CN2861702Y - 金属氢化物储氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一野外用便携式储氢装置，主要由框架外壳、多个储存容器构成，储存容器置于框架外壳内，其框架外壳为分体式，由主体及上盖组成，外形为腰子形，在该金属氢化物储氢装置的外部装有自锁截止阀和快速接头，在储存容器之间及储存容器与框架外壳之间装有散热片，在储存容器上部带有进放氢集流管；进放氢集流管安装于瓶口接头上，储存容器内安装多孔导气管，多孔导气管的一端定位于储存容器中，另一端与储存容器的进放氢集流管相通，储存容器通过进放氢集流管与自锁截止阀和快速接头相连，储存容器内装有金属氢化物储氢合金粉末。

Description

金属氢化物储氢装置

技术领域

本实用新型属于氢能领域的储氢技术，特别是关于与野外用便携式燃料电池发电***(即移动电源)配套使用的金属氢化物储氢装置。

背景技术

随着人类物质文明的发展，对煤、石油、天然气等矿物能源的需求量日益增大，而这些传统能源的消耗产物，又严重破坏了生态环境，例如温室效应和酸雨等。而且煤、石油、天然气等是不可再生能源，在地球上的储量是有限的，人类不可能长期依赖于它们。目前许多国家都在研究和开发新的可替代能源，譬如太阳能、风能、氢能、核能、潮汐能、地热能、生物质能等等。

氢的燃料热值高，无毒；氢燃烧的产物是水，对环境无污染，真正实现零排放；氢的来源广泛，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最理想、最长远的能源。

氢的使用方式主要有两种：一是用于燃烧，将氢能转化为热能或电能；二是通过先进的发电装置(如燃料电池)，将氢能转化为电力。燃料电池是氢能应用的重要途径，其特点是：能量转换率高，燃料多样化，排气干净，噪音低，对环境污染少，可靠性及维修性好等。燃料电池按电解质划分，共有五大类：碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型。其中质子交换膜燃料电池具有可室温快速启动、无电解液流失、寿命长、比功率与比能量高等优点，特别适合作为可移动动力源，也可以作为分布式电站和家庭动力源。目前，燃料电池技术已有了突飞猛进的发展，有望在不久的将来实现产业化。燃料电池工作时所需的燃料气体为氢气(高纯氢)，氧化剂为氧气，氢和氧通过电化学反应生成水，同时将化学能转换成电能。氢气作为燃料电池的氢源，其储存方式大致有四种：(1)金属氢化物储氢；(2)液化储氢；(3)吸附储氢；(4)压缩储氢。金属氢化物储氢是一种固态储氢技术，与其它方式相比，具有安全性好、体积储氢密度高、氢气纯度高等优点，其单位体积贮氢的密度是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍。

金属氢化物储氢装置应用于野外用便携式燃料电池发电***，具有以下主要功能：1)野外业时，安全性好，罐体遭受破坏时，无***危险；2)与蓄电池相比，作为通信设备电源，具有向通信设备连续供电的功能，不会因更换电池而断电；3)与传统柴油发电***相比，噪音小，隐蔽性好。

金属氢化物储氢器内装有金属氢化物储氢材料，金属氢化物储氢材料吸氢时，其晶胞体积变大，放氢时晶胞体积收缩，储氢容器也将随之发生膨胀收缩变形，如填料不均，还将导致容器不同部位，受力不均匀，因此容器壳体材料除应满足抗氢脆性能外，还应满足高强度、变形量低的要求。

金属氢化物储氢材料吸放氢的过程是一热交换的过程，吸氢时放热，放氢时则吸热。金属氢化物储氢材料吸放氢时，主要利用容器表面与外界进行热交换，而现有的储氢器未能有效增大容器表面积，导致金属氢化物储氢材料吸放氢时不能与外界环境进行充分的热交换，影响了其动力学性能，吸放氢速率减慢。在储氢器整体体积不变的情况下，若能增大容器的表面积，则可以提高储氢材料的热交换效率，从而保证氢气的稳定输出。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种新型结构的金属氢化物储氢装置，该储氢装置可在野外条件下连续稳定供氢，保证通讯设备用电的需要。

为了达到上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：金属氢化物储氢装置主要由框架外壳、储存容器构成，储存容器置于框架外壳内，框架外壳为分体式，由主体及上盖组成，外形为腰挎形，在该金属氢化物储氢装置的外部装有自锁截止阀和快速接头，在储存容器之间及与框架外壳之间带有散热片，在储存容器上部带有进放氢集流管；进放氢集流管安装于瓶口接头上，储存容器内安装多孔导气管，多孔导气管的一端定位于储存容器中，另一端与储存容器的进放氢集流管相通，储存容器通过气路管与自锁截止阀和快速接头相连，储存容器内装有金属氢化物储氢合金粉末。

本实用新型的金属氢化物储氢装置至少包括两个储存容器。

本实用新型的金属氢化物储氢装置的框架壳体上分布有散热孔，从而改善储氢装置的热交换效率。

本实用新型的金属氢化物储氢装置的瓶口接头内设置有过滤片，防止合金细粉进入气路。

本实用新型的金属氢化物储氢装置中的散热片上分布有与储存容器相对应的在同一方向翻边的冲孔，冲孔内径略大于储存容器的外径，翻边可将散热片之间彼此分隔开来，同时又起到支撑的作用。

本实用新型的储存容器中的导气管为多孔不锈钢管。

本实用新型的储存容器中的导气管可以为一根或一根以上。

为方便携带，本实用新型的金属氢化物储氢装置的框架外壳上带有背带环。

本实用新型的金属氢化物储氢装置中的储存容器由轻质、高强度的铝合金或不锈钢材料制成。

本实用新型中储存容器内的金属氢化物为AB5、AB₂型或TiV固溶体合金，合金经真空感应熔炼而成；将熔炼后的铸锭作为中间合金，放入真空快凝炉中，重熔后，在旋转单棍上进行熔体快冷(甩带法)，制备出带厚为300-500μm的储氢合金，破碎成粉末，；将破碎成粉末的储氢合金与导热剂和抗板结剂按一定比例混合，置于储存容器中。

本实用新型的优点是：

(1)该容器具有较高的耐压性，极限耐压为25MPa；

(2)选用的储氢材料能在较宽的温度区间工作，即使是在甚至-13℃时也能稳定放氢；

(3)采用导热剂，改善储氢材料的热传导率，使储氢材料与容器、散热片进行充分的热交换；通过散热孔，使容器、散热片与大气进行热交换；

(4)采用抗板结剂，减缓材料在吸放氢过程中粉化而导致板结现象的发生；利用储氢材料吸氢时造成的容器的体积膨胀，使散热片与容器达到紧密配合，由此增大了容器的表面积，使得储氢装置与外界环境的热交换效率明显提高，该储氢装置在无热交换介质、空气不流动的情况下，仍能稳定供氢，即使在-13℃时仍可稳定地输出氢气，与此同时，散热片与容器的紧密结合也进一步提高了容器的抗变形能力；

(5)采用的截止阀具有自锁功能，只有打开保险方能使用，可有效防止氢气泄漏；

(6)依据人体工学要求，将储氢装置设计成腰挎形，使用者可以像携带水壶那样将其斜挎于腰部，便于携带；采用快速接头，与燃料电池***中的实现储氢装置与移动电源的快速连接，使储氢装置应用于野外用便携式燃料电池发电***，满足野外通信设备供电，同时具有隐蔽性，保证连续的用电需要。

(7)本实用新型的储氢装置的框架外壳为分体式，便于维修及更换内部组件；并且带有背带环，便于携带。

金属氢化物储氢装置除应用于燃料电池外，还可应用于太阳能光伏技术、半导体生产用高纯氢源、热泵及压缩机制冷等其它方面。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明：

图1为本实用新型金属氢化物储氢装置的剖面视图；

图2为储氢容器的剖面视图；

图3为腰子形散热片的俯视图

图4为本实用新型的金属氢化物储氢装置的外形示意图。

具体实施方式

如图1所示金属氢化物储氢装置，其主要包含：三个如图2所示的储存容器10；散热片11；导气管12；瓶口接头13；气路管14、截止阀16及快速接头17。

储氢装置的框架外壳如图4所示，为腰挎形，且为分体式，由上盖25及壳体23构成，储存容器10置于框架外壳内，导气管12安置于储存容器10中，储存容器10中的剩余空间填充AB₂型钛系储氢材料与导热剂及抗板结剂20，瓶口接头13内安置过滤片22，若干片散热片11置于储存容器10外，每一散热片11具有三个向同一方向翻边的冲孔21，如图3所示，冲孔的内径略大于储存容器外径Do，翻边既可将若干个散热片彼此分隔开，也可起到支撑的作用。

为方便制作本实用新型的金属氢化物储氢装置，储存容器10预先成形体可选用轻质、高强度的铝合金材料，较佳者，是采用旋压工艺制成、并经过热处理及时效处理后的铝合金，其极限耐压可达25MPa。

导气管12为采用粉末冶金方法制成的多孔金属管，其一端固定于储存容器底端，另一端与容器端口19相通，保证气路的通畅。

接头13中的过滤片22，可由不同粒度的金属粉末经压制、烧结而成，经由压制、烧结制得的多孔金属片为最佳，孔径约为1～5微米，可防止储氢材料的细粉进入气路管14中。

散热片11安装于储存容器10之间及储存容器10与框架外壳之间，散热片11由轻质、且具有一定强度的金属经冲压而成，冲孔内径略大于储存容器外径Do，储氢材料吸氢后造成容器的膨胀变形，使冲孔21与储存容器10达到紧密配合，使得散热片11与储存容器10的有效接触面积增大，从而提高了储氢装置的热交换效率，同时每个散热片的翻边可分隔、支撑相邻的散热片。

截止阀16以螺钉24固定在框架上盖25上，其由轻质、耐压金属制成，具有进气接口28和出气接口29；该阀还设有保险开关，操作简单，具有自锁功能，可有效防止因意外碰撞造成的氢气泄漏。

制作本实用新型的金属氢化物储氢装置时，先将导气管12一端定位于储存容器10中，导气管12的另一端与储存容器10的端口19相通，为气体提供通畅的扩散通道；然后填充一定量的未活化的储氢材料、以及一定比例的导热剂和抗板结剂20；以螺纹方式将接头13固定于容器开口处19，再将若干片腰子形散热片11装配于储存容器10外，散热片11和容器10采取过盈配合；将不锈钢管14的一端焊接于瓶口处的接头13，另一端通过卡套15连接于截止阀16的进气接口28，截止阀16的出气接口29以软管27与快速接头17相连，截止阀17以螺钉24固定在框架上盖25上，快速接头17位于上盖25的外部。

为方便挎于肩上携带，在框架外壳的外侧焊接有背带环26，用于安装背带。

使用该金属氢化物储氢装置之前，先将高纯氢气经由快速接头17、软管27、截止阀16、气路管14、容器10的端口19及导气管12导引给储氢材料，然后将储存在金属氢化物内的氢气完全释放，依此重复2～3次，待材料完全活化后，再充入高纯氢气以备使用。

本实用新型携带方便，可在较恶劣的野外环境下稳定供氢，且适用的温度环境较宽，能够保证通信等用电的需要。

本实用新型为一种突破现有技术的设计方案，也可用其它的特定形式实现，因此，上述所列实施例为非限制性实施例，而其它合乎本实用新型权利要求书所定义的范围或为其技术实施方案等效者，均应包含在本实用新型的保护范畴内。

Claims (8)

1.一种金属氢化物储氢装置，主要由框架外壳、多个储存容器构成，储存容器置于框架外壳内，其特征是：框架外壳为分体式，由主体及上盖组成，外形为腰子形，在该金属氢化物储氢装置的外部装有自锁截止阀和快速接头，在储存容器之间及储存容器与框架外壳之间装有散热片，在储存容器上部带有进放氢集流管；进放氢集流管安装于瓶口接头上，储存容器内安装多孔导气管，多孔导气管的一端定位于储存容器中，另一端与储存容器的进放氢集流管相通，储存容器通过进放氢集流管与自锁截止阀和快速接头相连，储存容器内装有金属氢化物储氢合金粉末。

2.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢装置，其特征是：包括至少两个储存容器。

3.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢装置，其特征是：框架外壳体上分布有散热孔。

4.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢装置，其特征是：瓶口接头内设置有过滤片。

5.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢装置，其特征是：散热片上分布有与储存容器相对应的、在同一方向翻边的冲孔，冲孔内径略大于储存容器的外径，翻边可将散热片之间彼此分隔开来。

6.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢装置，其特征是：导气管为多孔不锈钢管。

7.根据权利要求6所述的金属氢化物储氢装置，其特征是：本实用新型的储存容器中的导气管可以为一根或一根以上。

8.根据权利要求1所述的金属氢化物储氢装置，其特征是：框架外壳上带有背带环。

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