CN101832464A - 热量自平衡型金属氢化物储放氢装置 - Google Patents

热量自平衡型金属氢化物储放氢装置 Download PDF

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赵永志
刘格思
郑津洋
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Abstract

本发明涉及氢气存贮技术领域，旨在提供一种热量自平衡型金属氢化物储放氢装置。该装置包括一个储氢容器，所述储氢容器的内部设置若干根空心的透气料柱；透气料柱的壁上设置透气孔，其内部填充有储氢金属粉末与蓄热胶囊的混合物；所述蓄热胶囊具有导热体材料制备的外壳，其内部填充蓄热介质。本发明避免了在储氢容器内安装复杂的换热器、换热管道以及外部的水温调节和加热装置，避免了安装内置压力管道导致的风险，并且循环利用了加热氢气的热量，达到了节能、高效、安全的目的。

Description

热量自平衡型金属氢化物储放氢装置
技术领域
本发明属于氢气存贮技术领域，涉及金属氢化物储放氢气工艺的改进，特别涉及一种热量自平衡型金属氢化物储放氢装置。
背景技术
氢能以其转化效率高、燃烧产物洁净以及用途多样化等突出优点，被认为是新世纪的重要二次能源。经济规模制氢、安全可靠输配氢气、氢的经济高效应用是氢经济的重要组成部分。其中，经济、高效、安全的储氢技术是氢能利用走向实用化的关键，已成为国际上的研究热点，我国的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》也将其列为重要发展方向。
为了满足实际生产生活中的实用要求，目前现有的储氢技术，包括高压储氢、液氢储运、金属氢化物储氢、络合氢化物储氢、活性碳低温吸附储氢、纳米碳管储氢、液体有机氢化物储氢等，无一能完全满足实际的储氢量要求指标。
目前，最有可能被大量实际应用到氢能汽车等实用领域上的储氢方式为高压储氢和金属氢化物储氢。其中，高压储氢由于具有储氢结构简单、质量储氢密度高、充装和排放速度快等突出优点而备受重视，但是，由于高压氢装置潜在的危险性以及人们存在对高压氢气的心理畏惧，目前这类存储方式的大范围推广仍受到极大的阻力。另一方面，金属氢化物储氢虽然具有安全性好的优点，但目前还存在重量储氢密度低以及吸放氢速度控制较为复杂等缺点。
由于储氢合金吸放氢过程具有显著热效应，吸氢时放热，而放氢时吸热，且吸、放热量很大，因此金属氢化物储氢装置的结构设计应保证装置内有效的热交换和氢气流动的畅通性。储氢合金粉末的热导率一般较低，为了提高储氢合金粉末床体的传热性能并强化装置内外的热交换，一般通过在装置内部安置具有一定结构的换热部件，同时在储氢合金粉末中添加一定比例的导热材料。中国专利ZL 200620045788.1提供了一种利用盘管式换热器，在填充氢气时降温，释放氢气时加热的装置，但是该装置设置换热管道具有很大的安装、加工难度，且在使用过程中复杂的换热结构也会降低储氢装置的安全性。中国专利实用新型专利ZL200520127709.1通过在储存容器之间及储存容器与框架外壳之间加装散热片，但对加热放氢没有有效的手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种热量自平衡型金属氢化物储放氢装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的解决方案是：
提供一种热量自平衡型金属氢化物储放氢装置，包括一个储氢容器，所述储氢容器的内部设置若干根空心的透气料柱；透气料柱的壁上设置透气孔(透气孔的大小应小于储氢金属粉末与蓄热胶囊的最大尺寸)，其内部填充有储氢金属粉末与蓄热胶囊的混合物；所述蓄热胶囊具有导热体材料制备的外壳，其内部填充蓄热介质。
作为一种改进，所述蓄热胶囊的最大尺寸(直径或长度)与料柱直径的比例不超过1/5。
作为一种改进，所述蓄热胶囊具有铝或铜制备的外壳。
作为一种改进，所述蓄热胶囊内部填充的蓄热介质是改性石蜡材料。
作为一种改进，所述储氢容器的壁为金属或复合材料制成，其外部包裹了绝热材料的保温层。
作为一种改进，所述透气料柱是由支架固定的，该支架连接于储氢容器内壁上。
本发明的有益效果在于：
本发明避免了在储氢容器内安装复杂的换热器、换热管道以及外部的水温调节和加热装置，避免了安装内置压力管道导致的风险，并且循环利用了加热氢气的热量，达到了节能、高效、安全的目的。
附图说明
图1为热量自平衡型金属氢化物储放氢装置示意图。
图2为蓄热胶囊结构示意图
附图标记为：氢气出口1，储氢容器法兰封头2，法兰封头连接面3，蓄热胶囊4，支架5，储氢金属粉末6，透气料柱7，导热金属外壳8，改性石蜡9，10保温层。
具体实施方式
下面参考附图和实例对本发明作进一步说明。
提供一种热量自平衡型金属氢化物储放氢装置，包括一个储氢容器，储氢容器的壁为金属或复合材料制成，其外部包裹了绝热材料的保温层10以防止容器内部与外部进行热量交换。所述储氢容器的内部设置若干根空心的透气料柱7，透气料柱7是由支架5固定的，支架5连接于储氢容器内壁上。
透气料柱7的壁上设置透气孔，其内部填充有储氢金属粉末6与蓄热胶囊4的混合物，储氢金属粉末6与蓄热胶囊4按特定的体积比例混合，该比例应根据储氢金属粉末的热量自平衡所需的蓄热量差异，需满足蓄热胶囊有足够的蓄热量，并保有一定的裕量。将蓄热胶囊4与储氢金属粉末6混合在一起，便可保证在二者之间有足够大的接触面积和较高的传热效率。蓄热胶囊4的最大尺寸(直径或长度)与料柱直径的比例不超过1/5，胶囊的尺寸越小，其接触面积越大，换热效果就会越好。
所述蓄热胶囊4具有铝或铜制备的外壳，具有一定的强度，可避免石蜡(或其它蓄热介质)受热熔化后与储氢合金混合，严重影响储氢合金的吸氢表面积及吸氢性能；其内部填充蓄热介质改性石蜡9，当然也可以选用其它的蓄热介质。
本发明提出了热量自平衡的概念，通过在储氢材料中按一定比例混入比表面积大、换热效果好的改性石蜡(或其它蓄热介质)复合相变材料制作的胶囊，利用该材料吸收储氢合金吸氢时所放出的热，并在放氢时将此热量提供给储氢合金，实现储氢合金吸、放氢时的温度控制和能量平衡。
本发明系采用中低压下(20MPa以下)金属氢化物和压力储氢相结合的储氢装置，综合两种储氢方式各自的优势，从而在保证安全的情况下又能很大程度上提高氢气储存密度，以期实现氢的经济、高效、安全的储存。
另外针对移动式的储氢容器，为了使金属粉末颗粒与胶囊保持接触，且在运动中不至于发生明显的分离现象，故需要设计安装支架与透气的模块外包装，根据压力等级的不同，有不同的设计方式，附图1所示为压力相对较低时的结构示意图，其中透气料柱7的材料可防止颗粒露出，但能保证氢气透过。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种热量自平衡型金属氢化物储放氢装置，包括一个储氢容器，其特征在于，所述储氢容器的内部设置若干根空心的透气料柱；透气料柱的壁上设置透气孔，其内部填充有储氢金属粉末与蓄热胶囊的混合物；所述蓄热胶囊具有导热体材料制备的外壳，其内部填充蓄热介质。
2.根据权利要求1所述的储放氢装置，其特征在于，所述蓄热胶囊的最大直径或长度与料柱直径的比值不超过1/5。
3.根据权利要求1所述的储放氢装置，其特征在于，所述蓄热胶囊具有铝或铜制备的外壳。
4.根据权利要求1所述的储放氢装置，其特征在于，所述蓄热胶囊内部填充的蓄热介质是改性石蜡材料。
5.根据权利要求1至5任意一项中所述的储放氢装置，其特征在于，所述储氢容器的壁为金属或复合材料制成，其外部包裹了绝热材料的保温层。
6.根据权利要求1至5任意一项中所述的储放氢装置，其特征在于，所述透气料柱是由支架固定的，该支架连接于储氢容器内壁上。
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