CN2667678Y - 具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，主要由一壳体、一过滤杆件及一导管构成，适于吸收氢气及释放氢气。其中，壳体的顶部具有一中央孔洞及一接头，而接头配置于中央孔洞内，并在中央孔洞的两侧边具有对应的二个通孔，而储氢合金充填于壳体的内部。本实用新型的过滤杆件，其内部为中空状，并与接头连接，而且延伸至壳体底部的上方，而导管具有一第一端、一第二端及连接第一端及第二端的中间部，第一端及第二端系分别穿过这二个通孔，并且裸露于壳体的外部，而中间部位于壳体的内部，且为双螺旋的结构，又双螺旋结构包围过滤杆件，并且中间部延伸至该壳体底部的上方。

Description

具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置

技术领域

本实用新型涉及一种储氢装置，特别是有关于一种具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置。

背景技术

燃料电池(FuelCell)为一种无污染的绿色发电技术，此一发电技术是利用电化学原理，直接将燃料中的化学能转换成电能，并释放出热能的装置。

氢气是燃料电池最直接的燃料，也就是不需经过重组器的转换就可使用，氢不但是自然界中是最丰富的自然元素，而且在转换为电能的过程中仅产生微量的水，因此，颇合乎国际环保的要求。然而，如何将氢气提供给燃料电池，其中最重要的就是氢的储存，而储氢的方法，有储氢合金罐、高压储氢钢瓶，液态氢储气槽及微管碳纤等，就储存密度、方便性、安全性及成本等方面来看，以储氢合金罐为最佳。

图1是台湾公告号为491336的氢储运装置的剖面示意图。请参考图1，习知氢储运装置100主要由一储氢合金102、一壳体104、一控制气阀单元106及一热交换器108所构成。其中，壳体104的上方具有一开口110，并且其侧边亦开设二个孔洞(未绘示)，而控制气阀单元106系配置于开口110内，并且储氢合金102装置于壳体104的内部，而热交换器108装置于壳体104的内部。

请继续参考图1，习知的热交换器具有一第一端112、一第二端116及连接第一端112及第二端116的中间部114，第一端112及第二端116分别穿过壳体104上方的二个孔洞，而中间部114位于壳体104的内部，并且呈单螺旋状。所以当欲加速储氢合金102的吸氢放热或释氢吸热反应时，此时，热交换器108分别提供一冷却源或一热源，由第一端112进入单螺旋状的热交换器108，经由弯曲的螺旋管增加与储氢合金102的接触面积，以加速反应。习知储氢装置100的控制气阀单元106具有一过滤器118，其配置于壳体104的开口110内，过滤器118的材质例如由钯金属粉末烧结成型而制成，其具有允许氢气流通进出，并过滤制止其它气体及杂质进入的作用。

然而，习知储氢装置在吸氢及释氢过程中，仍有其不便利性存在，原因条列如下：

1、习知储氢装置由于氢气在快速进出过程中，因储氢合金吸放热以致氢流量容易快速减低。

2、过滤器的厚度若不够厚实，对于过滤杂质及其它气体的能力而言，其效率则不佳。

3、过滤器的厚度若够厚实，则对释氢速率的阻抗就变的较大。

4、热交换器的单螺旋管路与储氢合金接触的面积不够大，无法对储氢合金均匀的加热，或均匀的吸收储氢合金所释出的热量，而影响其吸氢及释氢的能力。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其能够有效的过滤杂质，并防止储氢合金劣化后形成粉末而外泄。

本实用新型的另一目的是在提供一种具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，不仅能在特定的时间内保持固定的流量，并且其单位释氢流量亦较多。

本实用新型的又一目的就是提供一种具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其能对储氢合金均匀的加热，或均匀的吸收储氢合金所释出的热量，以提升其释氢及吸氢的能力。

本实用新型的上述目的是这样实现的，一种具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其特征在于该装置包括：一壳体，其顶部具有一中央孔洞及一接头，该接头配置于该中央孔洞内，且该中央孔洞的两侧边具有对应的数个通孔；一过滤杆件，与该接头连接，并且延伸至该壳体底部的上方；以及一导管，具有一第一端、一第二端及连接该第一端及该第二端的中间部，该第一端及该第二端系分别穿过该壳体的该些通孔，并且裸露于该壳体的外部，中间部位于该壳体的内部，并且为双螺旋结构，又该双螺旋结构包围该过滤杆件，并且该中间部延伸至该壳体底部的上方。

其中，导管的第一端或第二端输入热源，再经导管的第二端或第一端流出。或者，导管的第一端及第二端输入冷源，再经导管的第二端或第一端流出。

其中，过滤杆材的材质可为烧结的不锈钢粉末，因烧结的不锈钢粉末其具有众多微细的细孔，且其孔径为0.1～1.0微米，因此可作为氢气的信道，并有过滤其它杂质的作用。

其中，过滤杆材为不锈钢管材时，则可将多段的不锈钢管材，两两之间以烧结的不锈钢管材连接，其连接方法包括焊接。

其中，过滤杆件为不锈钢管材时，其表面可配置贯穿不锈钢管材厚度的多个小孔，且在对应这些小孔的管材内径配置多个滤网，而这些滤网的材质包括不锈钢。

此外，本实用新型的过滤杆件采用不锈钢粉末并烧结成型，或采用多个不锈钢管材，并在不锈钢管材之间以粉末烧结的不锈钢管材连接，或在不锈钢管材的表面配置多个小孔，且在多个小孔相对应的内径配置滤网。使氢气经由烧结的不锈钢管材或滤网进出。三种方式都可过滤杂质及其它气体，使储氢合金储运高纯度的氢气，并且本实用新型亦利用燃料电池所产生的废热，以加热储氢合金。

下面结合附图以具体实例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是台湾公告号为491336的氢储运装置的剖面示意图；

图2是依照本实用新型一较佳实施例的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置的剖面示意图；

图3是依照本实用新型一较佳实施例的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，经由烧结而成的过滤杆件的剖面示意图；

图4是依照本实用新型一较佳实施例的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其过滤杆件乃由多段的不锈钢管材焊接多段的烧结不锈钢管材的剖面示意图；

图5是依照本实用新型一较佳实施例的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其过滤杆件为表面具有多个小孔的不锈钢管材，且在对应这些小孔的管材内径配置多个滤网的示意图。

附图标记说明：100..氢储运装置；200..储氢装置；102、204..储氢合金；104、202..壳体；106..控制气阀单元；108..热交换器；110..开口；112、216..第一端；114、220..中间部；116、218..第二端；118..过滤器；206..接头；208、306、308、408..过滤杆件；210..导管；212..中央孔洞；214、222..通孔；224..第一环；226..第二环；301、302、303、304、305..不锈钢管；410..小孔；412..折迭式滤网。

具体实施方式

图2是依照本实用新型一较佳实施例的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置的剖面示意图。请参考图2，本实施例的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置200适于连接一填充氢气装置(未绘示)，或连接一燃料电池(未绘示)，其主要由一壳体202、一过滤杆件208及一导管210所构成。其中，壳体202的顶部具有一中央孔洞212及一接头206，且接头206配置于中央孔洞212内，而接头206与壳体202的连接方法例如利用焊接。本实施例的合金储氢合金罐装置200还具有一储氢合金204，储氢合金204配置于壳体202中。又本实施例的中央孔洞212的两侧边具有互相对应的二个通孔214、222，而储氢合金204充填于壳体202的内部。而过滤杆件208一端与接头206连接，其连接的方法同样例如利用焊接，而另一端则延伸至壳体202底部的上方，其形状例如为管状。又导管210具有一第一端216、一第二端218及连接第一端216及第二端218的中间部220，第一端216及第二端218分别穿过二个通孔214、222，并且例如利用焊接将第一端216、第二端218固定于通孔214、222，而裸露于壳体202的外部。本实施例的中间部220位于壳体202的内部，且其形状为双螺旋结构，其包含一第一圈224及互相连接的一第二圈226，且第一圈224与第二圈226的直径可为相等或不相等，并且包围过滤杆件208，使得过滤杆件208穿过导管210所包围的区域，而中间部220同样亦延伸至壳体202底部的上方。

请继续参考图2，壳体202一般的材质例如为不锈钢或铝合金，而形状大致为圆柱形，本实施例的储氢合金204例如为稀土系的镧系合金，其储氢能力可达1.5wt％，虽然储氢密度较其它合金低，但其释氢反应的温度/压力适中，所以其反应速率也较其它储氢合金快。而接头206配置于壳体202的中央孔洞212内，其一端连接电磁阀及管路(未绘示)，另一端连接过滤杆件208，连接电磁阀及管路的一端可决定氢气流入储氢装置200，或流出储氢装置200。

图3是依照本实用新型一较佳实施例的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，经由烧结而成的过滤杆件的剖面示意图。请参考图3，本实施例的过滤杆件208，其主要由不锈钢粉末，经由烧结而成型，故过滤杆件208的表面具有众多肉眼无法辨识的微细的细孔，其孔径为0.1～1.0微米，虽然表面具有众多微细的细孔，但仍拥有相当的强度，以抗衡释氢/吸氢的氢气流压力。因此，当储氢合金204进行吸氢反应时，氢气通过过滤杆件208的同时亦有过滤杂质的功用。而当储氢装置200使用一段时间后，储氢合金204难免会劣化而形成粉末，此时，若储氢合金204进行释氢动作时，过滤杆件208亦可阻挡粉末进入氢气流中，而影响燃料电池的性能。

请继续参考图2及图3，本实施例的导管210其第一端216及第二端218分别穿过壳体202的二个通孔214、222，以连接外部的热源或冷却源(未绘示)，而连接第一端216及第二端218的中间部220，位于壳体202的内部，并且呈双螺旋结构，又中间部220由一第一环224及一第二环226所组成，而第一环224及第二环226的直径可为相等或不相等。其双螺旋结构的目的乃为增加导管210与储氢合金204的接触面积，故为加速释氢吸热或吸氢放热的反应，即可由第一端216输入热源或冷却源，例如连接一燃料电池所产生的废热，经由弯曲的螺旋导管210，再由第二端218流出。值得注意的是，因为中间部220为双螺旋结构，又包围过滤杆件208，所以当储氢合金204进行释氢反应时，很容易因为导管210中间部220的热传，使得储氢合金204温度提升，而迅速的将氢气经由过滤杆件208表面的细孔，排至过滤杆件208的内部而抽出。或者在充填氢气时，则令储氢合金204的温度降低，使氢气从过滤杆件208的表面众多微细的细孔溢出后，迅速地与储氢合金204化合，而储存于储氢装置200内。亦即热源可经由第一端216或第二端218输入，再由第二端218或第一端216输出，或冷源可经由第一端216或第二端218输入，再由第二端218或第一端216输出，以帮助储氢或释氢的作动。

图4是依照本实用新型一较佳实施例的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其过滤杆件乃由多段的不锈钢管材焊接多段的烧结不锈钢管材的剖面示意图。请参考图4，本实施例的过滤杆件308，与上述过滤杆件208雷同，惟其不同处是，利用多段的不锈钢管材301、302、303、304、305，两两之间并与烧结后切成小段的过滤杆件306焊接在一起，除了作为氢气的信道之外，并有过滤杂质及其它气体的功用。

图5是依照本实用新型一较佳实施例的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其过滤杆件为表面具有多个小孔的不锈钢管材，且在对应这些小孔的管材内径配置多个滤网的示意图。请参考图5，本实施例的过滤杆件408，与上述过滤杆件208雷同，惟其不同处是，整根过滤杆件408为不锈钢管材，但其表面具有多个小孔410，并在对应这些小孔410的内径配置多个折迭式滤网412，而滤网412的材质例如为不锈钢。同样地，本实施例滤网412及小孔410的设计除了作为氢气的信道之外，并有过滤杂质及其它气体的功用。

以下所述系为本实用新型的实施例实验数据，包括双螺旋导管、单螺旋导管及无导管加热后的释氢速率测试：

双螺旋导管		单螺旋导管		无导管
						时间(分)	升/分	时间(分)	升/分	时间(分)	升/分
1	18.25	1	18.2	1	14.8
						2	18.26	2	18.12	2	12.6
3	18.21	3	13.8	3	9.3
						4	18.23	4	12.8	4	6.6
5	18.26	5	12.2	5	5.7
						6	18.18	6	12.2	6	4.69
8	18.16	8	11.56	8	3.19
						9	18.17	9	11.7	9	3
10	18.15	10	11.55	10	2.7
						12	18.15	12	11.3	12	2.3
13	18.15	13	11.2	13	2.1
						15	18.17	15	11.1	15	1.97
17	18.15	17	10.9	17	1.86
						19	18.17	19	10.8	19	1.69
23	18.17	23	10.5	23	1.51
						25	18.17	25	10.4	25	1.46
27	18.16	27	10.19	27	1.4
						29	18.16	29	10.18	29	1.36
31	18.16	31	10.2	31	1.33
						33	17.9	33	10.2	33	1.3
35	17.5	35	10	35	1.29
						37	16.6	37	9.6	37	1.29
39	16.3	39	9.6	39	1.29
						41	16	41	9.6	41	1.29
43	15.6	43	9.3	43	1.29
						45	15.2	45	9.1	45	1.29
47	15	47	8.8	47	1.28
						49	14.9	49	8.7	49	1.28

由以上数据得知，加热双螺旋导管其释氢时间较长且较稳定。又本实用新型的实施例其过滤杆件为粉末冶金管材及不锈钢管材包含折迭式滤网的释氢量比较如下：

粉末冶金管		折迭式滤网
				Psig	升/分	psig	升/分
0.42	6.5	2.63	4.2
				0.5	7.6	3.23	6.5
0.64	9.9	4.23	6.7
				0.86	12.8	5.37	8.8
1.03	14.6	5.9	11.2
				1.31	16.5	6.5	12
1.49	19.3	7	13.3
				1.6	21.4	7.5	14
1.7	21.8	7.75	15.1
				1.9	25.5	8.2	16
		12.3	23.5

因此，从以上实验数据可知，粉末冶金烧结制成的过滤杆件，其释氢量优于不锈钢管材的表面具有多个小孔及其对应的内径配置折迭式过滤网的释氢量。

在上述较佳实施例中，配置一过滤杆件及具有双螺旋结构的导管，以过滤杂质并加速释氢及吸氢的速率，然而上述仅为举例说明，并非用以限定本实用新型的过滤杆件及导管的形式，任何本领域的熟练技术人员应可推知本实用新型的过滤杆件亦可以为其它任何几何型态。同样地，本实用新型的储氢合金在吸氢放热时亦可以将储氢装置放于冷水中，以加速吸氢反应。

综合以上所述，本实用新型的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置至少具有下列优点：

1、本实用新型的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，以金属粉末烧结成过滤杆件，不仅具有过滤杂质的功能，并能防止储氢合金劣化后的细粉，进入燃料电池。

2、本实用新型的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，以多个不锈钢管材制成的过滤杆件，其间焊接多个烧结的不锈钢管材，不仅具有过滤杂质的功能，更能降低成本。

3、本实用新型的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，将导管制成双螺旋结构，使与储氢合金增加接触面积，以增加释氢/吸氢的反应速率，并节省释氢/吸氢的反应时间。

4、本实用新型的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，因为过滤杆件与双螺旋结构的导管保持稳定的间距，使储氢合金的释氢/吸氢速率稳定。

5、本实用新型的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，在相同的储氢壳体内，不仅双螺旋结构的导管的表面积比单螺旋结构的导管的表面积大之外，双螺旋结构的导管的体积更比单螺旋结构的导管的体积小，故能储存较多的储氢合金，进而储置较多的氢气。

6、本实用新型的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其加热储氢合金的热源乃回收燃料电池的废热，可节省额外的成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，当不能以此限制本实用新型的范围。凡依本实用新型权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本实用新型的要义所在，亦不脱离本实用新型的精神和范围的，都应视为本实用新型的进一步实施。因此本实用新型的保护范围由后附的权利要求所界定。

Claims (10)

1、一种具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其特征在于该装置包括：

一壳体，其顶部具有一中央孔洞及一接头，该接头配置于该中央孔洞内，且该中央孔洞的两侧边具有对应的数个通孔；

一过滤杆件，与该接头连接，并且延伸至该壳体底部的上方；以及

一导管，具有一第一端、一第二端及连接该第一端及该第二端的中间部，该第一端及该第二端系分别穿过该壳体的该些通孔，并且裸露于该壳体的外部，中间部位于该壳体的内部，并且为双螺旋结构，又该双螺旋结构包围该过滤杆件，并且该中间部延伸至该壳体底部的上方。

2、如权利要求1所述的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其特征在于还包括一储氢合金，该储氢合金充填于该壳体中，且该储金合金包括镧系合金。

3、如权利要求1所述的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其中该过滤杆件为不锈钢粉末经由烧结而成型，且该过滤杆件的表面具有数个0.1～1.0微米的孔径。

4、如权利要求3所述的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其中该过滤杆件为数个不锈钢管材的组合，并且在该些不锈钢管材之间连接该些烧结的不锈钢管材。

5、如权利要求1所述的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其中该过滤杆件为不锈钢管材，其表面具有贯穿该管材厚度的数个小孔，且在对应该些小孔的该管材内径配置数个滤网。

6、如权利要求5所述的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其中该些滤网的材质包括不锈钢。

7、如权利要求1所述的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其中该导管的结构包括双螺旋结构，且从该导管的该第一端及该第二端其中的一输入热源，经该导管的该第二端及该第一端其中的一流出，并且从该导管的该第一端及该第二端其中的一输入冷源，再经该导管的该第二端及该第一端其中的一流出。

8、如权利要求7所述的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其中该中间部具有互相连接的一第一圈及一第二圈，且该第一圈及该第二圈的直径为相等及不相等其中之一。

9、如权利要求1所述的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其中该过滤杆件的形状包括管状，且该过滤杆件穿过导管所包围的区域。

10、如权利要求1所述的具均匀氢气释放及有效热交换结构的储氢合金罐装置，其中该装置适于连接一供气装置及一燃料电池其中之一。

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