金属氢化物储氢瓶，其特征在于，瓶颈与铝瓦之间连接石英棉。
3.根据权利要求1所述的一种高效换热低压差金属氢化物储氢瓶，其特征在于，铝瓦外边缘与铝制内壁内切式紧密贴合。
4.根据权利要求1所述的一种高效换热低压差金属氢化物储氢瓶，其特征在于，铝制内壁顶部与瓶颈紧密贴合，底盖与铝制内壁紧密贴合。
5.根据权利要求1所述的一种高效换热低压差金属氢化物储氢瓶，其特征在于，铝制内壁与瓶体之间的空间有换热工质。
6.一种金属氢化物储氢瓶的高效换热低压差方法，其特征在于，含有以下步骤：瓶体内部空间主体由两部分组成，内外层空间由铝制内壁隔开，内层空间用于为储氢材料提供空间，外层空间用于存放水作为强化换热工质；瓶颈上方具有开口，在开口上设有瓶口阀；铝制内壁上部与瓶颈紧密贴合，下部与底盖紧密贴合；铝瓦置于金属氢化物之上，与铝制内壁内侧内切式紧密贴合；瓶体外层空间压力小于内层空间压力，储氢瓶与外界压差减小，外部空间换热工质增强了内层空间与外界的换热效果，同时使储氢瓶内温度分布均匀。
7.根据权利要求6所述的一种金属氢化物储氢瓶的高效换热低压差方法，其特征在于，还含有以下步骤：换热工质在吸放氢时增强储氢罐内层空间与外层空间的热交换，避免可能发生的因储氢罐内层空间与外层空间换热不及时导致的吸放氢速率降低甚至停止，充液率保证储氢罐内层空间温度分布均匀，使储氢罐内层空间整体保持高吸放氢速率，加快了储氢罐的响应速度，储氢罐外层空间进行加压处理，在储氢罐内层空间压力和储存地气压之间增加了缓冲空间，降低了储氢罐与外界的压差，对储氢罐外层空间加压令换热工质的沸点升高，在储氢罐进行吸放氢时提供更优秀的换热效果。
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| CN116357886A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-06-30 | 华北电力大学 | 一种热管换热泡沫金属储氢瓶及传热方法 |
-
2023
- 2023-09-05 CN CN202311139319.8A patent/CN116951301A/zh active Pending
Patent Citations (7)
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