具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置的製作方法
2023-06-12 19:31:21
專利名稱：具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種儲氫裝置，特別是有關於一種具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置。
背景技術：
燃料電池(FuelCell)為一種無汙染的綠色發電技術，此一發電技術是利用電化學原理，直接將燃料中的化學能轉換成電能，並釋放出熱能的裝置。
氫氣是燃料電池最直接的燃料，也就是不需經過重組器的轉換就可使用，氫不但是自然界中是最豐富的自然元素，而且在轉換為電能的過程中僅產生微量的水，因此，頗合乎國際環保的要求。然而，如何將氫氣提供給燃料電池，其中最重要的就是氫的儲存，而儲氫的方法，有儲氫合金罐、高壓儲氫鋼瓶，液態氫儲氣槽及微管碳纖等，就儲存密度、方便性、安全性及成本等方面來看，以儲氫合金罐為最佳。
圖1是臺灣公告號為491336的氫儲運裝置的剖面示意圖。請參考圖1，習知氫儲運裝置100主要由一儲氫合金102、一殼體104、一控制氣閥單元106及一熱交換器108所構成。其中，殼體104的上方具有一開口110，並且其側邊亦開設二個孔洞(未繪示)，而控制氣閥單元106系配置於開口110內，並且儲氫合金102裝置於殼體104的內部，而熱交換器108裝置於殼體104的內部。
請繼續參考圖1，習知的熱交換器具有一第一端112、一第二端116及連接第一端112及第二端116的中間部114，第一端112及第二端116分別穿過殼體104上方的二個孔洞，而中間部114位於殼體104的內部，並且呈單螺旋狀。所以當欲加速儲氫合金102的吸氫放熱或釋氫吸熱反應時，此時，熱交換器108分別提供一冷卻源或一熱源，由第一端112進入單螺旋狀的熱交換器108，經由彎曲的螺旋管增加與儲氫合金102的接觸面積，以加速反應。習知儲氫裝置100的控制氣閥單元106具有一過濾器118，其配置於殼體104的開口110內，過濾器118的材質例如由鈀金屬粉末燒結成型而製成，其具有允許氫氣流通進出，並過濾制止其它氣體及雜質進入的作用。
然而，習知儲氫裝置在吸氫及釋氫過程中，仍有其不便利性存在，原因條列如下1、習知儲氫裝置由於氫氣在快速進出過程中，因儲氫合金吸放熱以致氫流量容易快速減低。
2、過濾器的厚度若不夠厚實，對於過濾雜質及其它氣體的能力而言，其效率則不佳。
3、過濾器的厚度若夠厚實，則對釋氫速率的阻抗就變的較大。
4、熱交換器的單螺旋管路與儲氫合金接觸的面積不夠大，無法對儲氫合金均勻的加熱，或均勻的吸收儲氫合金所釋出的熱量，而影響其吸氫及釋氫的能力。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其能夠有效的過濾雜質，並防止儲氫合金劣化後形成粉末而外洩。
本實用新型的另一目的是在提供一種具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，不僅能在特定的時間內保持固定的流量，並且其單位釋氫流量亦較多。
本實用新型的又一目的就是提供一種具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其能對儲氫合金均勻的加熱，或均勻的吸收儲氫合金所釋出的熱量，以提升其釋氫及吸氫的能力。
本實用新型的上述目的是這樣實現的，一種具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其特徵在於該裝置包括一殼體，其頂部具有一中央孔洞及一接頭，該接頭配置於該中央孔洞內，且該中央孔洞的兩側邊具有對應的數個通孔；一過濾杆件，與該接頭連接，並且延伸至該殼體底部的上方；以及一導管，具有一第一端、一第二端及連接該第一端及該第二端的中間部，該第一端及該第二端系分別穿過該殼體的該些通孔，並且裸露於該殼體的外部，中間部位於該殼體的內部，並且為雙螺旋結構，又該雙螺旋結構包圍該過濾杆件，並且該中間部延伸至該殼體底部的上方。
其中，導管的第一端或第二端輸入熱源，再經導管的第二端或第一端流出。或者，導管的第一端及第二端輸入冷源，再經導管的第二端或第一端流出。
其中，過濾杆材的材質可為燒結的不鏽鋼粉末，因燒結的不鏽鋼粉末其具有眾多微細的細孔，且其孔徑為0.1～1.0微米，因此可作為氫氣的信道，並有過濾其它雜質的作用。
其中，過濾杆材為不鏽鋼管材時，則可將多段的不鏽鋼管材，兩兩之間以燒結的不鏽鋼管材連接，其連接方法包括焊接。
其中，過濾杆件為不鏽鋼管材時，其表面可配置貫穿不鏽鋼管材厚度的多個小孔，且在對應這些小孔的管材內徑配置多個濾網，而這些濾網的材質包括不鏽鋼。
此外，本實用新型的過濾杆件採用不鏽鋼粉末並燒結成型，或採用多個不鏽鋼管材，並在不鏽鋼管材之間以粉末燒結的不鏽鋼管材連接，或在不鏽鋼管材的表面配置多個小孔，且在多個小孔相對應的內徑配置濾網。使氫氣經由燒結的不鏽鋼管材或濾網進出。三種方式都可過濾雜質及其它氣體，使儲氫合金儲運高純度的氫氣，並且本實用新型亦利用燃料電池所產生的廢熱，以加熱儲氫合金。
以下結合附圖以具體實例對本實用新型進行詳細說明。
圖1是臺灣公告號為491336的氫儲運裝置的剖面示意圖；圖2是依照本實用新型一較佳實施例的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置的剖面示意圖；圖3是依照本實用新型一較佳實施例的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，經由燒結而成的過濾杆件的剖面示意圖；圖4是依照本實用新型一較佳實施例的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其過濾杆件乃由多段的不鏽鋼管材焊接多段的燒結不鏽鋼管材的剖面示意圖；圖5是依照本實用新型一較佳實施例的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其過濾杆件為表面具有多個小孔的不鏽鋼管材，且在對應這些小孔的管材內徑配置多個濾網的示意圖。
附圖標記說明100..氫儲運裝置；200..儲氫裝置；102、204..儲氫合金；104、202..殼體；106..控制氣閥單元；108..熱交換器；110..開口；112、216..第一端；114、220..中間部；116、218..第二端；118..過濾器；206..接頭；208、306、308、408..過濾杆件；210..導管；212..中央孔洞；214、222..通孔；224..第一環；226..第二環；301、302、303、304、305..不鏽鋼管；410..小孔；412..折迭式濾網。
具體實施方式
圖2是依照本實用新型一較佳實施例的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置的剖面示意圖。請參考圖2，本實施例的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置200適於連接一填充氫氣裝置(未繪示)，或連接一燃料電池(未繪示)，其主要由一殼體202、一過濾杆件208及一導管210所構成。其中，殼體202的頂部具有一中央孔洞212及一接頭206，且接頭206配置於中央孔洞212內，而接頭206與殼體202的連接方法例如利用焊接。本實施例的合金儲氫合金罐裝置200還具有一儲氫合金204，儲氫合金204配置於殼體202中。又本實施例的中央孔洞212的兩側邊具有互相對應的二個通孔214、222，而儲氫合金204充填於殼體202的內部。而過濾杆件208一端與接頭206連接，其連接的方法同樣例如利用焊接，而另一端則延伸至殼體202底部的上方，其形狀例如為管狀。又導管210具有一第一端216、一第二端218及連接第一端216及第二端218的中間部220，第一端216及第二端218分別穿過二個通孔214、222，並且例如利用焊接將第一端216、第二端218固定於通孔214、222，而裸露於殼體202的外部。本實施例的中間部220位於殼體202的內部，且其形狀為雙螺旋結構，其包含一第一圈224及互相連接的一第二圈226，且第一圈224與第二圈226的直徑可為相等或不相等，並且包圍過濾杆件208，使得過濾杆件208穿過導管210所包圍的區域，而中間部220同樣亦延伸至殼體202底部的上方。
請繼續參考圖2，殼體202一般的材質例如為不鏽鋼或鋁合金，而形狀大致為圓柱形，本實施例的儲氫合金204例如為稀土系的鑭系合金，其儲氫能力可達1.5wt％，雖然儲氫密度較其它合金低，但其釋氫反應的溫度/壓力適中，所以其反應速率也較其它儲氫合金快。而接頭206配置於殼體202的中央孔洞212內，其一端連接電磁閥及管路(未繪示)，另一端連接過濾杆件208，連接電磁閥及管路的一端可決定氫氣流入儲氫裝置200，或流出儲氫裝置200。
圖3是依照本實用新型一較佳實施例的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，經由燒結而成的過濾杆件的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的過濾杆件208，其主要由不鏽鋼粉末，經由燒結而成型，故過濾杆件208的表面具有眾多肉眼無法辨識的微細的細孔，其孔徑為0.1～1.0微米，雖然表面具有眾多微細的細孔，但仍擁有相當的強度，以抗衡釋氫/吸氫的氫氣流壓力。因此，當儲氫合金204進行吸氫反應時，氫氣通過過濾杆件208的同時亦有過濾雜質的功用。而當儲氫裝置200使用一段時間後，儲氫合金204難免會劣化而形成粉末，此時，若儲氫合金204進行釋氫動作時，過濾杆件208亦可阻擋粉末進入氫氣流中，而影響燃料電池的性能。
請繼續參考圖2及圖3，本實施例的導管210其第一端216及第二端218分別穿過殼體202的二個通孔214、222，以連接外部的熱源或冷卻源(未繪示)，而連接第一端216及第二端218的中間部220，位於殼體202的內部，並且呈雙螺旋結構，又中間部220由一第一環224及一第二環226所組成，而第一環224及第二環226的直徑可為相等或不相等。其雙螺旋結構的目的乃為增加導管210與儲氫合金204的接觸面積，故為加速釋氫吸熱或吸氫放熱的反應，即可由第一端216輸入熱源或冷卻源，例如連接一燃料電池所產生的廢熱，經由彎曲的螺旋導管210，再由第二端218流出。值得注意的是，因為中間部220為雙螺旋結構，又包圍過濾杆件208，所以當儲氫合金204進行釋氫反應時，很容易因為導管210中間部220的熱傳，使得儲氫合金204溫度提升，而迅速的將氫氣經由過濾杆件208表面的細孔，排至過濾杆件208的內部而抽出。或者在充填氫氣時，則令儲氫合金204的溫度降低，使氫氣從過濾杆件208的表面眾多微細的細孔溢出後，迅速地與儲氫合金204化合，而儲存於儲氫裝置200內。亦即熱源可經由第一端216或第二端218輸入，再由第二端218或第一端216輸出，或冷源可經由第一端216或第二端218輸入，再由第二端218或第一端216輸出，以幫助儲氫或釋氫的作動。
圖4是依照本實用新型一較佳實施例的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其過濾杆件乃由多段的不鏽鋼管材焊接多段的燒結不鏽鋼管材的剖面示意圖。請參考圖4，本實施例的過濾杆件308，與上述過濾杆件208雷同，惟其不同處是，利用多段的不鏽鋼管材301、302、303、304、305，兩兩之間並與燒結後切成小段的過濾杆件306焊接在一起，除了作為氫氣的信道之外，並有過濾雜質及其它氣體的功用。
圖5是依照本實用新型一較佳實施例的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其過濾杆件為表面具有多個小孔的不鏽鋼管材，且在對應這些小孔的管材內徑配置多個濾網的示意圖。請參考圖5，本實施例的過濾杆件408，與上述過濾杆件208雷同，惟其不同處是，整根過濾杆件408為不鏽鋼管材，但其表面具有多個小孔410，並在對應這些小孔410的內徑配置多個折迭式濾網412，而濾網412的材質例如為不鏽鋼。同樣地，本實施例濾網412及小孔410的設計除了作為氫氣的信道之外，並有過濾雜質及其它氣體的功用。
以下所述係為本實用新型的實施例實驗數據，包括雙螺旋導管、單螺旋導管及無導管加熱後的釋氫速率測試
由以上數據得知，加熱雙螺旋導管其釋氫時間較長且較穩定。又本實用新型的實施例其過濾杆件為粉末冶金管材及不鏽鋼管材包含折迭式濾網的釋氫量比較如下
因此，從以上實驗數據可知，粉末冶金燒結製成的過濾杆件，其釋氫量優於不鏽鋼管材的表面具有多個小孔及其對應的內徑配置折迭式過濾網的釋氫量。
在上述較佳實施例中，配置一過濾杆件及具有雙螺旋結構的導管，以過濾雜質並加速釋氫及吸氫的速率，然而上述僅為舉例說明，並非用以限定本實用新型的過濾杆件及導管的形式，任何本領域的熟練技術人員應可推知本實用新型的過濾杆件亦可以為其它任何幾何型態。同樣地，本實用新型的儲氫合金在吸氫放熱時亦可以將儲氫裝置放於冷水中，以加速吸氫反應。
綜合以上所述，本實用新型的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置至少具有下列優點1、本實用新型的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，以金屬粉末燒結成過濾杆件，不僅具有過濾雜質的功能，並能防止儲氫合金劣化後的細粉，進入燃料電池。
2、本實用新型的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，以多個不鏽鋼管材製成的過濾杆件，其間焊接多個燒結的不鏽鋼管材，不僅具有過濾雜質的功能，更能降低成本。
3、本實用新型的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，將導管制成雙螺旋結構，使與儲氫合金增加接觸面積，以增加釋氫/吸氫的反應速率，並節省釋氫/吸氫的反應時間。
4、本實用新型的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，因為過濾杆件與雙螺旋結構的導管保持穩定的間距，使儲氫合金的釋氫/吸氫速率穩定。
5、本實用新型的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，在相同的儲氫殼體內，不僅雙螺旋結構的導管的表面積比單螺旋結構的導管的表面積大之外，雙螺旋結構的導管的體積更比單螺旋結構的導管的體積小，故能儲存較多的儲氫合金，進而儲置較多的氫氣。
6、本實用新型的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其加熱儲氫合金的熱源乃回收燃料電池的廢熱，可節省額外的成本。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，當不能以此限制本實用新型的範圍。凡依本實用新型權利要求所做的均等變化及修飾，仍將不失本實用新型的要義所在，亦不脫離本實用新型的精神和範圍的，都應視為本實用新型的進一步實施。因此本實用新型的保護範圍由後附的權利要求所界定。
權利要求1.一種具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其特徵在於該裝置包括一殼體，其頂部具有一中央孔洞及一接頭，該接頭配置於該中央孔洞內，且該中央孔洞的兩側邊具有對應的數個通孔；一過濾杆件，與該接頭連接，並且延伸至該殼體底部的上方；以及一導管，具有一第一端、一第二端及連接該第一端及該第二端的中間部，該第一端及該第二端系分別穿過該殼體的該些通孔，並且裸露於該殼體的外部，中間部位於該殼體的內部，並且為雙螺旋結構，又該雙螺旋結構包圍該過濾杆件，並且該中間部延伸至該殼體底部的上方。
2.如權利要求1所述的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其特徵在於還包括一儲氫合金，該儲氫合金充填於該殼體中，且該儲金合金包括鑭系合金。
3.如權利要求1所述的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其中該過濾杆件為不鏽鋼粉末經由燒結而成型，且該過濾杆件的表面具有數個0.1～1.0微米的孔徑。
4.如權利要求3所述的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其中該過濾杆件為數個不鏽鋼管材的組合，並且在該些不鏽鋼管材之間連接該些燒結的不鏽鋼管材。
5.如權利要求1所述的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其中該過濾杆件為不鏽鋼管材，其表面具有貫穿該管材厚度的數個小孔，且在對應該些小孔的該管材內徑配置數個濾網。
6.如權利要求5所述的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其中該些濾網的材質包括不鏽鋼。
7.如權利要求1所述的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其中該導管的結構包括雙螺旋結構，且從該導管的該第一端及該第二端其中的一輸入熱源，經該導管的該第二端及該第一端其中的一流出，並且從該導管的該第一端及該第二端其中的一輸入冷源，再經該導管的該第二端及該第一端其中的一流出。
8.如權利要求7所述的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其中該中間部具有互相連接的一第一圈及一第二圈，且該第一圈及該第二圈的直徑為相等及不相等其中之一。
9.如權利要求1所述的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其中該過濾杆件的形狀包括管狀，且該過濾杆件穿過導管所包圍的區域。
10.如權利要求1所述的具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，其中該裝置適於連接一供氣裝置及一燃料電池其中之一。
專利摘要本實用新型是一種具均勻氫氣釋放及有效熱交換結構的儲氫合金罐裝置，主要由一殼體、一過濾杆件及一導管構成，適於吸收氫氣及釋放氫氣。其中，殼體的頂部具有一中央孔洞及一接頭，而接頭配置於中央孔洞內，並在中央孔洞的兩側邊具有對應的二個通孔，而儲氫合金充填於殼體的內部。本實用新型的過濾杆件，其內部為中空狀，並與接頭連接，而且延伸至殼體底部的上方，而導管具有一第一端、一第二端及連接第一端及第二端的中間部，第一端及第二端系分別穿過這二個通孔，並且裸露於殼體的外部，而中間部位於殼體的內部，且為雙螺旋的結構，又雙螺旋結構包圍過濾杆件，並且中間部延伸至該殼體底部的上方。
文檔編號H01M8/04GK2667678SQ20032012646
公開日2004年12月29日 申請日期2003年12月4日 優先權日2003年12月4日
發明者吳朝宗, 徐啟堂 申請人:財團法人工業技術研究院