CN214948174U - 低压固态储氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了低压固态储氢装置，包括储氢罐，所述储氢罐的顶部设有出气口和安全阀，所述储氢罐的内腔中设有储氢合金，还包括温控部件；所述储氢罐的底端面上设有至少一个连通储氢罐内腔的充气快接口和多个向储氢罐内腔中延伸的管状结构；所述管状结构上端封闭，管状结构下端开口并连通储氢罐外部；所述温控部件包括至少一个充气快接头和多个加热棒；所述充气快接头与充气快接口对应密封连接；所述加热棒与管状结构一一对应，并且从管状结构的开口端插入管状结构内部。本实用新型换热面积更大，能够均匀快速的使储氢合金加热或冷却，避免局部高温引起的储氢合金老化、失效；当加热棒发生故障时，只需更换加热棒，无需更换整个储氢装置。

Description

低压固态储氢装置

技术领域

本实用新型涉及储氢装置技术领域，特别是涉及一种低压固态储氢装置。

背景技术

氢在通常条件下以气态形式存在，且易燃、易爆、易扩散，使得人们在实际应用中要优先考虑氢储存和运输中的安全、高效和无泄漏损失问题，这就给储存和运输带来很大的困难。实际应用中大致有五种贮氢方法：(1)常压贮存；(2)高压容器储存；(3)液氢贮存；(4)固态储氢；(5)吸附贮存。其中传统的贮存方式存在单位体积下储氢密度低、对使用容器性能要求高、存在爆炸危险等缺陷；而固态储氢具有储氢密度高，平衡压力低，使用安全等优点，可同时用于工业和民用，从而使氢能走进我们的日常生活。

固态储氢的原理实质上就是一种化学储氢方法，其机理是金属的特殊晶格结构，在一定条件下(如一定的温度和压力下)，氢原子较容易进入金属晶格的四面体或八面体间隙中，这些金属合金与氢气产生化合反应生成金属氢化物，其可储存相当于其体积1000～3000倍的氢气，这些具有储氢能力的合金称作“储氢合金”。储氢合金吸收和释放氢气是一个可逆的过程，在吸收氢气过程中，储氢合金会释放大量热量，若热量不迅速散出，则会影响吸氢过程，使储氢合金局部温度过高导致部分老化失效；在释放氢气过程中，储氢合金要吸收大量热量，若温度不均匀，则会影响放氢速度，同时还会使外部供给的热量被局部集中，导致温度过高使储氢合金被老化失效。

现有的固态储氢装置在储氢合金的吸氢和放氢过程中，储氢合金加热和冷却的热控制较差，导致了储氢合金的储放氢性能差和储氢材料的使用寿命短。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对储氢合金加热和冷却的热控制较差导致储氢合金的储放氢性能差和储氢材料的使用寿命短的问题，提供一种储氢合金加热和冷却的热控制效果好的低压固态储氢装置。

实现本实用新型目的的技术方案是：低压固态储氢装置，包括储氢罐，所述储氢罐的顶部设有出气口和安全阀，所述储氢罐的内腔中设有储氢合金；还包括温控部件；所述储氢罐的底端面上设有至少一个连通储氢罐内腔的充气快接口和多个向储氢罐内腔中延伸的管状结构；所述管状结构上端封闭，管状结构下端开口并连通储氢罐外部；所述温控部件包括至少一个充气快接头和多个加热棒；所述充气快接头与充气快接口对应密封连接；所述加热棒与管状结构一一对应，并且从管状结构的开口端插入管状结构内部。

优选地，储氢罐的出气口后设有流量传感器。

优选地，加热棒与管状结构滑动连接。

优选地，温控部件还包括顶端开口、底端封闭的控温壳体；所述充气快接头和多个加热棒均设置于控温壳体的内底面上，其中充气快接头贯穿控温壳体的内底面设置；所述加热棒通过控温壳体连通外部换热源。

优选地，所述控温壳体包括顶端开口、底端封闭的保温外壳、以及设置于保温外壳内周面上的水冷外壳；所述水冷外壳内设有沿轴向蜿蜒延伸的水冷流道，水冷流道的两端设有进水接头和出水接头。

优选地，所述控温壳体的内部还设有温度传感器。

优选地，储氢罐的内腔中的储氢合金采用球形储氢合金。

可选地，储氢合金选择稀土系储氢合金、钛系储氢合金、镁系储氢合金、锆系储氢合金、钒系储氢合金、多孔聚合物储氢材料中的一种或多种。

优选地，储氢罐的内腔中还设有高热导材料；所述高热导材料与储氢合金混合后填充于储氢罐的内腔中。

优选地，所述高热导材料选择三维中空结构的材料。

可选地，高热导材料选择铝球、金属丝、碳纳米管、三维中空石墨烯中的一种或多种。

优选地，多个管状结构均匀布置于储氢罐的底端面上。

采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

(1)本实用新型通过在储氢罐的底端面上设置多个向储氢罐内腔中延伸的管状结构，使得储氢罐的内腔被划分为多个换热空间，可使各加热棒所连接的各换热空间的热传导半径较小，换热空间内的储氢合金传热表面积相对更大，因此换热面积更大，进而均匀快速的使储氢合金加热或冷却，有利于储氢合金材料温度的均匀分布，避免局部高温引起的储氢合金老化、失效；同时，加热棒从管状结构的开口端插入管状结构内部，不但便于安装与拆卸，而且当加热棒发生故障时，只需更换加热棒，无需更换整个储氢装置，极大地降低了维护成本。

(2)本实用新型的充气快接口设置两个及两个以上时，能够加快充氢速度，提高工作效率。

(3)本实用新型的加热棒与管状结构滑动连接，能够起到定位作用，帮助充气口快速接口准确快速与充气快接头一一对应连接。

(4)本实用新型的控温壳体包括保温外壳以及设置于保温外壳内周面上的水冷外壳，保温外壳能够起到保温作用，避免储氢罐的储氢量受到环境的影响，增强温控效果；水冷外壳在充氢时连接外部水冷源，能够起到为储氢罐降温的作用。

(5)本实用新型的控温壳体的内部还设有温度传感器，便于及时了解储氢罐瓶身的实时温度，进而控制加热温度或者水冷流速。

(6)本实用新型的储氢合金采用球形储氢合金，球形结构使得充氢时氢气可以通过间隙与更多面积的储氢合金接触，并为储氢合金吸氢体积膨胀留出空间；同时球形结构还能减缓储氢合金分粉化，延长了储氢合金的使用寿命。

(7)由于球形储氢合金结构较为致密，因此本实用新型设置高热导材料与储氢合金混合均匀后填充于储氢罐的内腔中，能够实现均匀、快速的传热功效。

(8)本实用新型的高热导材料选择三维中空结构的材料，不仅可以增加热导率，还可以物理吸附氢气。

(9)本实用新型的储氢罐的内的多个管状结构均匀布置于储氢罐的底端面上，能够使储氢罐内的换热更加均匀，避免局部温度过高或者过低。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为本实用新型的纵向截面示意图。

图2为本实用新型的储氢罐的纵向截面示意图。

图3为本实用新型的温控部件的纵向截面示意图。

图4为本实用新型的储氢罐的管状结构在储氢罐内底面上的布置示意图。

附图中的标号为：

储氢罐1、出气口11、安全阀12、充气快接口13、管状结构14、流量传感器15；

温控部件2、充气快接头21、加热棒22、控温壳体23、保温外壳231、水冷外壳232、水冷流道233、进水接头234、出水接头235、温度传感器236。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

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定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

(实施例1)

见图1，本实施例中的低压固态储氢装置，包括储氢罐1和温控部件2。

见图2至图4储氢罐1的顶部设有出气口11和安全阀12，所述储氢罐1的内腔中设有储氢合金；所述储氢罐1的底端面上设有至少一个连通储氢罐1内腔的充气快接口13和多个向储氢罐1内腔中延伸的管状结构14。充气快接口设置两个及两个以上时，能够加快充氢速度，提高工作效率。管状结构14上端封闭，管状结构14下端开口并连通储氢罐1外部。温控部件2包括至少一个充气快接头21和多个加热棒22。充气快接头21与充气快接口13对应密封连接；所述加热棒22与管状结构14一一对应，并且从管状结构14的开口端插入管状结构14内部。充气快接头21用于连接外部氢源(外部氢源可以是制氢机、高压氢气瓶等)。储氢罐1的出气口11后设有流量传感器15，流量传感器15检测氢气的实时输出流量，进而便于控制加热棒22的加热温度。

储氢罐1的底端面上设置多个向储氢罐1内腔中延伸的管状结构14，使得储氢罐1的内腔被划分为多个换热空间，可使各加热棒22所连接的各换热空间的热传导半径较小，换热空间内的储氢合金传热表面积相对更大，因此换热面积更大，进而均匀快速的使储氢合金加热或冷却，有利于储氢合金材料温度的均匀分布，避免局部高温引起的储氢合金老化、失效；同时，加热棒22从管状结构的开口端插入管状结构14内部，不但便于安装与拆卸，而且当加热棒发生故障时，只需更换加热棒22，无需更换整个储氢装置，极大地降低了维护成本。

温控部件2还包括顶端开口、底端封闭的控温壳体23，控温壳体23用于放置储氢罐1。充气快接头21和多个加热棒22均设置于控温壳体23的内底面上，多个加热棒22与控温壳体23对储氢罐1起到固定作用，其中充气快接头21贯穿控温壳体23的内底面设置，与储氢罐1底部的充气快接口13对应，实现充气快接口13与充气快接头21的快速对接。

控温壳体23包括顶端开口、底端封闭的保温外壳231、以及设置于保温外壳231内周面上的水冷外壳232。水冷外壳232内设有沿轴向蜿蜒延伸的水冷流道，水冷流道的两端设有进水接头234和出水接头235。保温外壳231能够起到保温作用，避免储氢罐的储氢量受到环境的影响，增强温控效果。进水接头234和出水接头235在充氢时连接外部水冷源，能够起到为储氢罐降温的作用。控温壳体23的内部还设有温度传感器236，便于及时了解储氢罐瓶身的实时温度，进而控制加热温度或者水冷流速。本实施例中，温度传感器236设于保温外壳231的内底部，但也可以设于保温外壳231或者水冷外壳232的内周面上。

储氢合金可以选择稀土系储氢合金、钛系储氢合金、镁系储氢合金、锆系储氢合金、钒系储氢合金、多孔聚合物储氢材料中的一种或多种。储氢合金优选以球形结构装入储氢罐1内，使得氢气可以通过间隙与更多面积的储氢合金接触，并为储氢合金吸氢体积膨胀留出空间；同时球形结构还能有效减缓储氢合金的粉化，延长储氢罐1的使用寿命。

由于球形储氢合金结构较为致密，会影响传热效率，因此储氢罐1的内腔中优选采用球形储氢合金和高热导材料混合均匀后进行填充，实现均匀、快速的传热功效。高热导材料可以选择铝球、金属丝、碳纳米管、三维中空石墨烯中的一种或多种，但是优选三维中空结构的材料。三维中空结构的材料不仅可以增加热导率，还可以物理吸附氢气。

本实施例中的低压固态储氢装置的工作原理是：充氢时，充气快接头21连接外部氢源，进水接头234和出水接头235连接外部水冷源，当温度传感器236监测到储氢罐1瓶身温度较高时，水冷源加快水冷液体的流速，使换热效率提升，进而提升充氢效率。放氢时，出气口11连接用氢设备，安全阀12打开，流量传感器15监测实时流量，当流量传感器15监测到氢气输出量降低时，提高加热棒22的加热温度，使氢气能够稳定输出，保证氢气输出效率。

(实施例2)

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：加热棒22与管状结构14滑动连接，能够起到定位作用，帮助充气口快速接口准确快速与充气快接头一一对应连接。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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 (10)

1.低压固态储氢装置，包括储氢罐(1)，所述储氢罐(1)的顶部设有出气口(11)和安全阀(12)，所述储氢罐(1)的内腔中设有储氢合金；其特征在于：还包括温控部件(2)；所述储氢罐(1)的底端面上设有至少一个连通储氢罐(1)内腔的充气快接口(13)和多个向储氢罐(1)内腔中延伸的管状结构(14)；所述管状结构(14)上端封闭，管状结构(14)下端开口并连通储氢罐(1)外部；所述温控部件(2)包括至少一个充气快接头(21)和多个加热棒(22)；所述充气快接头(21)与充气快接口(13)对应密封连接；所述加热棒(22)与管状结构(14)一一对应，并且从管状结构(14)的开口端插入管状结构(14)内部。

2.根据权利要求1所述的低压固态储氢装置，其特征在于：所述加热棒(22)与管状结构(14)滑动连接。

3.根据权利要求1所述的低压固态储氢装置，其特征在于：所述温控部件(2)还包括顶端开口、底端封闭的控温壳体(23)；所述充气快接头(21)和多个加热棒(22)均设置于控温壳体(23)的内底面上，其中充气快接头(21)贯穿控温壳体(23)的内底面设置。

4.根据权利要求3所述的低压固态储氢装置，其特征在于：所述控温壳体(23)包括顶端开口、底端封闭的保温外壳(231)、以及设置于保温外壳(231)内周面上的水冷外壳(232)；所述水冷外壳(232)内设有沿轴向蜿蜒延伸的水冷流道(233)，水冷流道(233)的两端设有进水接头(234)和出水接头(235)。

5.根据权利要求3所述的低压固态储氢装置，其特征在于：所述控温壳体(23)的内部还设有温度传感器(236)。

6.根据权利要求1所述的低压固态储氢装置，其特征在于：所述储氢罐(1)的内腔中的储氢合金采用球形储氢合金。

7.根据权利要求1所述的低压固态储氢装置，其特征在于：所述储氢罐(1)的内腔中还设有高热导材料；所述高热导材料与储氢合金混合均匀后填充于储氢罐(1)的内腔中。

8.根据权利要求7所述的低压固态储氢装置，其特征在于：所述高热导材料选择三维中空结构的材料。

9.根据权利要求7所述的低压固态储氢装置，其特征在于：所述高热导材料选择铝球、金属丝、碳纳米管、三维中空石墨烯中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的低压固态储氢装置，其特征在于：所述多个管状结构(14)均匀布置于储氢罐(1)的底端面上。

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