CN210800695U - 便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，涉及储氢容器技术领域，尤其涉及一种便于拆装且能够有效进行换热的金属氢化物储氢容器。本实用新型包括：储氢合金罐、套筒、法兰和氢气阀门；储氢合金罐装于套筒内，由法兰通过橡胶垫圈和法兰螺栓螺母密封连接；法兰的中心位置装有氢气阀门；储氢合金罐的内部装有储氢合金粉末。本实用新型的技术方案解决了现有技术中的储氢合金在吸氢过程中由于晶格膨胀对容器内壁产生应力，使容器发生变形影响容器使用寿命；储氢合金长期循环稳定性差，需频繁更换；储氢合金导热性差，需储氢装置对外界进行热传递等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及储氢容器技术领域，尤其涉及一种便于拆装且能够有效进行换热的金属氢化物储氢容器。
背景技术
随着全球人口的膨胀与经济的飞速发展，能源危机也日益加重。能源产业是衡量一个国家的经济实力的重要基准，在国民生活之中起到非常重要的作用。目前来说，我国的能源分布与供应不平衡，能源结构与布局不合理，能源整体利用率低，以煤、化石等一次能源消费为主，其大量的燃烧造成严重的环境污染。随着经济发展和工业化进程的不断推进，化石能源的消耗保持持续增长态势，由此引发的环境污染和能源短缺越来越成为国际社会关注的焦点。氢能作为本世纪最具应用前景的二次能源，具有来源广泛，清洁环保、可再生等优点，其开发和利用备受关注。
氢能的存储方式主要包括低温液态储氢、高压气态储氢、固态储氢和有机液态储氢。固态储氢分为金属氢化物储氢和多孔材料储氢。其中，低温液态储氢对储存设备的绝热性能要求很高，造成附加能耗较大，成本高，不适合大规模应用；高压气态储氢有爆炸，泄露的安全隐患；有机液态储氢成本高，且催化剂易中毒，吸放氢速率低；多孔材料储氢方式的储氢密度低且不稳定，受材料性能的影响大。而金属氢化物储氢不需要高压容器，操作方便，大幅提升氢能利用的安全性、可靠性和维护便利性，是最有发展前景的储氢方式。
金属氢化物储氢容器是利用储氢合金在一定的温度和压力条件下可逆的吸收/释放氢气这一特性制成的、专门储存氢气的容器，一般包括：储氢合金、承载容器、传热机构和附属设备等几部分组成，目前已在燃料电池、氢能汽车等诸多领域普遍应用。储氢合金在吸/放氢过程中发生晶格膨胀、收缩，在容器内部产生很大的应力，使容器发生变形，严重影响储氢容器的使用寿命。其次，储氢合金长期循环稳定性差，在使用过程中会频繁更换合金。同时，储氢合金在吸/放氢过程中具有显著热效应，吸氢时放热，放氢时吸热，且储氢合金粉末的导热性差，热导率一般为0.2-2W/(m·K)，因此在设计金属氢化物储氢装置时应考虑与外界进行有效热传递的问题。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
根据上述现有技术中提出的储氢合金在吸氢过程中由于晶格膨胀对容器内壁产生应力，使容器发生变形影响容器使用寿命；储氢合金长期循环稳定性差，需频繁更换；储氢合金导热性差，需储氢装置对外界进行热传递等技术问题，而提供一种便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器。
本实用新型采用的技术手段如下：
一种便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的储氢容器包括：储氢合金罐、套筒、法兰和氢气阀门；储氢合金罐装于套筒内，由法兰通过橡胶垫圈和法兰螺栓螺母密封连接；法兰的中心位置装有氢气阀门；储氢合金罐的内部装有储氢合金粉末；储氢合金罐包括：罐体、封盖、导气管；罐体为底部封闭，顶部开放的筒状结构；导气管焊接在罐体的底部中央；封盖中心处设置有与导气管外径相同的圆孔；封盖与罐体通过封盖螺栓密封连接组成储氢合金罐；套筒内壁上设置有循环水路，用于对储氢容器进行热量交换(加热或冷却)；储氢合金罐的外壁及套筒的内壁上设置有定位结构，用于储氢合金罐在套筒内部的定位固定装配。
进一步地，循环水路包括：轴向水道、出水口、环向水道及进水口；4对轴向水道均布于套筒的内壁上，高度比储氢合金罐低10mm，最小内径与储氢合金罐相等；套筒内壁的上下两端分别设置一道环向水道，高10mm，内径比罐体大20mm；轴向水道与环向水道相通，且与设置在套筒下部和上部的进水口及出水口相连通组成循环水路；轴向水道和环向水道是由厚度为2mm的不锈钢材质制成；出水口和进水口是由厚度为3mm的不锈钢管制成。
进一步地，定位结构包括：设置在罐体外部的凸台和设置在套筒内部的滑道；四个外径比罐体大20mm的不锈钢凸台均布轴向焊接在罐体的外壁上；滑道是由均布于套筒内部的4对轴向水道组成，每对轴向水道之间形成一个滑道，滑道直径比凸台外径大2mm；宽度与凸台相吻合。
进一步地，套筒壁厚4mm；内径比储氢合金罐外径大40mm。
进一步地，套筒比导气管高3-6mm。
进一步地，导气管比封盖高10mm；外径为15mm。
进一步地，封盖上设置有勾环，勾环的材质为不锈钢，高度比封盖高10mm。
进一步地，导气管的顶端设置有封盖过滤网；氢气阀门上装有法兰过滤网；法兰过滤网、过滤网厚度为1-1.5mm；过滤精度为0-0.5μm。
进一步地，罐体、封盖、导气管材质为不锈钢烧结板，过滤精度为2-5μm，壁厚3mm，用于阻挡储氢合金粉末201，同时保证氢气与储氢合金粉末201有最大的接触面积。
进一步地，储氢合金粉末为稀土系AB5型、钛系AB型或钛系AB2型；填充高度不低于罐体的50％，不高于80％。
金属氢化物储氢容器在吸/放氢时，循环冷却/热水通过进水口进入容器底部的环向水道，通过轴向水道上升到容器顶部的环向水道，进而通过出水口排出容器。同时，轴向水道中间的凹槽为滑道。这种结构所具有的优点是：滑道和凸台尺寸吻合，滑道便于储氢合金罐与套筒的连接与固定；另外，凸起的轴向水道与罐体接触，提高整个容器的换热能力，从而有效提升金属氢化物储氢容器的吸/放氢性能。
金属氢化物储氢容器的吸/放氢量降低时，储氢合金粉末达到了使用寿命。将容器抽真空，打开法兰，用铁钩勾勾环将储氢合金罐取出，打开封盖进行替换储氢合金粉末。重新密封容器，从而再次使用。这种容器所具有的优点是：可根据容器的吸/放氢量更换储氢合金粉末，使金属氢化物储氢容器保持一定的吸/放氢量；同时，套筒不直接与储氢合金粉末接触，不受储氢合金粉末吸/放氢时产生应力的影响，提高套筒的使用寿命。
较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型提供的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，便于装卸，储氢合金罐和套筒便与分离，勾环方便抽拉储氢合金罐；
2、本实用新型提供的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其套筒不直接与储氢合金粉末接触，不受储氢合金吸/放氢产生的应力影响，增强了套筒的使用寿命
3、本实用新型提供的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其储氢合金罐便于装填和更换储氢合金粉末，导气管焊接在储氢合金罐底部，不与封盖焊接，可直接开闭封盖进行储氢合金粉末的装填和更换
4、本实用新型提供的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其储氢合金罐由不锈钢烧结板制成，在罐体外部环向区域、顶部区域和导气管都有氢气分布，增大储氢合金粉末和氢气的接触面积，提高了吸/放氢效率
5、本实用新型提供的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其轴向水道与储氢合金罐接触，增强储氢合金粉末的换热能力，提高了吸/放氢效率；同时轴向水道中间的凹槽为滑道，便于储氢合金罐与套筒的连接与固定，一举两得
综上，应用本实用新型的技术方案解决了现有技术中的储氢合金在吸氢过程中由于晶格膨胀对容器内壁产生应力，使容器发生变形影响容器使用寿命；储氢合金长期循环稳定性差，需频繁更换；储氢合金导热性差，需储氢装置对外界进行热传递等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的套筒和法兰密封的结构剖面图；
图2为本实用新型的套筒外形示意图；
图3为本实用新型的储氢合金罐结构剖面图；
图4为本实用新型的储氢合金罐外形示意图。
图中：100、套筒 101、轴向水道 102、出水口 103、法兰 104、法兰螺栓螺母 105、法兰过滤网 106、氢气阀门 107、橡胶垫圈 108、环向水道 109、进水口 110、滑道 200、储氢合金罐 201、储氢合金粉末 202、封盖 203、导气管 204、封盖过滤网 205、勾环 206、封盖螺栓 207、凸台 208、罐体。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
如图所示，本实用新型提供了一种便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的储氢容器包括：储氢合金罐200、套筒100、法兰103和氢气阀门106；储氢合金罐200装于套筒100内，由法兰103通过橡胶垫圈107和法兰螺栓螺母104密封连接；法兰103的中心位置装有氢气阀门106；储氢合金罐200的内部装有储氢合金粉末201；
储氢合金罐200高280mm，外径110mm，凸台207外径为128mm，包括：罐体208、封盖202、导气管203；罐体208为底部封闭，顶部开放的筒状结构；导气管203焊接在罐体208的底部中央；封盖202中心处设置有与导气管203外径相同的圆孔；封盖202与罐体208通过封盖螺栓206密封连接组成储氢合金罐200，保证储氢合金粉末不会渗落到储氢合金罐200和套筒100中间；
套筒100高300mm，外径150mm，材质为304不锈钢，壁厚4mm，内壁上设置有循环水路，用于对储氢容器进行热量交换(加热或冷却)；套筒100内径比储氢合金罐200外径大40mm。套筒100比导气管203高3-6mm。
储氢合金罐200的外壁及套筒100的内壁上设置有定位结构，用于储氢合金罐200在套筒100内部的定位固定装配。
循环水路包括：轴向水道101、出水口102、环向水道108及进水口109；4对轴向水道101均布于套筒100的内壁上，高度比储氢合金罐200低10mm，最小内径与储氢合金罐200相等；套筒100内壁的上下两端分别设置一道环向水道108，高10mm，内径比罐体208大20mm；轴向水道101与环向水道108相通，且与设置在套筒100下部和上部的进水口109及出水口102相连通组成循环水路；轴向水道101高270mm，最小内径110mm，环向水道108高10mm，轴向水道101和环向水道108是由厚度为2mm的不锈钢材质制成；出水口102和进水口109是由厚度为3mm的不锈钢管制成。
定位结构包括：设置在罐体208外部的凸台207和设置在套筒100内部的滑道110；四个外径比罐体208大20mm的不锈钢凸台207均布轴向焊接在罐体208的外壁上；滑道110是由均布于套筒100内部的4对轴向水道101组成，每对轴向水道101之间形成一个滑道110，滑道110内径为130mm；宽度与凸台27吻合。
封盖202上设置有勾环205，勾环205的材质为不锈钢，高度比封盖202高10mm。
导气管203比封盖202高10mm；外径为15mm。导气管203的顶端设置有封盖过滤网204；氢气阀门106上装有法兰过滤网105；法兰过滤网105、过滤网204厚度为1-1.5mm；过滤精度为0-0.5μm。
罐体208、封盖202、导气管203材质为不锈钢烧结板，过滤精度为2-5μm，壁厚3mm。
储氢合金粉末201为稀土系AB5型、钛系AB型或钛系AB2型；填充高度为罐体208的70％。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的储氢容器包括：储氢合金罐(200)、套筒(100)、法兰(103)和氢气阀门(106)；
所述的储氢合金罐(200)装于套筒(100)内，由法兰(103)通过橡胶垫圈(107)和法兰螺栓螺母(104)密封连接；法兰(103)的中心位置装有氢气阀门(106)；储氢合金罐(200)的内部装有储氢合金粉末(201)；
所述的储氢合金罐(200)包括：罐体(208)、封盖(202)、导气管(203)；罐体(208)为底部封闭，顶部开放的筒状结构；导气管(203)焊接在罐体(208)的底部中央；封盖(202)中心处设置有与导气管(203)外径相同的圆孔；封盖(202)与罐体(208)通过封盖螺栓(206)密封连接组成储氢合金罐(200)；
所述的套筒(100)内壁上设置有循环水路,用于对储氢容器进行热量交换；
所述的储氢合金罐(200)的外壁及套筒(100)的内壁上设置有定位结构，用于储氢合金罐(200)在套筒(100)内部的定位固定装配。
2.根据权利要求1所述的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的循环水路包括：轴向水道(101)、出水口(102)、环向水道(108)及进水口(109)；4对轴向水道(101)均布于套筒(100)的内壁上，高度比储氢合金罐(200)低10mm，最小内径与储氢合金罐(200)相等；套筒(100)内壁的上下两端分别设置一道环向水道(108)，高10mm，内径比罐体(208)大20mm；轴向水道(101)与环向水道(108)相通，且与设置在套筒(100)下部和上部的进水口(109)及出水口(102)相连通组成循环水路；轴向水道(101)和环向水道(108)是由厚度为2mm的不锈钢材质制成；出水口(102)和进水口(109)是由厚度为3mm的不锈钢管制成。
3.根据权利要求1所述的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的定位结构包括：设置在罐体(208)外部的凸台(207)和设置在套筒(100)内部的滑道(110)；四个外径比罐体(208)大20mm的不锈钢凸台(207)均布轴向焊接在罐体(208)的外壁上；滑道(110)是由均布于套筒(100)内部的4对轴向水道(101)组成，每对轴向水道(101)之间形成一个滑道(110)，滑道(110)直径比凸台(207)外径大2mm；宽度与凸台(207)相吻合。
4.根据权利要求3所述的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的套筒(100)壁厚4mm；内径比储氢合金罐(200)外径大40mm。
5.根据权利要求4所述的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的套筒(100)比导气管(203)高3-6mm。
6.根据权利要求5所述的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的导气管(203)比封盖(202)高10mm；外径为15mm。
7.根据权利要求6所述的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的封盖(202)上设置有勾环(205)，勾环(205)的材质为不锈钢，高度比封盖(202)高10mm。
8.根据权利要求1所述的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的导气管(203)的顶端设置有封盖过滤网(204)；氢气阀门(106)上装有法兰过滤网(105)；法兰过滤网(105)、过滤网(204)厚度为1-1.5mm；过滤精度为0-0.5μm。
9.根据权利要求1所述的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的罐体(208)、封盖(202)、导气管(203)材质为不锈钢烧结板，过滤精度为2-5μm，壁厚3mm。
10.根据权利要求1所述的便于拆装且有效换热的金属氢化物储氢容器，其特征在于，所述的储氢合金粉末(201)为稀土系AB5型、钛系AB型或钛系AB2型；填充高度不低于罐体(208)的50％，不高于80％。
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2019
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| CN115218123B (zh) * | 2022-05-31 | 2024-05-14 | 浙江大学 | 复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备 |
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