一種帶有外換熱結構的儲氫罐的製作方法

2023-12-04 06:59:41

一種帶有外換熱結構的儲氫罐的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶有外換熱結構的儲氫罐，屬於氫能領域的儲氫【技術領域】。本發明的儲氫罐的結構為：裙座位於罐體的底部；儲氫材料床體位於罐體內；導氣管位於罐體內部中心位置，並從罐體的底部直通罐口；罐口內部安裝有過濾片，罐口外部安裝有氫氣瓶閥；外殼位於所述的罐體的外部，外殼的兩端分別設有導熱液入口和導熱液出口；在外殼與罐體之間的環形腔體內設有換熱結構。換熱結構為直流形、折流形、單螺旋形或多螺旋形；儲氫材料床體為儲氫材料與導熱纖維的均勻混合體。本發明提供的儲氫罐結構簡單、製作加工容易，成本低；與現有的儲氫罐相比具有更佳的換熱效果，放氫性能更優異。
【專利說明】一種帶有外換熱結構的儲氫罐
【技術領域】
[0001]本發明屬於氫能領域的儲氫【技術領域】，特別涉及一種帶有外換熱結構的儲氫罐。【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，煤、石油、天然氣等化石燃料已無法滿足人類日益增長的需求，同時化石燃料的使用又造成了生態環境的惡化，如溫室效應。另外，煤、石油、天然氣等為不可再生資源，且在地球上的儲量有限，人類不可能一直依賴於它們。因此許多國家都在研究和開發新的替代能源，如氫能、風能、太陽能、核能、生物質能、水能、海洋能等。氫的燃燒熱值高，每千克氫燃燒後的能量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍；氫燃燒的產物是水，對環境零汙染；氫是宇宙中分布最廣泛的物質，其構成了宇宙總質量的75%，在地球的儲量極其豐富，可再生和重複利用，因此氫能被認為是人類理想的能源，得到了全世界的廣泛關注。
[0003]燃料電池是氫能應用的重要方式，具有高效、環保、重量輕、噪音小等諸多優點，在交通運輸、分布式發電以及備用電源等領域具有良好的應用前景。燃料電池採用氫氣作為燃料，需要有穩定可靠的氫源。目前，較為實用的儲氫方式主要有三種:高壓容器儲氫(如鋼瓶)、低溫液氫儲罐(低溫杜瓦罐)及儲氫材料儲氫罐。儲氫材料儲氫罐是利用氫氣與儲氫材料的反應來實現氫氣的儲存，與其他儲氫方式相比，具有儲氫密度高、安全性好、氫氣純度高等優點，可以為燃料電池提供穩定可靠的氫源。
[0004]儲氫材料吸氫時會產生大量熱量，而放氫時需從外部吸收熱量，且溫度對儲氫合金的吸放氫速率影響巨大，因此，為保證儲氫材料儲氫罐吸放氫的快速進行，應改善其換熱性能。中國專利CN202048351U在儲氫罐內設置蜂巢式的換熱結構，改善了儲氫罐內部的傳熱能力，但其並未增強儲氫罐與環境的換熱，且其製作成本高，加工難度大。通過儲氫罐外部安裝一定量的換熱翅片，通過空氣進行換熱，雖然增加了儲氫罐與環境的換熱面積，但空氣的換熱較差，這種結構對提高儲氫罐的換熱性能有限(如:專利CN2861702Y、CN1609499A、CN2658543Y 以及 CN201562717U 等)。專利 CN2667678Y 公開了一種帶有內螺旋熱管的儲氫提聞儲氫內部的換熱效率，但是螺旋熱管的換熱面積有限，無法大幅提高儲氫罐的性能，且螺旋換熱管使得儲氫罐的內部結構複雜，不能保證儲氫材料的均勻性，將無法保障其安全可靠性。

【發明內容】

[0005]為解決上述問題，本發明提出了一種帶有外換熱結構的儲氫罐。
[0006]一種帶有外換熱結構的儲氫罐，結構如下:
[0007]所述的儲氫罐由裙座1、導熱液入口 2、外殼3、換熱結構4、罐體5、導氣管6、儲氫材料床體7、導熱液出口 8、過濾片9、氫氣瓶閥10組成。
[0008]裙座I位於罐體5的底部；儲氫材料床體7位於罐體5內；導氣管6位於罐體5內部中心位置,並從罐體5的底部直通罐口 ；罐口內部安裝有過濾片9，罐口外部安裝有氫氣瓶閥10 ;外殼3位於所述的罐體5的外部,外殼3的兩端分別設有導熱液入口 2和導熱液出口 8 ;在外殼3與罐體5之間的環形腔體內設有換熱結構4 ；
[0009]其中，
[0010]所述的罐體5的外徑為6(Tl80mm，長度為500?2500臟；
[0011]所述的外殼3的外徑比罐體5的外徑大10?50mm,厚度為長度與罐體5 —致；
[0012]所述的換熱結構4為直流形、折流形、單螺旋形或多螺旋形，安裝在外殼3與罐體5之間的環形腔體內，形成導熱液通道；強制導熱液沿著換熱結構中的通道流動，從而大幅增強換熱效果；
[0013]所述的儲氫材料床體7為儲氫材料與導熱纖維的均勻混合體；所述的儲氫材料為稀土系AB5型、鈦系AB2型和AB型、鈦釩固溶體和高容量輕質儲氫材料中的任意一種；所述的導熱纖維的材質為鋁、銅和碳中的任意一種；儲氫材料與導熱纖維的質量比在98:2?90:10 之間；
[0014]所述的導氣管6和過濾片9為採用粉末冶金方法製成的銅粉或不鏽鋼燒結體，過濾精度為0.5飛微米，可有效阻擋儲氫材料粉末，同時保證氫氣的暢通。
[0015]本發明的有益效果為:
[0016]本發明提供的一種帶有外換熱結構的儲氫罐結構簡單，製作加工容易，成本低；在儲氫罐外部設置換熱結構，增大了儲氫罐的換熱面積，且換熱結構大幅提高了導熱液的流動距離，進一步提高了換熱效果；與現有的儲氫罐相比具有更佳的換熱效果，其放氫性能更優異，在57SL/min氫氣流量條件可連續放氫190min，放氫率高達98%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發明提供的一種帶有外換熱結構的儲氫罐的結構示意圖；
[0018]圖2是使用本發明實施例的儲氫罐在57SL/min氫氣流量下放氫時，氫氣壓力(曲線A)、放氫流量(曲線B)和累積放氫量(曲線C)隨時間的變化曲線；
[0019]圖3是直流形換熱結構的結構示意圖；
[0020]圖4是折流形換熱結構的結構示意圖；
[0021]圖5是單螺旋形換熱結構的結構示意圖；
[0022]圖6是多螺旋形換熱結構的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體的實施例對本發明做進一步詳細的說明:
[0024]如圖1所示，一種帶有外換熱結構的儲氫罐的結構如下:
[0025]裙座I位於罐體5的底部；儲氫材料床體7位於罐體5內；導氣管6位於罐體5內部中心位置，並從罐體5的底部直通罐口 ；罐口內部安裝有過濾片9，罐口外部安裝有氫氣瓶閥10 ;外殼3位於所述的罐體5的外部,外殼3上設有導熱液入口 2和導熱液出口 8 ；在外殼3與罐體5之間的環形腔體內設有換熱結構4 ;氫氣瓶閥10與罐體5採用生料帶密封；
[0026]其中，罐體5由不鏽鋼無縫管與封頭焊接而成，外徑140mm，長1200mm ；[0027]外殼3的外徑為160mm，由2mm厚的不鏽鋼板卷焊而成，
[0028]換熱結構4採用如圖5所示的單螺旋形換熱結構，螺距為50mm ;它由2mm厚的不鏽鋼薄板製成，兩端分別與裙座I和罐體5焊接固定；
[0029]導氣管6和過濾片9為採用粉末冶金方法製成的不鏽鋼燒結體，過濾精度為I微米，導氣管6的直徑為12mm ；
[0030]儲氫材料為Tia97Zratl3(VFeMn)2，導熱纖維為鋁絲，儲氫材料與導熱纖維的質量比為 95:5 ;
[0031]圖2為上述的帶有外換熱結構的儲氫罐在65°C水換熱條件下，以57SL/min氫氣流量放氫時，氫氣壓力(曲線A)、放氫流量(曲線B)和累積放氫量(曲線C)隨時間的變化曲線。可見，儲氫罐在在57SL/min氫氣流量可以穩定工作190min，累積放氫10.7立方米，放氫率達98%，具有很好的放氫性能。
[0032]圖3為直流形換熱結構的示意圖，該結構優點是對導熱液的阻力小，缺點是在導熱液流量較小的情況下換熱不均，底部的換熱效率高於頂部的換熱效率；
[0033]圖4為折流形換熱結構的示意圖，此結構的優點是可以保證導熱液的換熱均勻性，但缺點是對導熱液的阻力較大；
[0034]圖5和圖6分別為單螺旋形和多螺旋形換熱結構，這兩種換熱結構結合了直流形和折流形換熱結構的優點，即能保證換熱的均勻性，對導熱液的阻力也較小；
[0035]以上幾種形式的換熱結構簡單，製作成本低，同時具有優異的換熱效果。
【權利要求】
1.一種帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，所述的儲氫罐結構如下: 裙座(I)位於罐體(5)的底部；儲氫材料床體(7)位於罐體(5)內；導氣管(6)位於罐體(5 )內部中心位置，並從罐體(5 )的底部直通罐口；罐口內部安裝有過濾片(9 )，罐口外部安裝有氫氣瓶閥(10);外殼(3)位於所述的罐體(5)的外部,外殼(3)的兩端分別設有導熱液入口(2)和導熱液出口(8);在外殼(3)與罐體(5)之間的環形腔體內設有換熱結構(4)。
2.根據權利要求1所述的帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，所述的罐體(5)的外徑為60?180臟，長度為500?2500臟。
3.根據權利要求1所述的帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，所述的外殼(3)的外徑比罐體(5)的外徑大l(T50mm，厚度為I飛mm，長度與罐體(5)—致。
4.根據權利要求1所述的帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，所述的換熱結構(4)為直流形、折流形、單螺旋形或多螺旋形。
5.根據權利要求1所述的帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，所述的儲氫材料床體(7)為儲氫材料與導熱纖維的均勻混合體。
6.根據權利要求5所述的帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，儲氫材料與導熱纖維的質量比在98:2?90:10之間。
7.根據權利要求5所述的帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，所述的儲氫材料為稀土系AB5型、鈦系AB2型和AB型、鈦釩固溶體和高容量輕質儲氫材料中的任意一種。
8.根據權利要求5所述的帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，所述的導熱纖維的材質為鋁、銅和碳中的任意一種。
9.根據權利要求1所述的帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，所述的導氣管(6)和過濾片(9)為採用粉末冶金方法製成的銅粉或不鏽鋼燒結體。
10.根據權利要求1所述的帶有外換熱結構的儲氫罐，其特徵在於，所述的導氣管(6)和過濾片(9)的過濾精度為0.5飛微米。
【文檔編號】F17C7/04GK103883874SQ201210566858
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月24日 優先權日:2012年12月24日
【發明者】葉建華, 李志念, 郭秀梅, 袁寶龍, 蔣利軍, 劉曉鵬, 王樹茂, 苑慧萍, 趙旭山, 姬江峰 申請人:北京有色金屬研究總院