CN103883874B - 一种带有外换热结构的储氢罐 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有外换热结构的储氢罐，属于氢能领域的储氢技术领域。本发明的储氢罐的结构为：裙座位于罐体的底部；储氢材料床***于罐体内；导气管位于罐体内部中心位置，并从罐体的底部直通罐口；罐口内部安装有过滤片，罐口外部安装有氢气瓶阀；外壳位于所述的罐体的外部，外壳的两端分别设有导热液入口和导热液出口；在外壳与罐体之间的环形腔体内设有换热结构。换热结构为直流形、折流形、单螺旋形或多螺旋形；储氢材料床体为储氢材料与导热纤维的均匀混合体。本发明提供的储氢罐结构简单、制作加工容易，成本低；与现有的储氢罐相比具有更佳的换热效果，放氢性能更优异。<!--1-->

Description

一种带有外换热结构的储氢罐
技术领域
本发明属于氢能领域的储氢技术领域，特别涉及一种带有外换热结构的储氢罐。
背景技术
随着社会的发展，煤、石油、天然气等化石燃料已无法满足人类日益增长的需求，同时化石燃料的使用又造成了生态环境的恶化，如温室效应。另外，煤、石油、天然气等为不可再生资源，且在地球上的储量有限，人类不可能一直依赖于它们。因此许多国家都在研究和开发新的替代能源，如氢能、风能、太阳能、核能、生物质能、水能、海洋能等。氢的燃烧热值高，每千克氢燃烧后的能量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍；氢燃烧的产物是水，对环境零污染；氢是宇宙中分布最广泛的物质，其构成了宇宙总质量的75%，在地球的储量极其丰富，可再生和重复利用，因此氢能被认为是人类理想的能源，得到了全世界的广泛关注。
燃料电池是氢能应用的重要方式，具有高效、环保、重量轻、噪音小等诸多优点，在交通运输、分布式发电以及备用电源等领域具有良好的应用前景。燃料电池采用氢气作为燃料，需要有稳定可靠的氢源。目前，较为实用的储氢方式主要有三种：高压容器储氢（如钢瓶）、低温液氢储罐（低温杜瓦罐）及储氢材料储氢罐。储氢材料储氢罐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，具有储氢密度高、安全性好、氢气纯度高等优点，可以为燃料电池提供稳定可靠的氢源。
储氢材料吸氢时会产生大量热量，而放氢时需从外部吸收热量，且温度对储氢合金的吸放氢速率影响巨大，因此，为保证储氢材料储氢罐吸放氢的快速进行，应改善其换热性能。中国专利CN202048351U在储氢罐内设置蜂巢式的换热结构，改善了储氢罐内部的传热能力，但其并未增强储氢罐与环境的换热，且其制作成本高，加工难度大。通过储氢罐外部安装一定量的换热翅片，通过空气进行换热，虽然增加了储氢罐与环境的换热面积，但空气的换热较差，这种结构对提高储氢罐的换热性能有限（如：专利CN2861702Y、CN1609499A、CN2658543Y以及CN201562717U等）。专利CN2667678Y公开了一种带有内螺旋热管的储氢罐，提高储氢罐内部的换热效率，但是螺旋热管的换热面积有限，无法大幅提高储氢罐的性能，且螺旋换热管使得储氢罐的内部结构复杂，不能保证储氢材料的均匀性，将无法保障其安全可靠性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种带有外换热结构的储氢罐。
一种带有外换热结构的储氢罐，结构如下：
所述的储氢罐由裙座1、导热液入口2、外壳3、换热结构4、罐体5、导气管6、储氢材料床体7、导热液出口8、过滤片9、氢气瓶阀10组成。
裙座1位于罐体5的底部；储氢材料床体7位于罐体5内；导气管6位于罐体5内部中心位置，并从罐体5的底部直通罐口；罐口内部安装有过滤片9，罐口外部安装有氢气瓶阀10；外壳3位于所述的罐体5的外部，外壳3的两端分别设有导热液入口2和导热液出口8；在外壳3与罐体5之间的环形腔体内设有换热结构4；
其中，
所述的罐体5的外径为60~180mm，长度为500~2500mm；
所述的外壳3的外径比罐体5的外径大10~50mm，厚度为1~5mm，长度与罐体5一致；
所述的换热结构4为直流形、折流形、单螺旋形或多螺旋形，安装在外壳3与罐体5之间的环形腔体内，形成导热液通道；强制导热液沿着换热结构中的通道流动，从而大幅增强换热效果；
所述的储氢材料床体7为储氢材料与导热纤维的均匀混合体；所述的储氢材料为稀土系AB5型、钛系AB2型和AB型、钛钒固溶体和高容量轻质储氢材料中的任意一种；所述的导热纤维的材质为铝、铜和碳中的任意一种；储氢材料与导热纤维的质量比在98:2~90:10之间；
所述的导气管6和过滤片9为采用粉末冶金方法制成的铜粉或不锈钢烧结体，过滤精度为0.5~5微米，可有效阻挡储氢材料粉末，同时保证氢气的畅通。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种带有外换热结构的储氢罐结构简单，制作加工容易，成本低；在储氢罐外部设置换热结构，增大了储氢罐的换热面积，且换热结构大幅提高了导热液的流动距离，进一步提高了换热效果；与现有的储氢罐相比具有更佳的换热效果，其放氢性能更优异，在57SL/min氢气流量条件可连续放氢190min，放氢率高达98%。
附图说明
图1是本发明提供的一种带有外换热结构的储氢罐的结构示意图；
图2是使用本发明实施例的储氢罐在57SL/min氢气流量下放氢时，氢气压力（曲线A）、放氢流量（曲线B）和累积放氢量（曲线C）随时间的变化曲线；
图3是直流形换热结构的结构示意图；
图4是折流形换热结构的结构示意图；
图5是单螺旋形换热结构的结构示意图；
图6是多螺旋形换热结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明：
如图1所示，一种带有外换热结构的储氢罐的结构如下：
裙座1位于罐体5的底部；储氢材料床体7位于罐体5内；导气管6位于罐体5内部中心位置，并从罐体5的底部直通罐口；罐口内部安装有过滤片9，罐口外部安装有氢气瓶阀10；外壳3位于所述的罐体5的外部，外壳3上设有导热液入口2和导热液出口8；在外壳3与罐体5之间的环形腔体内设有换热结构4；氢气瓶阀10与罐体5采用生料带密封；
其中，罐体5由不锈钢无缝管与封头焊接而成，外径140mm，长1200mm；
外壳3的外径为160mm，由2mm厚的不锈钢板卷焊而成，
换热结构4采用如图5所示的单螺旋形换热结构，螺距为50mm；它由2mm厚的不锈钢薄板制成，两端分别与裙座1和罐体5焊接固定；
导气管6和过滤片9为采用粉末冶金方法制成的不锈钢烧结体，过滤精度为1微米，导气管6的直径为12mm；
储氢材料为Ti0.97Zr0.03(VFeMn)2，导热纤维为铝丝，储氢材料与导热纤维的质量比为95:5；
图2为上述的带有外换热结构的储氢罐在65℃水换热条件下，以57SL/min氢气流量放氢时，氢气压力（曲线A）、放氢流量（曲线B）和累积放氢量（曲线C）随时间的变化曲线。可见，储氢罐在在57SL/min氢气流量可以稳定工作190min，累积放氢10.7立方米，放氢率达98%，具有很好的放氢性能。
图3为直流形换热结构的示意图，该结构优点是对导热液的阻力小，缺点是在导热液流量较小的情况下换热不均，底部的换热效率高于顶部的换热效率；
图4为折流形换热结构的示意图，此结构的优点是可以保证导热液的换热均匀性，但缺点是对导热液的阻力较大；
图5和图6分别为单螺旋形和多螺旋形换热结构，这两种换热结构结合了直流形和折流形换热结构的优点，即能保证换热的均匀性，对导热液的阻力也较小；
以上几种形式的换热结构简单，制作成本低，同时具有优异的换热效果。

Claims (7)

1.一种带有外换热结构的储氢罐，其特征在于，所述的储氢罐结构如下：
裙座(1)位于罐体(5)的底部；储氢材料床体(7)位于罐体(5)内；导气管(6)位于罐体(5)内部中心位置，并从罐体(5)的底部直通罐口；罐口内部安装有过滤片(9)，罐口外部安装有氢气瓶阀(10)；外壳(3)位于所述的罐体(5)的外部，外壳(3)的两端分别设有导热液入口(2)和导热液出口(8)；在外壳(3)与罐体(5)之间的环形腔体内设有换热结构(4)；所述的储氢材料床体(7)为储氢材料与导热纤维的均匀混合体，储氢材料与导热纤维的质量比在98:2～90:10之间，所述的导热纤维的材质为铝、铜和碳中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的带有外换热结构的储氢罐，其特征在于，所述的罐体(5)的外径为60～180mm，长度为500～2500mm。
3.根据权利要求1所述的带有外换热结构的储氢罐，其特征在于，所述的外壳(3)的外径比罐体(5)的外径大10～50mm，厚度为1～5mm，长度与罐体(5)一致。
4.根据权利要求1所述的带有外换热结构的储氢罐，其特征在于，所述的换热结构(4)为直流形、折流形、单螺旋形或多螺旋形。
5.根据权利要求1所述的带有外换热结构的储氢罐，其特征在于，所述的储氢材料为稀土系AB5型、钛系AB2型和AB型、钛钒固溶体和高容量轻质储氢材料中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的带有外换热结构的储氢罐，其特征在于，所述的导气管(6)和过滤片(9)为采用粉末冶金方法制成的铜粉或不锈钢烧结体。
7.根据权利要求1所述的带有外换热结构的储氢罐，其特征在于，所述的导气管(6)和过滤片(9)的过滤精度为0.5～5微米。
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