CN212148408U - 一种固体储氢材料的储罐换热装置 - Google Patents

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张伟强
王领
刘博�
张成平
姚麟峰
李荣军
莫文杰
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Abstract

本实用新型公开了一种固体储氢材料的储罐换热装置，包括氢气材料合金瓶，所述氢气材料合金瓶的内部填充有氢气材料，所述氢气材料合金瓶的顶部通过螺纹连接有瓶阀，所述氢气材料合金瓶的顶部上方插接有进水管，所述气材料合金瓶的顶部下方插接有出水管，所述瓶阀的内部插接有氢气管，本实用新型的储氢材料合金瓶中储氢材料在充入氢气时反应产生的大量热量，并通过循环冷却水这一介质将聚集的热量带走并应用于外部设备。储氢合金材料储氢容量大，反应产生的热量高，故换热装置可以在满足换热要求的前提下尽量缩小体积，更有利于车载安装。

Description

一种固体储氢材料的储罐换热装置
技术领域
本实用新型涉及固体储氢材料的技术领域，尤其涉及一种固体储氢材料的储罐换热装置领域。
背景技术
氢不仅是宇宙中最丰富的元素，它还是核聚变的主要元素，为太阳提供能量，是地球上所有生命的基础。它也是自第一次工业革命以来推动商业、工业和生活水平提高的所有化石燃料中的一个关键元素。此外，与化石燃料相比，氢能在移动出行应用领域还有两个关键优势。一方面氢气具有清洁性，其通过氧化释放能量并只产生水作为副产品，另一方面氢气具有可持续性，只要太阳照常升起，它就能够无限可再生。
目前，全球能源需求的持续增长和化石燃料资源储备日益下降，并且环境安全问题逐渐凸显，使得建立一种清洁和可持续发展的能源系统成为了各国未来国家安全战略的迫切需要。氢能来源广泛、使用清洁而且可再生,是理想的传统化石燃料的替代能源。氢为原料氢燃料电池指的是氢通过与氧的化学反应而产生电能的装置。氢燃料电池车的驱动力来自于车上的电动机就像纯电动车一样，因此氢燃料电池车可以理解为一辆"自带氢燃料发电机的电动车"。以此解决目前所面临的能源问题。燃料电池提供了一种提高能源利用率、减少废弃排放的新型发电模式，其自身独特的优势决定了燃料电池在新一轮能源革命中的重要位置。由于氢燃料车具有加氢速度快(类似于燃油车)、能量密度高(即和电池相比，燃料电池系统在提供相同的能量时，其重量会更轻)等特点，燃料电池车对于商用车，尤其是重卡，是非常合适的清洁车辆解决方案。
与传统化工燃料汽油、柴油相比，氢能具有三大优势。一是较高的含能特性。除核燃料外，氢的燃烧热值居所有化工燃料榜首，燃烧1kg氢可放出12MJ(28.6Mcal)的热量，约为汽油的三倍。二是碳的零排放。与化石能源的利用相比，氢燃料电池在产生电能的过程中不会产生碳排放，可以实现良性循环。三是较高的能源转化效率。氢能可以通过燃料电池直接转变为电，过程中的废热可以进一步利用，其效率可达到83％。氢气燃烧不仅热值高，而且火焰传播速度快，点火能量低，所以氢能汽车比汽油汽车总的燃料利用效率可高20％。
目前，燃料电池汽车在启动时，燃料电池系统启动效率低。在严寒环境下，启动效率更低。当外界环境温度低于冰点，燃料电池系统关闭时，附着在氢气路系统上液态水凝结成冰，流道被堵，燃料电池发电系统启动期间不能正常工作，直至流道上的固态冰融化，才能正常启动，否则整个系统无法正常启动及运行，有待改进。
另外，冷却回路系统也会因外界环境温度太低无法正常启动，空气路系统也会因外界环境温度太低供应的空气温度太低，影响燃料电池的工作。燃料电池的最佳工作温度在60℃-70℃之间，在低温状态下燃料电池的可靠性不足，在低温启动时启动的等待时间过长，无法快速提高燃料电池温度，将会严重影响燃料电池的效率。
当下市场的燃料电池汽车未设置燃料电池启动环节的辅助加热装置，仅仅是依靠燃料电池本身做功产生的热量供应汽车启动过程的热量需求，导致燃料电池汽车启动效率较低。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种固体储氢材料的储罐换热装置。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：包括氢气材料合金瓶，所述氢气材料合金瓶的内部填充有氢气材料，所述氢气材料合金瓶的顶部通过螺纹连接有瓶阀，所述氢气材料合金瓶的顶部上方插接有进水管，所述气材料合金瓶的顶部下方插接有出水管，所述瓶阀的内部插接有氢气管。
在一优选的实施方式中：所述氢气材料合金瓶的内部固定安装有螺旋状水管，所述瓶阀的左侧上方通过螺纹连接有氢气进入管，所述瓶阀的右侧通过螺纹连接有氢气出口，所述瓶阀的内部插接有温度传感器，且温度传感器的数量为三个，所述氢气出口的下方固定安装有电磁阀。
在一优选的实施方式中：所述瓶阀的顶部左侧固定安装有TPRD泄放阀。本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型是在提供一种体积小且热量传递值高的换热装置，短时间内能够提供大量的热量，迅速加热循环水，为燃料电池启动过程等场景迅速供热固体储氢材料与氢气反应会生成氢化物，并释放大量的热量；管换热装置中短时间内获得的大量热量，可迅速加热从外部设备输入的循环冷却水，然后输出温度值较高的热水。
本实用新型的储氢材料合金瓶中储氢材料在充入氢气时反应产生的大量热量，并通过循环冷却水这一介质将聚集的热量带走并应用于外部设备。储氢合金材料储氢容量大，反应产生的热量高，故换热装置可以在满足换热要求的前提下尽量缩小体积，更有利于车载安装。本换热装置由于金属氢化物材料放氢时要吸收热量，所以在换热装置遇外力而损坏时其内部储存的氢气只能缓慢释放甚至因表面结冰而停止放氢。
附图说明
图1为本实用新型提出的一种固体储氢材料的储罐换热装置的剖视图；
图2为本实用新型提出的一种固体储氢材料的储罐换热装置的侧视图；
图3为本实用新型提出的一种固体储氢材料的储罐换热装置的左视图。
图例说明：
1-氢气材料合金瓶，2-氢气材料，3-瓶阀，4-进水管，5-出水管，6-氢气管，7-螺旋状水管，8-氢气进入管，9-氢气出口，10-温度传感器，11-电磁阀，12-TPRD泄放阀。
具体实施方式
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。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。
请参阅图1-3，本实用新型提供以下技术方案：包括氢气材料合金瓶1，氢气材料合金瓶1的内部填充有氢气材料2，氢气材料合金瓶1的顶部通过螺纹连接有瓶阀3，氢气材料合金瓶1的顶部上方插接有进水管4，气材料合金瓶1的顶部下方插接有出水管5，瓶阀3的内部插接有氢气管6，氢气材料合金瓶1的内部固定安装有螺旋状水管7，瓶阀3的左侧上方通过螺纹连接有氢气进入管8，瓶阀3的右侧通过螺纹连接有氢气出口9，瓶阀3的内部插接有温度传感器10，且温度传感器10的数量为三个，氢气出口9的下方固定安装有电磁阀11，瓶阀3的顶部左侧固定安装有TPRD泄放阀12。
本实用新型工作原理及流程：
本实用新型的原理为：储氢材料与氢接触，氢在材料表面分解为氢原子并被吸附，然后氢原子经扩散进入材料内部与材料发生化学反应生成氢化物，氢即以原子态储存于材料表面晶体点阵内，同时放出大量的热量。本实用新型工作流程是，一种储氢材料合金瓶1的换热装置，由进出水水管、带槽和滤网的氢气管、瓶阀3、储氢材料合金瓶1、储氢材料2、氢气进出口等组成。的进出水水管、带槽氢气管、瓶阀3、储氢材料合金瓶1组成的换热装置本体；储氢材料合金瓶为薄壳特征，内部穿插有水管和氢气管，其余大部分空间用于填充储氢材料；外部配置有瓶阀。储氢材料填充于储氢合金瓶瓶内，包围着瓶内的水管和氢气管(带槽和滤网)，该类型储氢材料包含金属(合金)储氢材料和络合氢化物储氢材料，其中，金属(合金)储氢材料的典型代表为AB2x型。储氢材料吸氢时放热，放氢时吸热。当温度一定时，瓶内从0MPa开始充氢，第一阶段时，储氢材料吸氢量较小，压力逐渐增大；压力值到达一定值后，压力维持一段时间不变，储氢吸氢量平稳增加；吸氢量到达一定值后，储氢材料吸氢达到饱和，瓶内压力继续升高。瓶阀带有电磁阀11、TPRD泄放阀12、温度传感器10。电磁阀在系统上电时可以控制瓶口通断，进而控制氢气的进出。TPRD泄放阀当超温超压可以起到安全保护作用。进出水水管为螺旋状，穿插在储氢材料合金瓶中；氢气管接在瓶阀3阀体上，管体带有凹槽和滤网，防止储氢材料堵塞管子内部。一，系统上电，电磁阀11外部氢气瓶组经过等中间设备后，通过瓶阀3往向储氢材料合金瓶1中充入氢气，在一定的反应条件下与储氢材料反应生成氢化物，同时反应放出大量的热量。二，外部设备向进水管中通入循环冷却水，冷却水借由螺旋水管多次流过发热的储氢材料，反复进行加热。三，循环水获取大量的热量后，热水通过出水管端流出，供应给外部取暖设备。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种固体储氢材料的储罐换热装置，包括氢气材料合金瓶(1)，其特征在于：所述氢气材料合金瓶(1)的内部填充有氢气材料(2)，所述氢气材料合金瓶(1)的顶部通过螺纹连接有瓶阀(3)，所述氢气材料合金瓶(1)的顶部上方插接有进水管(4)，所述气材料合金瓶(1)的顶部下方插接有出水管(5)，所述瓶阀(3)的内部插接有氢气管(6)。
2.根据权利要求1所述的一种固体储氢材料的储罐换热装置，其特征在于：所述氢气材料合金瓶(1)的内部固定安装有螺旋状水管(7)，所述瓶阀(3)的左侧上方通过螺纹连接有氢气进入管(8)，所述瓶阀(3)的右侧通过螺纹连接有氢气出口(9)，所述瓶阀(3)的内部插接有温度传感器(10)，且温度传感器(10)的数量为三个，所述氢气出口(9)的下方固定安装有电磁阀(11)。
3.根据权利要求1所述的一种固体储氢材料的储罐换热装置，其特征在于：所述瓶阀(3)的顶部左侧固定安装有TPRD泄放阀(12)。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112803040A (zh) * 2021-04-06 2021-05-14 河南氢枫能源技术有限公司 一种用于氢燃料电池车的储氢瓶组
CN113497248A (zh) * 2021-06-30 2021-10-12 上海杰宁新能源科技发展有限公司 一种应用于氢燃料电池的热交换装置

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