CN110425421A - 储氢容器、储氢装置及氢动力车辆 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种储氢容器、储氢装置及氢动力车辆，包括金属储氢主体及金属堵塞，所述储氢主体具有相对的前端面和后端面，自所述前端面向后端面延伸出多个有底的储氢腔，贯穿所述前端面和后端面形成多个热交换腔，各所述热交换腔和各所述储氢腔相互隔开且相间分布，所述堵塞有多个并与所述储氢腔一一对应，各所述堵塞焊接固定在与其对应的所述储氢腔内，且所述堵塞具有连通所述储氢腔内部和储氢腔外部的中心孔。由于能够在金属储氢主体上直接加工出储氢腔和热交换腔，此结构适用于批量生产，降低制造成本，并可以保证结构强度和精度。
Description
技术领域
本发明涉及储氢技术领域，尤其是关于一种储氢容器及采用该储氢容器的氢动力车辆。
背景技术
氢能具有洁净、效率高、可再生等诸多优点，是受到全世界普遍关注的一种新型能源。氢燃料电池作为氢能应用的典型代表，具有备电时间长、高效、环保、体积小、重量轻等诸多优点，在交通运输等领域展现出良好的应用前景。
氢燃料电池发电需要大量的氢气燃料，目前，实用的氢气储存与输送的方法主要有三种，即高压容器(主要为钢瓶)、液氢储罐(低温杜瓦瓶)及储氢合金罐。储氢合金罐是利用氢气与合金的化学反应来储存氢气，是一种固态储氢技术，与其它方式相比，具有储氢压力低、密度高、供氢纯度高等特点，特别适于作为氢燃料电池的氢源。
众所周知，某些金属和合金允许可逆储存和释放氢。储氢合金吸放氢是化学反应过程，伴随有巨大的热效应，其吸氢时放热，放氢时吸热。公开号为CN 102242861A、名称为“一种大直径储氢合金罐及其制作方法”的中国发明专利申请公开了一种储氢合金罐，其包括钢制瓶体，瓶体内设有管状的热交换器和能够在瓶体内填充装填储氢合金粉的环形多孔传质模块。公开号为CN 1688857A、名称为“在氢动力车辆中使用的具有热传递***的车载储氢单元”公开了一种储氢单元，包括储氢容器、能够传递热量的第一回路及能够在车辆运行中将热量提供给第一回路的第二回路。
为了更好的利用氢能源，有必要提供一种新的能够应用在氢动力车辆上的储氢容器。
发明内容
本发明提供一种新的储氢容器、储氢装置及氢动力车辆。
本发明提供一种储氢容器，包括金属储氢主体及金属堵塞，所述储氢主体具有相对的前端面和后端面，自所述前端面向后端面延伸出多个有底的储氢腔，贯穿所述前端面和后端面形成多个热交换腔，各所述热交换腔和各所述储氢腔相互隔开且相间分布，所述堵塞有多个并与所述储氢腔一一对应，各所述堵塞焊接固定在与其对应的所述储氢腔内，且所述堵塞具有连通所述储氢腔内部和储氢腔外部的中心孔。焊接后堵塞与储氢腔共同构成相对封闭的储氢单元。
一种储氢装置，包括储氢容器、前端盖及后端盖，所述储氢容器包括金属储氢主体及堵塞组件，所述储氢容器具有相对的前端面和后端面，自所述前端面向后端面延伸出多个有底的储氢腔，贯穿所述前端面和后端面形成多个热交换腔，各所述热交换腔和各所述储氢腔相互隔开且相间分布，所述堵塞组件有多个并与所述储氢腔一一对应，所述堵塞组件包括金属堵塞，所述堵塞具有连通所述储氢腔内部和储氢腔外部的中心孔，所述前端盖与所述前端面固定及密封配合，所述后端盖与所述后端面固定及密封配合，所述前端盖具有氢气通道，所述氢气通道连通各所述中心孔，所述氢气通道具有供氢气通过的氢气接口，所述前端盖和后端盖中至少之一具有液体通道，所述液体通道连通各所述热交换腔，所述液体通道具有供液体通过的进液接口和出液接口，使从所述进液接口流入的热交换液流经液体通道、各所述热交换腔后，由所述出液接口流出。
所述前端盖具有面向所述储氢主体前端面的后配合面，所述后配合面设有一圈密封槽，所述密封槽内固定有弹性密封圈。
所述后配合面设有与所述中心孔一一对接连通的多个有底第一连通孔，左右贯穿所述前端盖形成有多个第二连通孔，上下贯穿所述前端盖形成有至少一个第三连通孔，所述第一连通孔和第二连通孔垂直贯通，所述第三连通孔和第二连通孔垂直贯通，所述第一连通孔、第二连通孔及第三连通孔形成所述氢气通道，所述第三连通孔的开口设有所述氢气接口。
各所述第一连通孔均由至少一圈环形密封槽环绕，所述密封槽内固定有弹性密封圈。
所述堵塞组件还包括压板及供氢气通过的过滤片，所述压板与所述堵塞固定，所述过滤片定位在所述压板和堵塞之间，所述压板具有多个供氢气通过的通孔，所述堵塞设有能够将氢气汇流至所述中心孔的汇流槽。压板设有多个通孔，而通孔的孔径小于储氢腔的孔径，从而有效减少了对堵塞组件的压力。
所述后端盖具有面向所述储氢主体的前配合面，所述前配合面设有有底的第一水槽和有底的第二水槽，所述第一水槽和第二水槽被分隔壁隔开，贯穿所述第一水槽的槽底形成所述进液接口，贯穿所述第二水槽的槽底形成所述出液接口，所述前端盖设有能够串联相邻的两个所述热交换腔的多个有底凹槽，所述第一水槽、第二水槽均通过热交换腔与所述凹槽连通，所述凹槽、第一水槽和第二水槽形成所述液体通道。
一种氢动力车辆，包括所述的储氢装置。
储氢腔能够充填储氢合金。储氢腔和热交换腔相间分布，使热交换腔和储氢腔能够相邻，使热交换腔内流动的热交换液能够对相邻的储氢腔进行热交换。为了增强热交换效果，在保证储氢容器整体强度的情况下，储氢腔和热交换腔的间距可以尽量减小。储氢腔由前向后延伸，热交换腔前后贯穿该储氢容器，该前后方向可以是储氢容器的长度方向。为了提高储氢量，在保证储氢容器整体强度的情况下，可以设置更多的储氢腔。堵塞塞进储氢腔的开口后，通过焊接的方式固定在该开口内。
本发明的有益效果是：能够在金属储氢主体上直接加工出储氢腔和热交换腔，能够用于批量生产，降低制造成本，并可以保证结构强度和精度；由于能够采用机加工，节省了现有技术中的众多气体管接头、液体管接头，使整个储氢装置的结构更加简单，便于批量生产。
附图说明
图1及图2分别是本实施方式储氢装置的两个不同视角的立体图；
图3是本实施方式储氢装置的主视图；
图4是图3沿A-A方向的剖视图；
图5及图6分别是本实施方式的储氢容器的两个不同视角的立体图；
图7是本实施方式的前端盖的立体图；
图8是本实施方式的前端盖的主视图；
图9至图11分别是图8沿B-B方向、C-C方向和D-D方向的剖视图；
图12是本实施方式的后端盖的立体图；
图13是本实施方式的后端盖的主视图；
图14是图13沿E-E方向的剖视图；
图15是本实施方式的堵塞组件的主视图；
图16是图15沿F-F方向的剖视图；
图17是图本实施方式的堵塞组件的立体分解图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1至图17所示，一种储氢装置，包括储氢容器6、前端盖2及后端盖3。储氢容器6具有与前端盖2配合的前端面14及与后端盖3配合的后端面15，自前端面14向后端面15延伸出多个有底储氢腔11，储氢腔11呈阵列分布，且相邻的储氢腔11被隔开。贯穿前端面14和后端面15形成多个热交换腔12，热交换腔12呈阵列分布。热交换腔12和储氢腔11相间分布，且热交换腔12与储氢腔11互不连通。各储氢腔11的开口均被金属堵塞53封堵，该堵塞53通过焊接固定在与其对应的储氢腔11的内部，且该堵塞53具有能够连通储氢腔内部和储氢腔外部的中心孔55。
前端盖2与储氢容器的前端面14固定并密封配合，后端盖3与储氢容器的后端面15固定并密封配合。前端盖2设有氢气通道，该氢气通道连通各储氢腔11，该氢气通道具有供氢气通过的氢气接口。补给氢气时，外部氢源提供的氢气通过氢气通道输送到各个储氢腔11，氢气被充填在储氢腔11内的储氢合金吸收；释放氢气时，各储氢腔11内的氢气通过氢气通道汇聚到氢气接口，由氢气接口输送到用氢设备(如车辆)。前端盖2和后端盖3设有液体通道，该液体通道连通各热交换腔12，该液体通道具有供热交换液通过的进液接口31和出液接口32，热交换时，热交换液通过进液接口31流入，流经各个热交换腔12后，从出液接口32流出。在流动过程中，热交换液与储氢容器内的储氢合金热交换，起到冷却或加热的作用。
对于储氢装置，各储氢腔11内均充填储氢合金(如储氢合金粉末)，通过氢气接口与外部氢源气密配合。在氢气补给过程中，外部氢源的氢气经氢气接口并通过氢气通道分流至已充填储氢合金的各个储氢腔11，氢气被储氢合金吸收并且产生热量。为了保持储氢合金对氢气的最优吸收，需要从储氢合金中除去氢化物形成热，这通过在氢气补给过程中使热交换液在储氢容器6的各热交换腔12中循环流动实现。
在供氢工况中，各储氢腔11内已经吸收有氢气的储氢合金将氢气释放出来，该氢气通过堵塞的中心孔、前端盖的氢气通道汇流至氢气接口，以供给用氢设备。储氢合金在释放氢气过程中需要吸收热量，这通过在氢气补给过程中使热交换液在储氢容器6的各热交换腔12中循环流动实现。
对于储氢装置，储氢腔11和热交换腔12可以是等内径的腔室，也可以为变内径的腔室。储氢腔11和热交换腔12可以是直线形腔室，或者是曲线形腔室；通常的，储氢腔11和热交换腔12为直线形腔室。各储氢腔11的轴线和热交换腔12的轴线可以平行。储氢腔11和热交换腔12可以相间分布，使得每个储氢腔11均与热交换腔12相邻，通常的，同一排的两个相邻储氢腔11之间可以设有热交换腔12；同一列的两个相邻储氢腔11之间可以设有热交换腔12。
对于储氢装置，热交换液可以由外部热交换液补给站提供，热交换液可以是水、乙二醇、其混合物或者其它适于进行热交换的低温流体，通过使用外部补给站补充热交换液，可以有效减少整个装置所需占用的空间。
如图1至图17所示，一种储氢装置，包括储氢容器6、前端盖2和后端盖3。储氢容器6包括金属储氢主体1及堵塞组件5。储氢主体1具有相对的前端面14和后端面15，自前端面14向后端面15延伸出多个有底储氢腔11，各储氢腔11呈阵列分布，且相邻的储氢腔11被分隔开。贯穿前端面14和后端面15形成多个热交换腔12，各热交换腔12呈阵列分布，热交换腔12和储氢腔11相间分布，且储氢腔11和热交换腔12互不连通。堵塞组件5与储氢腔11一一对应，堵塞组件5包括金属堵塞53，各堵塞53焊接固定在与其对应的储氢腔11内，且该堵塞53具有前后贯穿的中心孔55，该中心孔55连通储氢腔内部和储氢腔外部。
前端盖2位于储氢主体1的前方，其具有面向储氢主体的后配合面20，该后配合面20与储氢主体的前端面14密封配合。后配合面20设有呈阵列分布的多个有底第一连通孔21，第一连通孔21与中心孔55一一对应并对接连通。左右贯穿该前端盖2形成有多个第二连通孔22，每排第一连通孔21对应一个第二连通孔22，位于同一排的各第一连通孔21均与对应的第二连通孔22垂直贯通。前端盖2的左右两侧各设有一个第三连通孔23，该第三连通孔23上下贯穿该前端盖2，第三连通孔23与第二连通孔22垂直贯通。第一连通孔21、第二连通孔22及第三连通孔23构成氢气通道，通过该氢气通道将各个储氢腔11连通，且第三连通孔23的开口可以是氢气接口，通过该氢气接口实现储氢容器6与外部氢源、储氢容器与用氢设备之间的连接。后配合面20还设有环绕第一连通孔21的至少一圈环形的密封槽24，密封槽24内设置有弹性密封圈，用于实现气密封闭。后配合面20还设有一圈环形的密封槽25，密封槽25内设有弹性密封圈。通过密封圈24、25，能够提供前端盖和储氢容器之间的必要的密封性能，有效减少或防止氢气、热交换液渗出。
前端盖2的后配合面20设有多个有底的凹槽26，每个凹槽26能够为相邻排的两个热交换腔12提供热交换液的折返通路，即，相当于每个凹槽26将位于相邻排的两个热交换腔12串联，其中一个热交换腔12的位于后方的开口作为热交换液的进口，另一个热交换腔12的位于后方的开口作为热交换液的出口。后端盖3位于储氢主体1的后方，其具有面向储氢主体的前配合面30。前配合面30设有有底的第一水槽33和有底的第二水槽34，第一水槽33位于内侧，第二水槽34位于外侧并围绕第一水槽33，且第一水槽33和第二水槽34被分隔壁35隔开，贯穿第一水槽33的槽底形成进液接口31，贯穿第二水槽34的槽底形成出液接口32。进液接口31可以位于后端盖3的中央位置，出液接口32可以位于后端盖3的角落位置。第一水槽33可以与中间的两排热交换腔连通，第二水槽34可以与位于外侧的两排热交换腔连通。热交换时，热交换液从进液接口31流入第一水槽33，由第一水槽33分流至与其连通的热交换腔12，最后汇集到第二水槽34，由第二水槽34的出液接口32排出到热交换液外部循环通路。前配合面30还设有一圈环形的密封槽36，密封槽36内设有弹性密封圈。
堵塞组件5还包括过滤片52和压板51，过滤片52定位于堵塞53的安装槽56内并被压板51压紧固定。压板51具有多个前后贯通的通孔54。过滤片52过滤掉储氢合金而仅供氢气通过。堵塞53面向压板的一侧设有环绕中心孔55的汇流槽57。储氢容器内的氢气经由压板通孔54、过滤片52后，由汇流槽57汇集到中心孔55后流出。
储氢容器、前端盖和后端盖的对应位置设有螺钉孔13、27、37，通过螺钉与螺孔的配合，将储氢容器、前端盖和后端盖固定一体。另外，可以通过导向轴4和导向孔38的配合，实现后端盖3和储氢容器6的导向安装。
对于储氢装置，储氢容器具有相对的前端面14和后端面15、相对的左端面和右端面、相对的上端面和下端面，该前、后端面可以是储氢容器长度方向上的两个端面，该左、右端面可以是储氢容器宽度方向上的两个端面，该上、下端面可以是储氢容器高度方向上的两个端面。储氢腔和热交换腔可以是在长度方向上前后延伸。第一连通孔21可以是在长度方向上前后延伸，第二连通孔22可以是在宽度方向上左右贯穿，第三连通孔23可以是在高度方向上上下贯穿。储氢容器可以是长方体，对应的，前端盖和后端盖也可以是长方体。当然，储氢容器也可以根据要求设计成其它形状，如圆柱体、椭圆柱体等。
对于储氢装置，其包括氢气通道和液体通道，氢气通道将各个储氢腔连通，补给时，外部氢源补给的氢气能够通过氢气通道分流到各个储氢腔；释放氢气时，储氢腔内的氢气通过该氢气通道输出给用氢设备。氢气通道的结构可以不限于上述的第一、第二、第三连通孔结构。液体通道将各个热交换腔连通，其能够使热交换液流经各个热交换腔后，再通过出液接口排出，其结构可以不限于上述的凹槽、第一水槽和第二水槽的结构。
对于储氢装置，其可以采用在金属体上直接打孔的方式形成储氢腔和热交换腔，从而能够承受更大的气体压力。通过焊接金属堵塞，可以有效提高对储氢腔内气压的承受能力。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (8)
1.一种储氢容器，其特征在于，包括金属储氢主体及金属堵塞，所述储氢主体具有相对的前端面和后端面，自所述前端面向后端面延伸出多个有底的储氢腔，贯穿所述前端面和后端面形成多个热交换腔，各所述热交换腔和各所述储氢腔相互隔开且相间分布，所述堵塞有多个并与所述储氢腔一一对应，各所述堵塞焊接固定在与其对应的所述储氢腔内，且所述堵塞具有连通所述储氢腔内部和储氢腔外部的中心孔。
2.一种储氢装置，其特征在于，包括储氢容器、前端盖及后端盖，所述储氢容器包括金属储氢主体及堵塞组件，所述储氢容器具有相对的前端面和后端面，自所述前端面向后端面延伸出多个有底的储氢腔，贯穿所述前端面和后端面形成多个热交换腔，各所述热交换腔和各所述储氢腔相互隔开且相间分布，所述堵塞组件有多个并与所述储氢腔一一对应，所述堵塞组件包括金属堵塞，所述堵塞具有连通所述储氢腔内部和储氢腔外部的中心孔，所述前端盖与所述前端面固定及密封配合，所述后端盖与所述后端面固定及密封配合，所述前端盖具有氢气通道，所述氢气通道连通各所述中心孔，所述氢气通道具有供氢气通过的氢气接口，所述前端盖和后端盖中至少之一具有液体通道，所述液体通道连通各所述热交换腔，所述液体通道具有供液体通过的进液接口和出液接口，使从所述进液接口流入的热交换液流经液体通道、各所述热交换腔后，由所述出液接口流出。
3.如权利要求2所述的储氢装置，其特征在于，所述前端盖具有面向所述储氢主体前端面的后配合面，所述后配合面设有一圈密封槽，所述密封槽内固定有弹性密封圈。
4.如权利要求2所述的储氢装置，其特征在于，所述后配合面设有与所述中心孔一一对接连通的多个有底第一连通孔，左右贯穿所述前端盖形成有多个第二连通孔，上下贯穿所述前端盖形成有至少一个第三连通孔，所述第一连通孔和第二连通孔垂直贯通，所述第三连通孔和第二连通孔垂直贯通，所述第一连通孔、第二连通孔及第三连通孔形成所述氢气通道，所述第三连通孔的开口设有所述氢气接口。
5.如权利要求4所述的储氢装置，其特征在于，各所述第一连通孔均由至少一圈环形密封槽环绕，所述密封槽内固定有弹性密封圈。
6.如权利要求2所述的储氢装置，其特征在于，所述堵塞组件还包括压板及供氢气通过的过滤片，所述压板与所述堵塞固定，所述过滤片定位在所述压板和堵塞之间，所述压板具有多个供氢气通过的通孔，所述堵塞设有能够将氢气汇流至所述中心孔的汇流槽。
7.如权利要求2所述的储氢装置，其特征在于，所述后端盖具有面向所述储氢主体的前配合面，所述前配合面设有有底的第一水槽和有底的第二水槽，所述第一水槽和第二水槽被分隔壁隔开，贯穿所述第一水槽的槽底形成所述进液接口，贯穿所述第二水槽的槽底形成所述出液接口，所述前端盖设有能够串联相邻的两个所述热交换腔的多个有底凹槽，所述第一水槽、第二水槽均通过热交换腔与所述凹槽连通，所述凹槽、第一水槽和第二水槽形成所述液体通道。
8.一种氢动力车辆，其特征在于，包括权利要求2-7中任意一项所述的储氢装置。
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