CN220397263U - 一种高效的充放氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效的充放氢装置，该高效的充放氢装置通过设置换热机构，双螺旋结构的设计一方面方便换热机构紧贴内罐体从而减少传热热阻，另一方面增大了与内罐体的接触面积，从而达到增大热通量的效果，可以有效地控制储氢瓶内部的温度，提高充放氢的速率和效率，降低能耗和成本，该高效的充放氢装置通过设置螺旋结构的散热翅片深入储氢材料内部，可以充分且有效地从材料吸收或释放热量，该高效的充放氢装置通过内罐体、换热机构和散热翅片共同构成了高效稳定的传热通道，从而加快储氢瓶的充放氢过程，可以增加储氢瓶内部的有效表面积，提高储氢材料与氢气的接触面积和反应速度，同时增强散热能力，防止过热和压力过高。

Description

一种高效的充放氢装置

技术领域

本实用新型涉及储氢技术领域，具体为一种高效的充放氢装置。

背景技术

固态储氢是一种新兴的氢气储存方式，它通过化学反应或物理吸附将氢气储存于固态材料中。相比于传统的液态储氢和气态储氢，固态储氢具有更高的储存密度和更长的使用寿命。目前主流的储氢材料是金属氢化物，如钠钾合金、锂铝合金等。金属氢化物在吸收和释放氢气的时候往往伴随着大量的热交换，如果无法及时将热量导出(吸收氢气时)或导入(释放氢气时)，就会大大延长充氢速度或者放氢的稳定性，甚至产生安全风险。

目前，市面主流的储氢设备，仅仅作为储氢容器而忽略了传热优化设计的重要性。因此有必要对固态储氢装置结构设计进行优化。

有鉴于此，现设计一种高效的充放氢装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高效的充放氢装置，以解决上述背景技术中提出的现有的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，一种高效的充放氢装置，包括储氢瓶、瓶头、充放氢管、换热机构、内罐体和散热翅片；

所述瓶头一体连接于储氢瓶的顶部；

所述充放氢管固定连接于瓶头的一侧；

所述内罐体固定于储氢瓶的内部；

所述换热机构设置在储氢瓶内部；

所述换热机构包括介质进管、斜上螺旋部、连接部、斜下螺旋部和介质排管，其中：

介质进管固定穿设于储氢瓶一侧的下端，且介质进管的进口延伸至储氢瓶的外侧；

斜上螺旋部的下端与介质进管固定相接于储氢瓶的内部；

连接部固定连接于斜上螺旋部的顶部；

斜下螺旋部的上端与连接部固定相接；

介质排管与斜下螺旋部固定相接于储氢瓶的内部，介质排管固定穿设于储氢瓶另一侧的下端，且介质排管的排口延伸至储氢瓶的外侧；

所述散热翅片固定连接于内罐体的外侧。

优选的，所述储氢瓶内填充有储氢材料，所述储氢材料的材质包括但不限于单质镁储氢材料、镁基合金储氢材料、镁基复合储氢材料等。

优选的，所述斜上螺旋部、连接部、斜下螺旋部均为中空结构，介质进管、斜上螺旋部、连接部、斜下螺旋部与介质排管依次相连通。

优选的，所述内罐体底部与储氢瓶内底部固定连接，内罐体为半圆柱中空结构，斜上螺旋部、斜下螺旋部均与内罐体内壁固定相接。

优选的，所述散热翅片为螺旋状结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、该高效的充放氢装置通过设置换热机构，双螺旋结构的设计一方面方便换热机构紧贴内罐体从而减少传热热阻，另一方面增大了与内罐体的接触面积，从而达到增大热通量的效果，可以有效地控制储氢瓶内部的温度，提高充放氢的速率和效率，降低能耗和成本；

2、该高效的充放氢装置通过设置螺旋结构的散热翅片深入储氢材料内部，可以充分且有效地从材料吸收或释放热量；

3、该高效的充放氢装置通过内罐体、换热机构和散热翅片共同构成了高效稳定的传热通道，从而加快储氢瓶的充放氢过程，可以增加储氢瓶内部的有效表面积，提高储氢材料与氢气的接触面积和反应速度，同时增强散热能力，防止过热和压力过高；

4、该高效的充放氢装置解决了传统固态储氢装置由于传热效率过低从而导致的储氢性能恶化、充放氢效率低等缺陷，储氢瓶内部布置的螺旋散热翅片可高效地将材料内部的热量导向循环水通道，强化散热效果，螺旋循环液体通道内腔布置的结构能够最大程度减少对原有储氢外形尺寸的影响，从而无需调整系统布局，节省成本。

附图说明

图1为本实用新型一种高效的充放氢装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种高效的充放氢装置的储氢瓶内部结构示意图；

图3为本实用新型一种高效的充放氢装置的储氢瓶内部正视图；

图4为本实用新型一种高效的充放氢装置的换热机构的一种结构示意图；

图5为本实用新型一种高效的充放氢装置的换热机构的另一种结构示意图；

图6为本实用新型一种高效的充放氢装置的内罐体在储氢瓶内部的结构示意图；

图7为本实用新型一种高效的充放氢装置的散热翅片结构示意图；

图8为本实用新型一种高效的充放氢装置的散热翅片下视图。

图中：

1、储氢瓶；2、瓶头；3、充放氢管；

4、换热机构；41、介质进管；42、斜上螺旋部；

43、连接部；44、斜下螺旋部；45、介质排管；

5、内罐体；6、散热翅片。

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1-8，本实用新型提供一种技术方案：一种高效的充放氢装置，包括储氢瓶1、瓶头2、充放氢管3、换热机构4、内罐体5和散热翅片6。

储氢瓶1内填充有储氢材料，储氢材料的材质包括但不限于单质镁储氢材料、镁基合金储氢材料、镁基复合储氢材料等。

具体的，储氢材料选用单质镁储氢材料时，单质镁储氢材料具有最高的理论储氢容量(7.6wt.％)，也存在最大的吸放氢反应势垒和动力学阻力，并且在高温(>300℃)和高压(>10MPa)实现可逆储氢，因此适用于高压高温环境工作使用。

具体的，储氢材料选用镁基合金储氢材料时，镁基合金储氢材料可通过引入其他金属元素(如Ni、Fe、Ti、Mn等)来改变镁的晶体结构和电子结构，从而降低吸放氢反应势垒和动力学阻力的镁基储氢材料，例如，Mg₂Ni合金具有3.6wt.％的实际储氢容量，且可以在200℃和1MPa下实现可逆储氢。

具体的，储氢材料选用镁基复合储氢材料时，镁基复合储氢材料是一种通过添加非金属元素(如B、C、N、O等)或其他化合物(如LiBH₄、LiNH₂等)来形成复合体系，从而进一步降低吸放氢反应势垒和动力学阻力，提高反应速率和效率的镁基储氢材料，例如，Mg(BH₄)₂复合物具有14.9wt.％的理论储氢容量，且可以在150℃和0.1MPa下实现可逆储氢。

具体的，选用镁基储氢材料时，镁基储氢材料具有很高的理论质量比和体积比储氢容量，分别为7.6wt.％和0.11kgH/L，远高于其他金属元素或合金，并且镁基储氢材料具有轻质、无毒、丰富和相对安全等优点，是一种环境友好和经济实惠的储氢材料，并且镁基储氢材料可以通过引入其他元素或化合物，实现对金属-氢键的调节，从而降低吸放氢反应的热力学势垒和动力学阻力，提高反应速率和效率。

瓶头2一体连接于储氢瓶1的顶部。

充放氢管3固定连接于瓶头2的一侧。具体的，充放氢管3用于输入或排出储氢瓶1内的气体，充放氢管3上可通过安装阀门实现储氢瓶1内的密封。

内罐体5固定于储氢瓶1的内部。

换热机构4设置在储氢瓶1内部。

换热机构4包括介质进管41、斜上螺旋部42、连接部43、斜下螺旋部44和介质排管45，其中：

介质进管41固定穿设于储氢瓶1一侧的下端，且介质进管41的进口延伸至储氢瓶1的外侧；

斜上螺旋部42的下端与介质进管41固定相接于储氢瓶1的内部；

连接部43固定连接于斜上螺旋部42的顶部；

斜下螺旋部44的上端与连接部43固定相接；

介质排管45与斜下螺旋部44固定相接于储氢瓶1的内部，介质排管45固定穿设于储氢瓶1另一侧的下端，且介质排管45的排口延伸至储氢瓶1的外侧。

斜上螺旋部42、连接部43、斜下螺旋部44均为中空结构，介质进管41、斜上螺旋部42、连接部43、斜下螺旋部44与介质排管45依次相连通。具体的，在使用时，可从介质进管41输入流体介质，流体介质依次经过介质进管41、斜上螺旋部42、连接部43与斜下螺旋部44，最后流体介质从介质排管45排出，介质进管41用于连接外部供液管道，介质排管45用于连接外部排液管道，从而通过换热机构4实现了流体介质的持续输送，进而通过换热机构4，

斜上螺旋部42与斜下螺旋部44的双螺旋结构的设计一方面方便换热机构4紧贴内罐体5从而减少传热热阻，另一方面增大了与内罐体5的接触面积，从而达到增大热通量的效果，可以有效地控制储氢瓶1内部的温度，提高充放氢的速率和效率，降低能耗和成本。

具体的，在使用时，换热机构4内的流体介质包括但不限于水、丙酮、酒精等，水、丙酮、酒精它们的沸点分别为100℃、56.1℃和78.4℃，低于储氢材料的放氢温度，这意味着它们能够在较低的压力下沸腾或汽化，带走储氢材料放出的大量热量，从而降低储氢材料的温度，提高放氢速率和效率，水、丙酮、酒精都是一种无毒无污染的液体，它们与储氢材料之间不存在化学反应，能够保持储氢材料的纯度和稳定性，延长储氢系统的使用寿命。

散热翅片6固定连接于内罐体5的外侧。

内罐体5底部与储氢瓶1内底部固定连接，内罐体5为半圆柱中空结构，斜上螺旋部42、斜下螺旋部44均与内罐体5内壁固定相接。具体的，散热翅片6内壁与内罐体5外侧的形状更为贴合，斜上螺旋部42表面、斜下螺旋部44表面与内罐体5内壁的形状更为贴合，通过内罐体5、换热机构4和散热翅片6共同构成了高效稳定的传热通道，从而加快储氢瓶1的充放氢过程，可以增加储氢瓶1内部的有效表面积，提高储氢材料与氢气的接触面积和反应速度，同时增强散热能力，防止过热和压力过高。

散热翅片6为螺旋状结构。具体的，通过设置螺旋结构的散热翅片6深入储氢材料内部，可以充分且有效地从材料吸收或释放热量。

具体的，本装置针对固态储氢设备在充、放氢过程中伴随的大量热量传递的需求，针对性优化固态储氢装置的结构设计，从而达到加快氢气吸收和稳定氢气释放的效果，而上述传热结构整体布置于储氢瓶1的内部，这样，储氢瓶1除底部两侧伸出的介质进管41、介质排管45外，整体外形与常见储氢瓶一致，因此无需调整原有储氢瓶的放置布局，可以最大程度提高本实用新型设计的通用性。

具体的，本装置解决了传统固态储氢装置由于传热效率过低从而导致的储氢性能恶化、充放氢效率低等缺陷，储氢瓶1内部布置的螺旋状散热翅片6可高效地将材料内部的热量导向换热机构4，强化散热效果，双螺旋循环液体通道内腔布置的结构能够最大程度减少对原有储氢外形尺寸的影响，从而无需调整系统布局，节省成本。

具体的，在使用时，当进行充氢操作时，通过介质进管41通入加热液体，通过介质排管45排出降温的流体，当进行放氢操作时，通过介质进管41通入冷却液体，通过介质排管45排出升温的流体，根据固态储氢瓶内储氢材料的种类、储氢量、放氢速度来调节换热机构4内流体介质流量的大小，从而不满足不同条件下的热量传递需求。

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 (4)

1.一种高效的充放氢装置，其特征在于：包括储氢瓶(1)、瓶头(2)、充放氢管(3)、换热机构(4)、内罐体(5)和散热翅片(6)；

所述瓶头(2)一体连接于储氢瓶(1)的顶部；

所述充放氢管(3)固定连接于瓶头(2)的一侧；

所述内罐体(5)固定于储氢瓶(1)的内部；

所述换热机构(4)设置在储氢瓶(1)内部；

所述换热机构(4)包括介质进管(41)、斜上螺旋部(42)、连接部(43)、斜下螺旋部(44)和介质排管(45)，其中：

介质进管(41)固定穿设于储氢瓶(1)一侧的下端，且介质进管(41)的进口延伸至储氢瓶(1)的外侧；

斜上螺旋部(42)的下端与介质进管(41)固定相接于储氢瓶(1)的内部；

连接部(43)固定连接于斜上螺旋部(42)的顶部；

斜下螺旋部(44)的上端与连接部(43)固定相接；

介质排管(45)与斜下螺旋部(44)固定相接于储氢瓶(1)的内部，介质排管(45)固定穿设于储氢瓶(1)另一侧的下端，且介质排管(45)的排口延伸至储氢瓶(1)的外侧；

所述散热翅片(6)固定连接于内罐体(5)的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种高效的充放氢装置，其特征在于：所述斜上螺旋部(42)、连接部(43)、斜下螺旋部(44)均为中空结构，介质进管(41)、斜上螺旋部(42)、连接部(43)、斜下螺旋部(44)与介质排管(45)依次相连通。

3.根据权利要求1所述的一种高效的充放氢装置，其特征在于：所述内罐体(5)底部与储氢瓶(1)内底部固定连接，内罐体(5)为半圆柱中空结构，斜上螺旋部(42)、斜下螺旋部(44)均与内罐体(5)内壁固定相接。

4.根据权利要求1所述的一种高效的充放氢装置，其特征在于：所述散热翅片(6)为螺旋状结构。