CN219912664U - 一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，该立式强化换热金属氢化物储氢瓶在外腔内增加了强化换热工质，较高的充液率更容易满足储氢瓶内储氢材料在吸放氢时所需的热交换，避免可能发生的因换热不及时或内层空间温度分布不均匀可能导致的反应不充分或反应速率降低甚至停止反应的问题，也加快了储氢瓶在系统中的响应速率，对外腔进行了加压处理，在内腔空间压力和储存地气压之间增加了缓冲空间，降低了储氢罐与外界的压差，增强了安全性，储氢瓶的瓶体直径由上至下逐渐增大，该设计使得瓶体下部储氢材料和强化换热工质多，降低了重心，更利于立式摆放的同时，瓶体下部换热面积更大，优化了储氢瓶不同位置处的换热性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及储氢技术领域，具体为一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶。
背景技术
随着世界各地能源消费总量急剧增加，传统能源如石油、天然气、煤炭等化石燃料面临匮乏的问题日趋严重，且化石燃料过度使用对环境造成的严重负面影响也日益得到重视。新能源的开发成为了目前解决能源问题的不二之选，氢能源的显著优点是可再生、能量密度高和低碳或零碳，其可以有效解决目前面临的能源短缺、温室效应和大气污染等问题，其开发、储运和利用得到了世界的广泛关注。
与高压储氢和液态储氢相比，固态储氢的容器更易密封且储氢密度高，是更有前景的储氢方式。固态储氢瓶中进行的吸放氢过程是化学过程，在过程中伴随着巨大的热量释放和吸收，反应过程中产生的或需要的热量如果不能及时且均匀地得到释放或供给，吸放氢的速率将会受到影响甚至停止，因此增强储氢材料与外界的换热性能十分重要。此外，储氢瓶内的高温高压及氢气的高流速会增加“氢脆”这一现象发生的可能性。
因此，如何选用特殊材料来制造导气管，并通过优化储氢瓶的设计来同时实现延长储氢瓶的使用寿命和获得更优秀的换热性能，提高储氢瓶的安全性成为目前亟需解决的问题。
有鉴于此，现设计一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，以解决上述背景技术中提出的现有的固态储氢容器存在的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案，一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，包括瓶体、瓶颈、导气管、若干组铝网和石英棉层；
所述瓶体内侧固定连接有铝制隔板，瓶体内侧通过铝制隔板分隔成内腔和外腔；
所述内腔内存放有储氢材料，所述外腔内存放有强化换热工质；
所述瓶颈的下端通过螺纹结构与瓶体顶部内壁相连接，瓶颈的顶部开口处安装有瓶口阀；
所述导气管设置在内腔中，导气管的上端与所述瓶口阀相连接；
若干组所述铝网轴向分层水平布置，铝网内侧与导气管接触处切线垂直布置，铝网外侧与铝制隔板紧密贴合；
所述石英棉层填充于瓶颈内侧与最上层铝网之间。
优选的，所述瓶体直径自上而下逐渐增大，所述铝制隔板与瓶体中轴线夹角为5-15°，瓶体外壁与瓶体中轴线的夹角为10-25°。
优选的，所述导气管的底部与瓶体内底面相分离，导气管的外径长度为瓶体最大外径长度的1/15-1/10。
优选的，所述导气管的材质包括但不限于纤维复合材料、无铬锌铝涂层的金属管件、采用淬火和回火工艺的低强度无缝钢管或蒙乃尔合金等。
优选的，所述铝网为波浪形结构，铝网厚度为0.05mm-2mm，铝网网孔直径为5um-10um。
优选的，所述储氢材料包括但不限于金属氢化物。
优选的，所述强化换热工质包括但不限于水、丙酮、酒精等，外腔(12)内部压力为0.1MPa-1.5Mpa，外腔(12)内部充液率为90％-95％。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、该立式强化换热金属氢化物储氢瓶在外腔内增加了强化换热工质，较高的充液率更容易满足储氢瓶内储氢材料在吸放氢时所需的热交换，避免可能发生的因换热不及时或内层空间温度分布不均匀可能导致的反应不充分或反应速率降低甚至停止反应的问题，也加快了储氢瓶在系统中的响应速率；
2、该立式强化换热金属氢化物储氢瓶对外腔进行了加压处理，在内腔空间压力和储存地气压之间增加了缓冲空间，降低了储氢罐与外界的压差，增强了安全性；
3、该立式强化换热金属氢化物储氢瓶的瓶体直径由上至下逐渐增大，该设计使得瓶体下部储氢材料和强化换热工质多，降低了重心，更利于立式摆放的同时，瓶体下部换热面积更大，优化了储氢瓶不同位置处的换热性能，更利于储氢瓶与外界换热，提高了安全性；
4、该立式强化换热金属氢化物储氢瓶选用不易发生“氢脆”现象的特殊材料，在保证安全性的同时延长了储氢瓶的使用寿命，加入导气管使吸放氢时反应近乎逐层进行，反应更充分，同时由于压差的存在，导气管内和瓶体内层空间的氢气流速有所增大，增强了换热并使内层空间温度分布更加均匀，加快了反应速率；
5、该立式强化换热金属氢化物储氢瓶通过储氢瓶内放置多层铝网，铝网在加强内层空间金属氢化物与外层空间热交换的同时，也令瓶体内部氢气流动加速，加快了反应速率。
附图说明
图1为本实用新型一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶的正视图；
图2为本实用新型一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶正面结构剖视图；
图3为本实用新型一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶的瓶体内部结构示意图。
图中：
1、瓶体；11、内腔；12、外腔；
13、储氢材料；14、强化换热工质；
2、铝制隔板；
3、瓶颈；31、瓶口阀；
4、导气管；
5、铝网；
6、石英棉层。
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。
在实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。
请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，包括瓶体1、瓶颈3、导气管4、若干组铝网5和石英棉层6。
瓶体1内侧固定连接有铝制隔板2，瓶体1内侧通过铝制隔板2分隔成内腔11和外腔12。
瓶体1直径自上而下逐渐增大，铝制隔板2与瓶体1中轴线夹角为5-15°，瓶体1外壁与瓶体1中轴线的夹角为10-25°。具体的，瓶体1直径由上至下逐渐增大，该设计使得瓶体1下部储氢材料13和强化换热工质14提高占比，降低了重心，更利于立式摆放，同时瓶体1下部换热面积更大，优化了储氢瓶不同位置处的换热性能，更利于储氢瓶与外界换热，提高了安全性。
内腔11内存放有储氢材料13，外腔12内存放有强化换热工质14。
储氢材料13包括但不限于金属氢化物。具体的，金属氧化物是一种可逆的化学储氢方式，能够在较低的温度和压力下实现氢的吸附和释放，具有较高的理论储氢容量、较低的吸放氢平衡压力、无毒无污染等优点，并且金属氧化物能够与金属氢化物形成复合材料，增强储氢材料13的吸放氢性能和循环寿命，降低储氢材料13的反应热和温度，提高储氢系统的效率和稳定性，并且金属氧化物能够作为纳米添加剂或催化剂，改善储氢材料13的结构和形貌，增加储氢材料13的比表面积和孔隙率，促进储氢材料13的固态扩散或表面吸附，提高储氢材料13的动力学性能。
强化换热工质14包括但不限于水、丙酮、酒精等，外腔12内部压力为0.1MPa-1.5Mpa，外腔12内部充液率为90％-95％。具体的，在外腔12内增加了强化换热工质14，较高的充液率更容易满足储氢瓶内储氢材料13在吸放氢时所需的热交换，避免可能发生的因换热不及时或内层空间温度分布不均匀可能导致的反应不充分或反应速率降低甚至停止反应的问题，也加快了储氢瓶在系统中的响应速率通过，对外腔12进行了加压处理，在内腔11空间压力和储存地气压之间增加了缓冲空间，降低了储氢罐与外界的压差，增强了安全性，并且水、丙酮、酒精都是一种低沸点的液体，它们的沸点分别为100°C、56.1℃和78.4℃，低于储氢材料13的放氢温度，这意味着它们能够在较低的压力下沸腾或汽化，带走储氢材料13放出的大量热量，从而降低储氢材料13的温度，提高放氢速率和效率，并且水、丙酮、酒精都是一种极性的液体，它们与储氢材料13之间存在较强的分子间作用力，能够增加和强化换热工质14之间的接触面积和传热系数，促进储氢材料13的吸放氢反应，提高吸氢速率和效率，水、丙酮、酒精都是一种无毒无污染的液体，它们与储氢材料13之间不存在化学反应，能够保持储氢材料13的纯度和稳定性，延长储氢系统的使用寿命。
瓶颈3的下端通过螺纹结构与瓶体1顶部内壁相连接，瓶颈3的顶部开口处安装有瓶口阀31。
具体的，瓶体1与瓶颈3均为铝制。
导气管4设置在内腔11中，导气管4的上端与瓶口阀31相连接。
若干组铝网5轴向分层水平布置，铝网5内侧与导气管4接触处切线垂直布置，铝网5外侧与铝制隔板2紧密贴合。
石英棉层6填充于瓶颈3内侧与最上层铝网5之间。具体的，该石英棉层6填充于瓶颈3内侧与最上层铝网5之间，起到了隔热和保温的作用，防止了储氢瓶的热损失和温度波动，提高了储氢系统的稳定性和效率，石英棉层6由高纯度的SiO2和高质量的石英晶体制成，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、电绝缘、隔音等优点，能够在各种恶劣的环境中保持其性能和形态，延长了储氢瓶的使用寿命，该石英棉层6呈白色绒毛状，具有较高的比表面积和较低的密度，能够有效地吸收储氢材料13放出的氢气，防止了氢气的泄漏和扩散，保证了储氢瓶的密封性和安全性。
导气管4的底部与瓶体1内底面相分离，导气管4的外径长度为瓶体1最大外径长度的1/15-1/10。具体的，导气管4与底部瓶体1的内底部贴近但不贴合，加入导气管4使吸放氢时反应近乎逐层进行，反应更充分，同时由于压差的存在，导气管4内和内腔11中的氢气流速有所增大，增强了换热并使内腔11中的空间温度分布更加均匀，加快了反应速率，并且根据实际使用的需求，导气管4表面也可设置若干孔洞提高排气效率。
导气管4的材质包括但不限于纤维复合材料、无铬锌铝涂层的金属管件、采用淬火和回火工艺的低强度无缝钢管或蒙乃尔合金等。具体的，管体材料选用不易发生“氢脆”现象的特殊材料，在保证安全性的同时延长了储氢瓶的使用寿命。
铝网5为波浪形结构，铝网5厚度为0.05mm-2mm，铝网5网孔直径为5um-10um。具体的，通过多层铝网5的设置，铝网5在加强内腔11中的金属氢化物与外腔12热交换的同时，也令瓶体1内部氢气流动加速，加快了反应速率，铝网5采用波浪结构，能够增加铝网5和铝制隔板2之间的接触面积和传热系数，能够增加铝网5的比表面积和孔隙率，使得储氢材料13能够更充分地填充到铝网5中，提高储氢容量和效率。
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 (7)
1.一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，其特征在于：包括瓶体(1)、瓶颈(3)、导气管(4)、若干组铝网(5)和石英棉层(6)；
所述瓶体(1)内侧固定连接有铝制隔板(2)，瓶体(1)内侧通过铝制隔板(2)分隔成内腔(11)和外腔(12)；
所述内腔(11)内存放有储氢材料(13)，所述外腔(12)内存放有强化换热工质(14)；
所述瓶颈(3)的下端通过螺纹结构与瓶体(1)顶部内壁相连接，瓶颈(3)的顶部开口处安装有瓶口阀(31)；
所述导气管(4)设置在内腔(11)中，导气管(4)的上端与所述瓶口阀(31)相连接；
若干组所述铝网(5)轴向分层水平布置，铝网(5)内侧与导气管(4)接触处切线垂直布置，铝网(5)外侧与铝制隔板(2)紧密贴合；
所述石英棉层(6)填充于瓶颈(3)内侧与最上层铝网(5)之间。
2.根据权利要求1所述的一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，其特征在于：所述瓶体(1)直径自上而下逐渐增大，所述铝制隔板(2)与瓶体(1)中轴线夹角为5-15°，瓶体(1)外壁与瓶体(1)中轴线的夹角为10-25°。
3.根据权利要求1所述的一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，其特征在于：所述导气管(4)的底部与瓶体(1)内底面相分离，导气管(4)的外径长度为瓶体(1)最大外径长度的1/15-1/10。
4.根据权利要求1所述的一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，其特征在于：所述导气管(4)的材质包括但不限于纤维复合材料、无铬锌铝涂层的金属管件、采用淬火和回火工艺的低强度无缝钢管或蒙乃尔合金等。
5.根据权利要求1所述的一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，其特征在于：所述铝网(5)为波浪形结构，铝网(5)厚度为0.05mm-2mm，铝网(5)网孔直径为5um-10um。
6.根据权利要求1所述的一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，其特征在于：所述储氢材料(13)包括但不限于金属氢化物。
7.根据权利要求1所述的一种立式强化换热金属氢化物储氢瓶，其特征在于：所述强化换热工质(14)包括但不限于水、丙酮、酒精等，外腔(12)内部压力为0.1MPa-1.5Mpa，外腔(12)内部充液率为90％-95％。
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2023
- 2023-05-23 CN CN202321252620.5U patent/CN219912664U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |