CN1247928C - 金属氢化物储存罐及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种金属氢化物储存罐，至少包含：一储存罐罐体；一分隔盘，叠置于该罐体内，用于容置一预定体积的金属氢化物；一杆件，具有一多孔表面，用于将该分隔盘固定于该罐体内，并将金属氢化物释出的氢气导引至罐体的释出口端。本发明进一步揭示该金属氢化物储存罐的制作方法。

Description

金属氢化物储存罐及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种金属氢化物氢气储存罐，特别是关于一种用于氢气燃料电池的金属氢化物氢气储存罐，其可强化热传导并提供金属氢化物均布膨胀的空间。本发明还涉及该金属氢化物储存罐的制作方法。
背景技术
随着人类文明的进步，传统能源，譬如煤、石油及天然气的消耗量持续攀高，造成地球严重的污染，导致温室效应及酸雨等环境的恶化。此外，人类已清楚地体会认识到天然能源的存量是有限的，如果被持续地滥用，可能在不久的将来便会消耗殆尽。因此，世界先进国家近来无不致力于 新的替代能源，而燃料电池便是其中的一种重要且具发展潜力及实用价值的选择，与传统的内燃机相较，燃料电池具有能量转换效率高、排气干净、噪音低、且不使用传统燃油等多项优点。
简而言之，燃料电池是一种将氢和氧透过电化学反应产生电能及水，也可说是一种水电解的逆反应，以将其化学能转换成电能。以质子交换膜燃料电池为例，其包括多个电池单体，每一单体包括位于中央的一质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)，其两侧各设一层催化剂，其外再各设置一层气体扩散层(gas diffusion layer，GDL)，最外侧则分别设一阳极双极板与阴极双极板，将此构件紧密地以一预定的接触压力结合在一起而成一电池单体。
燃料电池在实际应用时，为了能获得足够的电力，通常将多个上述的电池单体堆栈串联起来构成一电池堆，并通过设于电池堆纵向相对端的二端板，以及多个穿设过二端板周缘的系杆，将电池堆锁固于二端板之间。
在燃料电池进行前述的水电解的逆反应，以将其化学能转换成电能的同时，必需将电池堆的压力保持在一固定的范围内，以使水电解的逆反应可在最佳的压力条件下，将化学能转换成电能，提高转换效率。
在一般燃料电池中，一种现有装载氢气源的材料为所谓的金属氢化物(metal hydride)，这种金属氢化物在特定温度状态下，可在一相对应的压力释放氢气，其释放氢气的过程为一吸热反应(endothermicreaction)。当储存于金属氢化物内的氢气被完全释放后，可再将新鲜纯氢气回充至金属氢化物内，且其充填氢气的过程为一放热反应(exothermic reaction)。金属氢化物所在的特定温度与其所释放氢气的压力间大致呈一具有正向斜率的线性关系，这种线性关系根据不同制造商所制造的金属氢化物的特性有所不同。
有鉴于氢气的易燃特性，必须将氢气以一种安全、且轻便的方法预先储存于一特定储存罐内，再依需要释放氢气，进行前述逆反应。现有的储存罐多为一金属罐，其可承受一预定的压力及温度，其将一预定体积的金属氢化物置入该储存罐中，再将该储存罐封口。
但由于金属氢化物在吸收了氢气后，其体积较其未吸收氢气前的体积增加约百分的五至二十，故在将金属氢化物装填入该金属罐时，必需保留多余的空间，提供该金属氢化物所需的膨胀空间。由于现有的储存罐将一预定体积的金属氢化物置于同一空间内，因此，在金属氢化物膨胀的同时，会造成金属氢化物彼此挤压；再者，金属氢化物在吸氢时会放热，导致温度升高而减缓吸氢速率，此时需要利用罐体表面释出热量以降低温度，在放氢时会吸热而降低温度，也需依赖罐体表面吸入热量以升高温度，同时金属氢化物为低导热率物质，必须增加热传增强机制以改善热传速率；且被释出的氢气应经由一较为通畅的管道被放出储存罐的释出口。
除应用于燃料电池之外，这种金属氢化物氢气储存罐尚有其它用途，例如氢能热泵、氢能冷气机等。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的提供一种金属氢化物储存罐及其制作方法，其可改进热传导、防止金属氢化物彼此挤压、防止金属氢化物堆形成龟裂、且可提供氢气可被通畅地输送至储存罐的释出口的管道，以确实提高燃料电池的操作效率。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种金属氢化物储存罐，是在一储存罐罐体中，具有一内径、一底端以及一相对该底端的释出口端，其特征在于：多个分隔盘，叠置于该储存罐罐体内，用于容置一预定体积的金属氢化物；该分隔盘由可导热材料制成，具有一底面及一周壁，该周壁由该底面周缘大致垂直延伸，该底面上形成一第一孔洞及多个第二孔洞，该周壁具有一外径，大致与该罐体的内径相等；一第一杆件，对应穿插过该分隔盘底面的第一孔洞，该第一杆件具有一多孔表面，且第一杆件的顶端与该储存罐罐体的释出口端连通，用于将外界的氢气导入该分隔盘的金属氧化物中，并将金属氢化物释出的氢气导引至罐体的释出口端；多个第二杆件，其中至少部分第二杆件具有一多孔表面，该至少部分第二杆件的顶端与该储存罐罐体的释出口端连通，用于将外界的氢气导入该分隔盘的金属氧化物中，并将金属氢化物释出的氢气导引至罐体的释出口端，而每一个第二杆件对应穿插过该分隔盘底面的相对应第二孔洞；一盖体，在相对应于该分隔盘底面上的第一孔洞处，形成相对应的第一穿孔，该盖体叠置于位于最顶端的分隔盘上，用于将容置于位于最顶端的分隔盘内的金属氢化合物保持在该分隔盘内。
本发明还提供一种制作金属氢化物储存罐的方法，一种制作金属氢化物储存罐的方法，包含以下的步骤：a.提供一具有一开口的储存罐罐体预先成形体；b.叠置多个装载有未充氢金属氢化物的分隔盘，该每一个分隔盘由可导热材料制成，具有一底面及一周壁，该周壁由该底面周缘大致垂直延伸，该底面上形成一第一孔洞及多个第二孔洞，该周壁具有一外径，大致与该罐体的内径相等；c.以具有一多孔表面的第一杆件依序贯穿该叠置的分隔盘的第一孔洞、以及以第二杆件依序贯穿该叠置的分隔盘的第二孔洞；d.将该叠置及定位的分隔盘，由该开口置入该储存罐罐体预先成形体中；e.将该储存罐罐体预先成形体及开口热压，使该储存罐罐体预先成形体的内径趋近于该分隔盘的外径，并将开口收口。
换言之，本发明的技术内容，运用至少一由可导热材料制成的分隔盘，设于储存罐内，用于容置金属氢化物；以及一多孔杆件，用于将该分隔盘固定于该储存罐内，且可用于将金属氢化物释出的氢气导引至储存罐的释出口。本发明进一步揭示该金属氢化物储存罐的制作方法。
本发明的优点是：由于本发明的分隔盘30将容置于罐体20内的金属氢化物分成若干堆体，因此，可防止金属氢化物膨胀时造成金属氢化物彼此挤压。再者，由于本发明的分隔盘30的周壁34与罐体20紧密贴靠，且该分隔盘30由可导热材料所制成，因此，其可确保施于储存罐的热能可经由分隔盘30的传导，均匀地施加于各分隔盘30内的金属氢化物，因而强化热传导并提供金属氢化物均布膨胀的空间，并使金属氢化物堆完全地释放其所储存的氢气。本发明中所应用的多孔杆件40p，亦可作为将金属氢化物释出的氢气导引至储存罐20释出口24的通畅的管道，藉以确实提高燃料电池的操作效率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
图1显示一依据本发明金属氢化物储存罐的立体分解图；
图2显示该金属氢化物储存罐的剖面视图；
图3显示一分隔盘的立体视图；及
图4显示一储存罐罐体的剖面视图。
图中符号说明：
Di          内径
Do          外径
20          储存罐罐体
22          底端
24          释出口端
30          分隔盘
30t         最顶端的分隔盘
32          底面
34          周壁
36          孔洞
38          凹陷
40          杆件
40p         具有多孔表面的杆件
50          盖体
56          穿孔
具体实施方式
参考图1所示金属氢化物储存罐(canister)10，其包含：一储存罐罐体20；多个分隔盘(wafer baffle)30；多条杆件40；及一盖体50。
参图4，该储存罐罐体20具有一内径Di、底端22以及一相对该底端的释出口端24。
参图3，该分隔盘30叠置于该罐体20内，用于容置一预定体积的金属氢化物。每一分隔盘30由可导热材料制成，且具有一底面32及一具有一外径Do的周壁34，由该底面32周缘大致垂直延伸。该分隔盘30底面32上形成多个孔洞36。如图3所示，每一分隔盘30的周壁34上缘，较佳形成至少一凹陷38，以增加分隔盘30的支撑强度，防止叠置于其上的另一分隔盘塌陷于该分隔盘30中。该周壁34所围成的外径Do大致与该罐体20的内径Di相等。
该盖体50在相对应于该分隔盘30底面32上的孔洞36处，形成相对应的穿孔56，且叠置于位于最顶端的分隔盘30t上，用于将容置于位于最顶端的分隔盘30t内的金属氢化物保持在该分隔盘30t内。该盖体50较佳亦由烧结制程所制得的多孔金属烧结盖体。
该杆件40依序穿插过该分隔盘30底面32的孔洞36及盖体50的穿孔56，以将该分隔盘30及盖体50定位于该罐体20内。其中至少一杆件40p具有一多孔表面，用于将金属氢化物释出的氢气导引至罐体20的释出口端24。该具有一多孔表面的杆件40p，可由任何可抗高温及高压的材料制成，较佳者，是经由烧结工艺所制得的多孔金属烧结杆件(porous metal sintered tubing)。
为方便制作本发明的金属氢化物储存罐10，该罐体20于成形前为一大致呈圆柱体状的预先成形体(preformed body)。该预先成形体在相对于成形的罐体20的释出口端24形成有一开口，且使其内径稍大于该分隔盘30周壁34的外径Do。
制作本发明的金属氢化物储存罐10时，先将未储存有氢气的金属氢化物置于各别的分隔盘30内，每一分隔盘30内应保留适当的空间，提供该金属氢化物于吸收氢气后所需的膨胀空间。
接着，将该分隔盘30以其底面32孔洞36彼此对齐的方式叠置，若分隔盘30所选用的材料强度仍嫌不足，则各分隔盘30的周壁34上缘上所形成的凹陷38，恰可增加其承载强度，防止叠置于上方的分隔盘30塌陷至叠置于下方的分隔盘30内；接着，将该盖体50叠置于位于最顶端的分隔盘30t上。
然后，将各杆件40、40p分别依序穿插过该分隔盘30底面32的孔洞36，以避免该分隔盘30相对于彼此移动。
此时，即可将叠置固定的分隔盘30及盖体50经由该罐体20的预先成形体的开口，置入该罐体20内。最后，再经由热滚压(heatrolling)的方式，将预先成形体本身及开口收口成如图2所示的状态。
使用金属氢化物储存罐10，先将新鲜纯氢气经由罐体20的释出口端24，由具有多孔表面的杆件40p导引至各分隔盘30，而后充填至各分隔盘30内的金属氢化物。当储存于金属氢化物内的氢气被完全释放后，可再重新执行上述回充的程序。
本发明为一突破现有技术的新颖设计，然其亦可以其它的特定形式来实现，而不脱离本发明的精神和重要特性。因此上述所列的技术实施方式在各方面都应被视为例示性而非限制性实施例，而所有的改变只要合乎本发明权利要求书所定义的范围或为其技术实施方式等效者，均应包含在本发明的保护范畴内。

Claims (9)

1.一种金属氢化物储存罐，是在一储存罐罐体中，具有一内径、一底端以及一相对该底端的释出口端，其特征在于：
多个分隔盘，叠置于该储存罐罐体内，用于容置一预定体积的金属氢化物；该分隔盘由可导热材料制成，具有一底面及一周壁，该周壁由该底面周缘大致垂直延伸，该底面上形成一第一孔洞及多个第二孔洞，该周壁具有一外径，大致与该罐体的内径相等；
一第一杆件，对应穿插过该分隔盘底面的第一孔洞，该第一杆件具有一多孔表面，且第一杆件的顶端与该储存罐罐体的释出口端连通，用于将外界的氢气导入该分隔盘的金属氧化物中，并将金属氢化物释出的氢气导引至罐体的释出口端；
多个第二杆件，其中至少部分第二杆件具有一多孔表面，该至少部分第二杆件的顶端与该储存罐罐体的释出口端连通，用于将外界的氢气导入该分隔盘的金属氧化物中，并将金属氢化物释出的氢气导引至罐体的释出口端，而每一个第二杆件对应穿插过该分隔盘底面的相对应第二孔洞；
一盖体，在相对应于该分隔盘底面上的第一孔洞处，形成相对应的第一穿孔，该盖体叠置于位于最顶端的分隔盘上，用于将容置于位于最顶端的分隔盘内的金属氢化合物保持在该分隔盘内。
2.根据权利要求1所述的金属氢化物储存罐，其特征在于：该分隔盘的周壁上形成至少一凹陷，用于防止叠置于其上的另一分隔盘塌陷至该分隔盘中。
3.根据权利要求1所述的金属氢化物储存罐，其特征在于：该第一杆件为一多孔金属烧结杆件。
4.根据权利要求1所述的金属氢化物储存罐，其特征在于：该第二杆件为一具有多孔表面的多孔金属烧结杆件。
5.一种制作如权利要求1所述的金属氢化物储存罐的方法，包含以下的步骤：
a.提供一具有一开口的储存罐罐体预先成形体；
b.叠置多个装载有未充氢金属氢化物的分隔盘，该每一个分隔盘由可导热材料制成，具有一底面及一周壁，该周壁由该底面周缘大致垂直延伸，该底面上形成一第一孔洞及多个第二孔洞，该周壁具有一外径，大致与该罐体的内径相等；
c.以具有一多孔表面的第一杆件依序贯穿该叠置的分隔盘的第一孔洞、以及以第二杆件依序贯穿该叠置的分隔盘的第二孔洞；
d.将该叠置及定位的分隔盘，由该开口置入该储存罐罐体预先成形体中；及
e.将该储存罐罐体预先成形体及开口热压，使该储存罐罐体预先成形体的内径趋近于该分隔盘的外径，并将开口收口。
6.根据权利要求5所述制作金属氢化物储存罐的方法，其特征在于：该分隔盘是以其底面孔洞彼此对齐的方式叠置。
7.根据权利要求5所述制作金属氢化物储存罐的方法，其特征在于：该方法进一步包含将一盖体叠置于最顶端的分隔盘上的步骤。
8.根据权利要求7所述制作金属氢化物储存罐的方法，其特征在于：该盖体在相对应于该分隔盘底面上的孔洞处，形成相对应的穿孔。
9.根据权利要求8所述制作金属氢化物储存罐的方法，其特征在于：该盖体是以其穿孔对齐该分隔盘底面上孔洞的方式叠置于最顶端的分隔盘上。
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