CN111623233B - 固体氢存储装置 - Google Patents

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Abstract

一种固体氢存储装置，通过提高换热管与传热翅片之间的接触性而提高传热效率。固体氢存储装置包括：传热翅片，包括形成在其中的多个管通孔；以及加热管和冷却管，分别穿过管通孔延伸，并且加热管和冷却管具有不同的热膨胀系数。

Description

固体氢存储装置
技术领域
本发明涉及一种用于提高传热效率的固体氢存储装置。
背景技术
本部分中的记载仅提供与本发明有关的背景技术信息，并且可能不构成现有技术。
基于金属氢化物的固体氢存储材料允许金属和氢分子之间的可逆反应。具体地，当被供应热能时，氢分子从金属中分解并且氢被释放，然而当在压力下供氢时，氢再次与金属结合并存储在金属中。
氢化镁(MgH2)是能够每单位质量存储大量氢(储氢密度：7.8wt％)的代表性金属氢化物之一。
然而，我们已经发现，由于氢释放反应在高温下发生，并且加热所需的电量相应地增加，因此期望提高氢存储***的热效率。
作为背景技术说明的细节仅用于促进理解本发明的背景技术的目的，并且不应被解释为对本领域普通技术人员已知的现有技术的承认。
发明内容
本发明提供一种通过提高换热管与传热翅片之间的接触性而提高传热效率的固体氢存储装置。
在本发明的一种形式中，固体氢存储装置包括：传热翅片，包括形成在其中的多个管通孔；以及加热管和冷却管，分别穿过多个管通孔延伸。特别地，加热管具有第一热膨胀系并且冷却管具有第二热膨胀系数，并且其中第一热膨胀系数与第二热膨胀系数不同。
加热管的第一热膨胀系数可大于冷却管的第二热膨胀系数。
在一种形式中，基于在从氢存储元件释放的氢量最大化的活化温度下加热管在径向上的最大膨胀来确定加热管的第一热膨胀系数。
在另一种形式中，在活化温度下加热管的最大膨胀处于在加热管的外周面与相应的管通孔的内周面之间限定的间隔间隙内。
加热管可由具有第一热膨胀系数的材料制成，使得在活化温度下加热管在径向上的最大热膨胀程度等于或最大限度地接近于在加热管的外周面与相应的管通孔的内周面之间限定的间隔间隙。活化温度是使从氢存储元件释放的氢量最大化的温度。
冷却管可由具有第二热膨胀系数的材料制成，使得在活化温度下冷却管在径向上的最大热收缩程度最小化。在活化温度下，在氢存储元件中存储的氢量最大化。
多个管通孔中的各管通孔可包括在长度方向上从相应的管通孔的周边延伸的孔延伸部，并且加热管或冷却管穿过从管通孔延伸的孔延伸部中相应的孔延伸部而延伸。
各孔延伸部可构造成围绕相应的加热管或冷却管。
各孔延伸部可从相应的管通孔的周边沿向上方向和向下方向延伸。
各孔延伸部可一体地固定至相应的管通孔的周边。
根据本文所提供的说明，其他应用领域将变得显而易见。应当理解的是，说明和特定示例仅用于例示的目的，而非旨在限制本发明的范围。
附图说明
为了可以更好地理解本发明，现在将参照附图以示例的方式说明本发明的各种形式，其中：
图1是示出根据本发明的一种形式的固体氢存储装置的存储容器的构造的视图；
图2是示出根据本发明的一种形式的换热管、传热翅片和氢存储元件的组装状态的视图；
图3是示出根据本发明的一种形式的传热翅片的形状的视图；
图4是示出根据本发明的一种形式的加热管与传热翅片之间的结合结构以及由于热膨胀引起的加热管的形状变化的视图；并且
图5是示出根据本发明的一种形式的冷却管与传热翅片之间的结合结构以及由于热收缩引起的冷却管的形状变化的视图。
本文说明的附图仅用于例示的目的，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
以下说明本质上仅是示例性的，而不旨在限制本发明、应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
现在将参照附图详细说明本发明的示例性形式。
将参照图1和图2说明根据本发明的一种形式的固体氢存储装置。固体氢存储装置包括圆筒形的存储容器40以及沿轴向设置在存储容器40中的多个换热管20。
换热管20包括围绕存储容器40的轴线以预定半径和以规则间隔布置的金属加热管20a和金属冷却管20b。
存储容器40中设置有例如MgH2、NaAlH4等材料制成的用以存储和释放氢的多个盘状的氢存储元件30。这里，在各氢存储元件30中与换热管20对应的位置形成有通孔31，使得换热管20穿过通孔31延伸，从而将热从换热管20提供给氢存储元件30。
在两个相邻的氢存储元件30之间设置有导热性优异的传热翅片10，以便提高从换热管20向氢存储元件30的传热。
为此，如图3所示，各传热翅片10包括多个管通孔11，加热管20a和冷却管20b穿过管通孔11延伸。
特别地，加热管20a和冷却管20b构造成具有不同的热膨胀系数。
在一种形式中，加热管20a由具有比冷却管20b高的热膨胀系数的材料制成。例如，加热管20a可由具有相对较高的热膨胀系数的Zn、Al、Mn等制成，并且冷却管20b可由具有相对较低的热膨胀系数的W、Mo、Fe等制成。
然而，加热管20a和冷却管20b的材料不限于上述材料。
具体地，加热管20a可由具有如下热膨胀系数的材料制成，使得在从氢存储元件30排出的氢量最大化的活化温度下，加热管20a沿径向的最大热膨胀程度等于或最大限度地接近于加热管20a的外周面与管通孔11的内周面之间限定的间隔间隙。换言之，基于如下热膨胀系数来选择用于加热管20a的材料，该热膨胀系数确定在从氢存储元件30排出最大氢量的活化温度下加热管沿径向的最大膨胀程度。在一种形式中，为了提高传热，当加热管20a最大程度地膨胀时，使间隔间隙最小化，即膨胀的加热管20a的外径等于或基本等于管通孔11的内周面的直径。
同时，冷却管20b可由具有如下热膨胀系数的材料制成，使得在氢存储元件30中存储的氢量最大化的活化温度下，冷却管20b沿径向的最大热收缩程度最小化。
在各加热管20a和冷却管20b的外周面与管通孔11的内周面之间限定预定的间隔间隙。因为加热管20a由具有相对较高的热膨胀系数的材料制成，所以加热管20a在加热时热膨胀量很大。因此，如图4所示，不仅使加热管20a与传热翅片10之间的间隔距离减小，而且使加热管20a与氢存储元件30之间的间隔距离减小，从而提高了传热效率。
同时，冷却管20b可由具有相对较低的热膨胀系数的材料制成，并且可以过盈配合方式装配至管通孔11中。
如图5所示，因为冷却管20b由于较低的热膨胀系数而在冷却时热收缩量减小或最小化，所以不仅使管通孔11的内表面与冷却管20b之间的间隔距离减小或最小化，而且使冷却管20b与氢存储元件30之间的间隔距离减小或最小化，从而减小或最小化热损失并且优化了传热效率。
作为参考，由于加热管20a的热膨胀程度可与冷却管20b的热收缩程度不同，因此图4所示的间隔距离可与图5所示的间隔间隙不同。
在本发明的一种形式中，可增加管通孔11的表面积，以便增加加热管20a和冷却管20b与传热翅片10之间的接触面积。
为此，如图4和图5所示，传热翅片10可设置有孔延伸部13，该孔延伸部13沿加热管20a和冷却管20b***管通孔11中的方向从管通孔11的周边突出。
在另一种形式中，传热翅片10构造成具有盘状，并且孔延伸部13沿垂直于盘表面的方向从传热翅片10延伸。这里，各孔延伸部13可构造成围绕加热管20a和冷却管20b中相应的一个。
换言之，通过孔延伸部13增加了管通孔11的内周面的面积，使得传热翅片10与加热管20a和冷却管20b之间的接触面积增加，因此提高了换热管20的传热效率。
此外，孔延伸部13可从管通孔11的上端和下端沿相反方向突出。换言之，由于孔延伸部13关于传热翅片10不仅朝向相邻的氢存储元件30延伸，而且还朝向相反侧相邻的氢存储元件30延伸，因此进一步提高了传热翅片10与氢存储元件30之间的传热效率。
孔延伸部13可一体地固定至管通孔11的周边。在一种形式中，孔延伸部13由与传热翅片10相同的材料制成。
从上述显而易见，由于加热管20a由具有相对较高的热膨胀系数的材料制成，因此加热管20a的热膨胀量高，并且因此加热管20a与传热翅片10之间的间隔距离减小，从而提高了传热效率。同时，由于冷却管20b由具有相对较低的热膨胀系数的材料制成，因此冷却管20b的热收缩量低，并且因此冷却管20b与传热翅片10之间的间隔距离减小，从而减少或最小化热损失。
另外，由于通过形成在管通孔11处的孔延伸部13增加了管通孔11的内周面的面积，因此增加了传热翅片10与换热管20之间的接触面积，从而提高了换热管20的传热效率。
尽管出于说明的目的已公开了本发明的示例性形式，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围和思想的情况下可以进行各种变形、增加和替换。

Claims (9)

1.一种固体氢存储装置，包括：
传热翅片，包括形成在所述传热翅片中的多个管通孔；以及
加热管和冷却管，分别穿过所述多个管通孔中的管通孔延伸，
其中，所述加热管具有第一热膨胀系数，所述冷却管具有第二热膨胀系数，并且所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数不同，并且
其中，基于在从氢存储元件释放的氢量最大化的第一活化温度下所述加热管在径向上的最大膨胀，来确定所述加热管的所述第一热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的固体氢存储装置，其中，所述加热管的所述第一热膨胀系数大于所述冷却管的所述第二热膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的固体氢存储装置，其中，在所述第一活化温度下，所述加热管的所述最大膨胀处于在所述加热管的外周面与相应的管通孔的内周面之间限定的间隔间隙内。
4.根据权利要求1所述的固体氢存储装置，其中，所述加热管由具有所述第一热膨胀系数的材料制成，使得在所述第一活化温度下所述加热管在径向上的最大热膨胀程度等于或最大限度地接近于在所述加热管的外周面与相应的管通孔的内周面之间限定的间隔间隙，并且
其中，所述第一活化温度是从氢存储元件释放的氢量最大化的温度。
5.根据权利要求1所述的固体氢存储装置，其中，所述冷却管由具有所述第二热膨胀系数的材料制成，使得在第二活化温度下所述冷却管在径向上的最大热收缩程度最小化，并且
其中，在所述第二活化温度下，在氢存储元件中存储的氢量最大化。
6.根据权利要求1所述的固体氢存储装置，其中，所述多个管通孔中的各管通孔包括在长度方向上从相应的管通孔的周边延伸的孔延伸部，并且
其中，所述加热管或所述冷却管穿过从所述管通孔延伸的所述孔延伸部中相应的孔延伸部而延伸。
7.根据权利要求1所述的固体氢存储装置，其中，各所述孔延伸部构造成围绕相应的加热管或冷却管。
8.根据权利要求1所述的固体氢存储装置，其中，各所述孔延伸部从相应的管通孔的周边沿向上方向和向下方向延伸。
9.根据权利要求1所述的固体氢存储装置，其中，各所述孔延伸部一体地固定至相应的管通孔的周边。
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