CN117869783B - 一种抗粉化应力集中储氢导热结构装置及导热方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗粉化应力集中储氢导热结构装置及导热方法，属于储氢设备技术领域。壳体内腔的顶部圆盘的下端面放射状分别连接N个贯通导热结构的顶部连接，贯通导热结构之间的一端横向分别连接N个外缘导热结构，贯通导热结构之间的另一端横向分别连接N个内侧导热结构。本发明在纵向贯通导热结构基础上增加了分布更为均匀的内侧和外缘垂直导热结构使导热效果提高；同时垂直结构间互相交错，把材料分隔成未封闭的小区，每层导热结构本身可以对材料膨胀应力产生抵抗，应力被分散在各个小区内而非传导到最集中的部分；垂直结构的分区也把膨胀后产生的细粉限制在各个小区内，避免了细粉随重力集中到底部导致底部材料板结和应力集中。
Description
技术领域
本发明属于储氢设备技术领域，涉及一种抗粉化应力集中储氢导热结构装置及导热方法。
背景技术
现有固态储氢装置面临导热效果差和材料粉化问题。材料本身导热系数低使得吸放氢反应产生的大量热量或冷量不能及时排出，反应速度下降，储氢装置充放氢效率大打折扣；随吸放氢循环导致的材料粉化使储氢量下降，同时细粉聚集导致应力集中和换热效果劣化，对储氢装置效率和安全性造成影响。
现有主流设计往往采用模块式结构或较为密集的导热结构来减弱材料粉化后的聚集，同时增加了强度以抵抗应力集中。但这类设计大幅增加了结构的体积、重量和复杂度，不利于提高总体质量储氢密度，同时导致了制造工艺繁琐、材料装填困难。
目前已有的现有技术产品的储氢腔部分做成蜂窝状，蜂窝状结构不便于装填和更换材料，加工复杂、成本高，降低材料装填空间的利用率。
发明内容
本发明针对现有技术问题，提供一种抗粉化应力集中储氢导热结构装置及导热方法。
一种抗粉化应力集中储氢导热结构装置，壳体内腔的顶部圆盘的下端面放射状分别连接N个贯通导热结构的顶部连接，贯通导热结构之间的一端横向分别连接N个外缘导热结构，贯通导热结构之间的另一端横向分别连接N个内侧导热结构，内侧导热结构及外缘导热结构与贯通导热结构错落连接，以贯通导热结构的板材为竖直方向，外缘导热结构和内侧导热结构的板材分别从水平方向朝向壳体内腔偏移角度，贯通导热结构与外缘导热结构的偏移角度均小于90度，沿贯通导热结构长方向交叉多级排布。
外缘导热结构为局部的圆环结构，内侧导热结构为扇形结构，N为大于1的整数，内侧导热结构为扇形结构，外缘导热结构为圆环结构，内侧导热结构及贯通导热结构的中心部构成流通通道，内侧导热结构与位于上、下的外缘导热结构之间，内侧导热结构的直径尺寸小于、大于或者等于外缘导热结构的圆环内圆直径尺寸，外缘导热结构和内侧导热结构均垂直于贯通导热结构，彼此间平行或者有角度，沿贯通导热结构长方向交叉多级排布，外缘导热结构最外侧与贯通导热结构外侧一起紧贴壳体内腔的内壁，内侧则与内侧导热结构的外侧在贯通导热结构方向的投影平面上交叠。
一种抗粉化应力集中储氢导热方法，导热结构装置的壳体内腔的顶部圆盘的下端面放射状分别连接N个贯通导热结构的顶部连接，贯通导热结构之间的一端横向分别连接N个外缘导热结构，贯通导热结构之间的另一端横向分别连接N个内侧导热结构，内侧导热结构及外缘导热结构与贯通导热结构错落连接。
含有以下步骤：使用时导热结构装置放置于储氢瓶内，导热结构装置外侧与储氢瓶内壁和底面紧密贴合放置，在装填固态储氢材料时，材料颗粒从顶端入口进入瓶内，交替撞击外缘导热结构和内侧导热结构，并从交叉处快速下落至瓶底，装填过程中轻晃瓶身即逐渐填满所有缝隙。
本发明的优点是：能够在保证导热效果的同时，在只增加少量的体积和重量、不阻碍材料装填的前提下，有效减弱粉化材料的聚集，抵抗应力集中。
本发明能够在不过多增加结构复杂度的前提下用相对较小的体积和重量增加，来实现强化导热、抗粉化应力集中的效果。
本发明在纵向贯通导热结构基础上增加了分布更为均匀的内侧和外缘垂直导热结构使导热效果提高；同时垂直结构间互相交错，把材料分隔成未封闭的小区，这样在不影响材料装填的情况下对每个小区增加了约束，每层导热结构本身可以对材料膨胀应力产生抵抗，应力被分散在各个小区内而非传导到最集中的部分；垂直结构的分区也把膨胀后产生的细粉限制在各个小区内，避免了细粉随重力集中到底部导致底部材料板结和应力集中。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。如图其中：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的主视结构示意图。
图3为本发明的装配结构示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1：如图1、图2及图3所示，一种抗粉化应力集中储氢导热结构装置，壳体6内腔的顶部圆盘5的下端面放射状分别连接N个贯通导热结构1的顶部连接，贯通导热结构1之间的一端(外沿部)横向分别连接N个外缘导热结构2，外缘导热结构2为局部的圆环结构，贯通导热结构1之间的另一端(中心部)横向分别连接N个内侧导热结构3，内侧导热结构3为扇形结构，内侧导热结构3及外缘导热结构2与贯通导热结构1错落连接，内侧导热结构3及贯通导热结构1的中心部构成流通通道4。
内侧导热结构3与位于上、下的外缘导热结构2之间，内侧导热结构3的直径尺寸小于、大于或者等于外缘导热结构2的圆环内圆直径尺寸。N为大于1的整数，N为3、4、5或者6。
实施例2：如图1、图2及图3所示，一种抗粉化应力集中储氢导热方法,含有以下步骤：贯通导热结构1、外缘导热结构2及内侧导热结构3均由高导热率、耐应力材料制成，采用但不限于采用金属、合金等。贯通导热结构1、外缘导热结构2及内侧导热结构3的每部分结构单体的数量可根据需求调整。贯通导热结构1在储氢装置内部尺寸最长方向贯通，起到均匀整个装置温度、支撑整体结构的作用。
外缘导热结构2和内侧导热结构3均垂直于贯通导热结构1，外缘导热结构2和内侧导热结构3彼此间可以平行也可以呈各种角度，如：以贯通导热结构1的板材为竖直方向，外缘导热结构2和内侧导热结构3的板材分别从水平方向朝向壳体6内腔偏移角度，贯通导热结构1与外缘导热结构2的偏移角度均小于90度(或者0度～45度)，沿贯通导热结构1长方向交叉多级排布。外缘导热结构2最外侧与贯通导热结构1外侧一起紧贴储氢装置内壁，其内侧则与内侧导热结构3的外侧在贯通导热结构1方向的投影平面上交叠，以起到阻碍粉化材料聚集的效果，同时增加导热效果和抵抗应力的能力。
实施例3：如图1、图2及图3所示，一种抗粉化应力集中储氢导热方法,含有以下步骤：使用时放置于储氢瓶内，其外侧与储氢瓶内壁和底面紧密贴合放置，在装填固态储氢材料时，材料颗粒从顶端入口进入瓶内，交替撞击外缘导热结构2和内侧导热结构3，外缘导热结构2和内侧导热结构3的偏移角度使得材料颗粒从交叉处快速下落至瓶底，装填过程中轻晃瓶身即可逐渐填满所有缝隙。
实施例4：如图1、图2及图3所示，一种抗粉化应力集中储氢导热方法,含有以下步骤：活化与充氢时，固态储氢材料吸收氢气放热膨胀并产生细粉，同时对周围结构产生较大挤压应力，贯通导热结构1将热量快速传导至整瓶上下，同时限制材料水平方向扩张和应力传导，外缘导热结构2和内侧导热结构3将热量快速传导至本层内外，同时分散垂直方向的应力并阻止材料垂直方向传递，有效将材料限制于各自区域范围内，避免材料聚集，在挤压下产生应力集中区，可有效保护储氢瓶同时保证材料充放氢效率和动力学性能。
实施例5：如图1、图2及图3所示，一种抗粉化应力集中储氢导热方法,含有以下步骤：放氢时，固态储氢材料吸热且体积有所收缩产生空隙，细粉易沿空隙向下汇聚，导热结构可快速将外部热量传导至瓶内上下，同时外缘导热结构2和内侧导热结构3可有效阻止细粉沉聚，削弱细粉固结导致的应力集中和传热传质恶化。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种抗粉化应力集中储氢导热方法，导热结构装置的壳体内腔的顶部圆盘的下端面放射状分别连接N个贯通导热结构的顶部连接，贯通导热结构之间的一端横向分别连接N个外缘导热结构，贯通导热结构之间的另一端横向分别连接N个内侧导热结构，内侧导热结构及外缘导热结构与贯通导热结构错落连接，以贯通导热结构的板材为竖直方向，外缘导热结构和内侧导热结构的板材分别从水平方向朝向壳体内腔偏移角度，贯通导热结构与外缘导热结构的偏移角度均小于90度，沿贯通导热结构长方向交叉多级排布，外缘导热结构为局部的圆环结构，内侧导热结构为扇形结构，N为大于1的整数，内侧导热结构为扇形结构，外缘导热结构为圆环结构，内侧导热结构及贯通导热结构的中心部构成流通通道，内侧导热结构与位于上、下的外缘导热结构之间，内侧导热结构的直径尺寸小于、大于或者等于外缘导热结构的圆环内圆直径尺寸，外缘导热结构最外侧与贯通导热结构外侧一起紧贴壳体内腔的内壁，内侧则与内侧导热结构的外侧在贯通导热结构方向的投影平面上交叠，
其特征在于，含有以下步骤：使用时导热结构装置放置于储氢瓶内，导热结构装置外侧与储氢瓶内壁和底面紧密贴合放置，在装填固态储氢材料时，材料颗粒从顶端入口进入瓶内，交替撞击外缘导热结构和内侧导热结构，并从交叉处快速下落至瓶底，装填过程中轻晃瓶身即逐渐填满所有缝隙。
2.根据权利要求1所述的一种抗粉化应力集中储氢导热方法，其特征在于，含有以下步骤：活化与充氢时，固态储氢材料吸收氢气放热膨胀并产生细粉，同时对周围结构产生较大挤压应力，贯通导热结构将热量快速传导至整瓶上下，同时限制材料水平方向扩张和应力传导，外缘导热结构和内侧导热结构将热量快速传导至本层内外，同时分散垂直方向的应力并阻止材料垂直方向传递，有效将材料限制于各自区域范围内，避免材料聚集，在挤压下产生应力集中区，保护储氢瓶同时保证材料充放氢效率和动力学性能。
3.根据权利要求1所述的一种抗粉化应力集中储氢导热方法，其特征在于，含有以下步骤：放氢时，固态储氢材料吸热且体积有所收缩产生空隙，细粉易沿空隙向下汇聚，导热结构可快速将外部热量传导至瓶内上下，同时外缘导热结构和内侧导热结构有效阻止细粉沉聚，削弱细粉固结导致的应力集中和传热传质恶化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |