CN218819634U - 一种固态储氢罐 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种固态储氢罐，包括壳体、保温层、氢气入口、氢气出口、固态储氢单元、支撑板、高压密封电源插座、高压密封温度传感器插座。支撑板设有弹性材料制作的支架(支撑块或支撑环)，能够在不同温度条件下为固态储氢单元提供足够的夹紧力并固定在壳体上，保持设备结构稳定。氢气入口和氢气出口的设置能使氢气在储氢时连续流动，及时移出反应热，通过调节氢气流量，并配合外部氢气冷却循环设备使用，可以保持反应放热和移出热量的平衡，维持运行温度的精准、稳定。固态储氢单元设置有贯穿的氢气流通通道，可以有效提高氢气扩散速率，从而提高固态储氢罐储放氢速度，提高运行效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及储氢技术领域，尤其是涉及一种固态储氢罐。
背景技术
氢能作为清洁高效的二次能源得到了人们的高度重视和广泛研究，氢能储运是氢能产业链中的限制性环节，提高氢能储运效率，降低氢能储运成本，是氢能储运技术的发展重点。目前，已实用化的储氢方式主要有三种：高压气态储氢、低温液氢储罐以及基于储氢材料的固态储氢。固态储氢技术是利用氢气与储氢材料的反应来实现氢气的储存，与其他储氢方式相比，固态储氢技术具有储氢密度高、压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，是储氢技术发展的一个重要方向。
目前固态储氢还存在以下技术难题：
(1)固态储氢材料储氢和放氢都需要在一定温度范围内进行，储氢时的运行温度低，放氢时运行温度高，由于储氢材料在储氢时反应放热量巨大，而且导热系数还普遍偏低，因此当系统储氢时，系统不能及时移出热量，储氢材料的温度将很快达到放氢温度，造成固态储氢材料储氢量降低。若要控制温度在合适的范围内，则需要降低储氢的速度，降低了储氢的效率。
(2)固态储氢材料目前大都以固体粉末的形式填充在储氢罐中，而固态储氢材料的导热系数普遍偏低，造成储氢罐在储氢和放氢时储氢材料各点的温度不均匀，要把储氢材料各点的温度都控制在合适的范围内比较困难，造成储氢罐运行效率低，操作难度大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，针对传统固态储氢结构不能及时移出热量，温度控制困难的问题，提出一种固态储氢罐，该固态储氢罐结构稳定，且能精准的控制固态储氢单元的运行温度。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种固态储氢罐，包括氢气入口、第一封头、第一测压管、第一支撑板、第二支撑板、第二测压管、第二封头、氢气出口、固态储氢单元、电源插座、温度传感器插座、壳体和保温层。
所述壳体内设置有固态储氢单元，所述壳体两端分别设置有第一封头和第二封头，所述氢气入口和氢气出口沿水平中心线对称设置在第一封头和第二封头上，这样的结构可以实现在储氢时氢气的连续流动，并能通过外接氢气冷却循环装置，调节氢气入口的氢气温度，从而实现连续取走储氢时放出的反应热，使储氢材料运行温度保持在适宜范围内；
所述第一支撑板和第二支撑板分别设置于壳体内部空间，并距离邻近氢气入口或氢气出口一定距离；所述固态储氢单元由第一支撑板和第二支撑板夹紧固定；所述第一支撑板和第二支撑板均为透气结构；所述第一支撑板和第二支撑板通过螺栓固定在壳体内壁上；所述电源插座和温度传感器插座分别通过法兰密封固定在壳体外壁上；所述保温层包覆在壳体、第一封头和第二封头外壁上；所述第一测压管穿设于第一封头上；所述第二测压管穿设于第二封头上。这样的结构可以使固态储氢单元固定在壳体上，同时保证氢气流动顺畅。
所述固态储氢单元由固态储氢材料和电加热膜通过粘合剂间隔逐层压接而成；所述固态储氢材料为蜂窝状结构，蜂窝状结构由固态储氢材料粉末烧结而成；所述固态储氢材料中设有多条水平贯穿的氢气流通通道；所述固态储氢材料中设置有多个温度传感器，所有温度传感器均与温度传感器插座电连；所有电加热膜均与电源插座电连，所述温度传感器插座和电源插座分别与控制系统通讯连接。
进一步地，所述第一支撑板包括外环、纵梁、横梁、支架、支撑板支座、支撑板螺栓孔；所述纵梁和横梁交叉设置，并与外环固定连接；所述支架均匀固定在纵梁靠近固态储氢单元的一侧；所述支撑板支座设置在外环边缘背离固态储氢单元的一侧；所述支撑板支座中心处设有支撑板螺栓孔。该结构在保证将储氢单元牢固固定的前提下，使支撑板具有更大的氢气流通面积，支架是设置比无支架的支撑板更有利于氢气扩散进入固态储氢单元。
进一步地，所述支架由弹性材料作而成。弹性材料能够吸收固态储氢材料升温引起的膨胀，又能保证固态储氢材料降温时支撑板也能够提供足够的夹紧力。
进一步地，所述支架材质优选为聚酰亚胺。
进一步地，所述支架为支撑块或支撑环。
进一步地，所述电源插座为高压密封多针脚插座。
进一步地，所述温度传感器插座为高压密封多针脚插座。
进一步地，所述固态储氢材料为LiMgNH、MgH2、LaNi5、LaNi4.6Al0.4、LaNi4.5Al0.5、LaNi4.5Mn0.5、CaNi5、Ti1.2Mn1.8、TiCr1.8、ZrMn2、ZrV、TiFe、Mg2Ni中的一种或多种。
进一步地，所述固态储氢材料优选LiMgNH和/或MgH2。
进一步地，所述电加热膜为面状碳纳米管加热膜、碳纤维加热膜或石墨烯加热膜。面状电加热膜温度均匀性好，电热转换效率高，更有利于固体储氢材料的运行温度均匀稳定。
进一步地，所述电加热膜优选为碳纳米管加热膜。
进一步地，所述电加热膜厚度为0.05～5mm，优选为0.2-2mm。
进一步地，所述固态储氢材料压制后厚度为0.5～5cm，优选为1-3cm。
本实用新型固态储氢罐结构简单、合理、紧凑，与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1)本实用新型采用的支撑板结构，既保证了在不同温度条件下都能为固态储氢单元提供足够的夹紧力并固定在壳体中，同时又不妨碍氢气流动，有利于氢气的扩散。
2)氢气入口和氢气出口分置在固态储氢罐的两侧，能够在储氢时保持氢气在固态储氢罐中连续流动，并可以灵活调节氢气流量，达到反应热和移出热量的平衡，配合外置氢气冷却循环装置，可按需要调节氢气入口温度，更精准的控制固态储氢单元的运行温度，提高了储氢速度，降低能量损耗，提高固态储氢罐综合工作效率。
3)本实用新型采用面状加热膜为固态储氢材料供热，加热膜电热转换效率高，面状结构加大了传热面积，加热面的温度均匀性好，提供同样热量的条件下，加热面的温度比线状加热方式所需的温度更低，有利于延长设备适用寿命，传热效果更好。
附图说明
图1为本实用新型固态储氢罐纵向剖视图。
图2为本实用新型固态储氢罐主视图。
图3为本实用新型固态储氢罐第一支撑板主视图。
图4为本实用新型固态储氢罐第一支撑板侧视剖面图。
图5为本实用新型固态储氢罐支撑环剖面图。
1、氢气入口；2、第一封头；3、第一测压管；4、第一法兰；5、壳体螺栓孔；6、第一支撑板；7、第二支撑板；8、第二法兰；9、第二测压管；10、第二封头；11、氢气出口；12、固态储氢单元；13、电源插座；14、温度传感器插座；15、壳体；16、保温层；17、固态储氢材料；18、电加热膜；61、外环；62、纵梁；63、横梁；64、支架；65、支撑板支座；66、支撑板螺栓孔；67、支撑环；68、支撑环螺栓孔。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本专利的描述中，当元件被称为“固定于/安装在(或类似用词)”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居间的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居间的元件。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“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，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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专利的限制下面将在本申请的描述中，需要理解的是，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下面结合附图对本实用新型一种固态储氢罐的实施方式作详细说明。
如图1、2所示，一种固态储氢罐，包括氢气入口1、第一封头2、第一测压管3、第一支撑板6、第二支撑板7、第二测压管9、第二封头10、氢气出口11、固态储氢单元12、电源插座13、温度传感器插座14、壳体15和保温层16；
所述壳体15内设置有固态储氢单元12，所述第一封头1通过第一法兰4固定连接于壳体15一端，所述第一封头1的内部空间作为氢气分配室，所述第二封头10通过第二法兰8固定连接于壳体15另一端，所述第二封头10的内部空间作为氢气集气室，所述壳体15内壁上设有带有内螺纹的壳体螺栓孔5，所述第一支撑板6和第二支撑板7将固态储氢单元12夹紧，并分别通过螺栓与壳体螺栓孔5螺纹配合固定于壳体15内壁上，所述第一支撑板6和第二支撑板7结构相同，所述氢气入口1和氢气出口11沿水平中心线对称设置在第一封头2和第二封头10上，所述保温层16包覆在壳体15、第一封头2和第二封头10外壁上，所述第一测压管3穿设于第一封头2上，所述第二测压管9穿设于第二封头10上。
所述固态储氢单元12由固态储氢材料17和电加热膜18通过粘合剂间隔逐层压接而成，所述固态储氢材料为蜂窝状结构，蜂窝状结构由固态储氢材料粉末烧结而成，所述固态储氢单元12长度为2m，所述固态储氢材料为LiMgNH，厚度为2cm，固态储氢材料17中设有多条水平贯穿的氢气流通通道，这些氢气流通通道能够使氢气更好地分布在固态储氢材料之中，通过提高氢气流速也可以大幅降低扩散阻力，提高反应速度；固态储氢材料17中设置有多个温度传感器，所有温度传感器均与温度传感器插座14通讯连接，所有温度传感器插座14为高压密封多针脚插座，其针脚数量与温度传感器信号线数量相对应，每条信号线连接一个针脚，所有电加热膜18均与所述电源插座13电连，电源插座13为高压密封多针脚插座，其针脚数量与电加热膜电源线数量向对应，每条电源线连接一个针脚，采用高压密封多针脚的电源插座13和温度传感器插座14可以快速与外部接口连接，方便集中控制，操作简便；本实施例中所述电加热膜18为碳纳米管加热膜，厚度为1mm，所述电源插座13和温度传感器插座14分别通过法兰密封固定在壳体15外壁上。所述温度传感器插座14和电源插座分别与控制系统通讯连接，控制系统能通过温度传感反馈的信号，控制电加热膜18电源的开启或关闭。
图3、4分别为固态储氢罐第一支撑板6的主视图和侧视剖面图，所述第一支撑板6包括外环61、纵梁62、横梁63、支架64、支撑板支座65和支撑板螺栓孔66，所述纵梁62和横梁63交叉设置，形成网状；所述纵梁62和横梁63端部固定在外环上，本实施例中采用的固定连接方式为焊接，所述支架64通过螺栓均匀固定在纵梁62靠近固态储氢单元12的一侧，材质为聚酰亚胺，形状为长方体，所述支架64用于支撑固态储氢单元12。所述支撑板支座65设置在外环61边缘背离固态储氢单元12的一侧，本实施例中支撑板支座65为4个，焊接在外环61上，所述支撑板支座65中心处设有支撑板螺栓孔。所述外环61、纵梁62和横梁63的固定连接方式也可以由一块整板冲压或切割成型。
所述第二支撑板7的结构和材质与第一支撑板6相同。采用这种结构和材质的第一支撑板6和第二支撑板7，能够在升温时吸收固态储氢材料17的膨胀，也能够在降温时为固态储氢材料17提供足够的夹紧力，使固态储氢材料17在各种工况下均能被牢固固定在壳体上，避免温度变化造成设备损伤，延长设备适用寿命。
所述支架64还可以改用如图5所示的支撑环67，支撑环的截面为腰型孔，所述支撑环67一侧直边的中心设有支撑环螺栓孔68，可以通过螺栓将支撑环67固定在纵梁62上，同样可以起到弹性支撑的效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种固态储氢罐，其特征在于：包括氢气入口(1)、第一封头(2)、第一测压管(3)、第一支撑板(6)、第二支撑板(7)、第二测压管(9)、第二封头(10)、氢气出口(11)、固态储氢单元(12)、电源插座(13)、温度传感器插座(14)、壳体(15)和保温层(16)；
所述壳体(15)内设置有固态储氢单元(12)，所述壳体(15)两端分别设置有第一封头(2)和第二封头(10)，所述氢气入口(1)和氢气出口(11)沿水平中心线对称设置在第一封头(2)和第二封头(10)上；所述第一支撑板(6)和第二支撑板(7)分别设置于壳体(15)内部空间，并距离邻近氢气入口(1)或氢气出口(11)一定距离；所述第一支撑板(6)和第二支撑板(7)均为透气结构；所述固态储氢单元(12)由第一支撑板(6)和第二支撑板(7)夹紧固定；所述第一支撑板(6)和第二支撑板(7)通过螺栓固定在壳体(15)内壁上；所述电源插座(13)和温度传感器插座(14)分别通过法兰密封固定在壳体(15)外壁上；所述保温层(16)包覆在壳体(15)、第一封头(2)和第二封头(10)外壁上；所述第一测压管(3)穿设于第一封头(2)上；所述第二测压管(9)穿设于第二封头(10)上；
所述固态储氢单元(12)由固态储氢材料(17)和电加热膜(18)通过粘合剂间隔逐层压接而成；所述固态储氢材料(17)中设有多条水平贯穿的氢气流通通道；所述固态储氢材料(17)中设置有多个温度传感器，所有温度传感器均与温度传感器插座(14)电连；所有电加热膜(18)均与电源插座(13)电连，所述温度传感器插座(14)和电源插座(13)分别与控制系统通讯连接。
2.根据权利要求1所述固态储氢罐，其特征在于：所述第一支撑板(6)包括外环(61)、纵梁(62)、横梁(63)、支架(64)、支撑板支座(65)和支撑板螺栓孔(66)；所述纵梁(62)和横梁(63)交叉设置，并与外环(61)固定连接；所述支架(64)均匀固定在纵梁(62)靠近固态储氢单元(12)的一侧；所述支撑板支座(65)设置在外环(61)边缘背离固态储氢单元(12)的一侧；所述支撑板支座(65)中心处设有支撑板螺栓孔。
3.根据权利要求2所述固态储氢罐，其特征在于：所述支架(64)为支撑块或支撑环。
4.根据权利要求3所述固态储氢罐，其特征在于：所述支架(64)材质为聚酰亚胺。
5.根据权利要求1-4任一项所述固态储氢罐，其特征在于：所述电源插座(13)为高压密封多针脚插座。
6.根据权利要求1-4任一项所述固态储氢罐，其特征在于：所述温度传感器插座(14)为高压密封多针脚插座。
7.根据权利要求1-4任一项所述固态储氢罐，其特征在于：所述电加热膜(18)为面状碳纳米管加热膜、碳纤维加热膜或石墨烯加热膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Room 501, Administrative Committee Office Building, Pulandian Economic Development Zone, Dalian, Liaoning 116200 Patentee after: Dalian Fude Jinyu New Energy Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 501, Administrative Committee Office Building, Pulandian Economic Development Zone, Dalian, Liaoning 116200 Patentee before: Dalian Jinyu New Energy Co.,Ltd. Country or region before: China |