一种金属氢化物贮氢装置与工作方法转让专利
申请号 : CN201610812449.7
文献号 : CN107202245B
文献日 : 2019-02-01
发明人 : 杨兴林 , 王娜娜 , 冯娟 , 赵丹 , 陈建树
申请人 : 江苏科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种金属氢化物贮氢装置,其特征在于:由小、中、大直径依次套装成两两之间设有间隙,开口朝下的桶状体,其中小直径形成的空腔为贮氢筒(6),小直径与中直径之间设有的第一间隙形成的密封环形空腔为热交换层(4),中直径与大直径之间设有的第二间隙形成的密封环形空腔为绝热层(3);所述桶状体的桶壁上端通过管道设有连通热交换层(4)的进水口(14),下端通过管道设有连通热交换层(4)的出水口(13);所述桶状体的顶部紧贴贮氢筒(6)内壁处对称开设有进气孔(1)和出气孔(2),所述进气孔(1)和出气孔(2)中分别设有贯穿贮氢筒(6)的多孔钢管(5),所述多孔钢管(5)的管壁上包裹有透气膜(12);所述桶状体的下端连接有用于密闭的筒盖(7);所述贮氢筒(6)中通过金属隔板(8)设置有若干贮氢单元层。
2.根据权利要求1所述的一种金属氢化物贮氢装置,其特征在于:所述的贮氢单元层由散热金属网格(9)按井字形竖直排放在上下两块金属隔板(8)之间构成若干贮氢单元格。
3.根据权利要求2所述的一种金属氢化物贮氢装置,其特征在于:所述贮氢单元格中还填装有占其容积2/3的金属氢化物。
4.根据权利要求1所述的一种金属氢化物贮氢装置,其特征在于:所述的第一间隙的尺寸为贮氢筒(6)直径的1/40~1/35,第二间隙的尺寸为第一间隙尺寸的1/3~1/2。
5.根据权利要求1所述的一种金属氢化物贮氢装置,其特征在于:所述的贮氢筒(6)顶端内平面上还设置有多个锥形支架(11)。
6.根据权利要求1所述的一种金属氢化物贮氢装置,其特征在于:所述的进气孔(1)、出气孔(2)、进水口(14)和出水口(13)还分别设置有用于通断的阀门,其中所述的进气孔(1)和出气孔(2)中还设置有过滤片。
7.根据权利要求1所述的一种金属氢化物贮氢装置,其特征在于:所述的桶状体的下端面与所述的筒盖(7)之间还设置有密封圈(10)。
8.根据权利要求1所述的一种金属氢化物贮氢装置,其特征在于:所述的桶状体与所述的筒盖(7)的连接为螺纹连接。
9.一种如权利要求1所述的金属氢化物贮氢装置的工作方法,其特征在于:包括如下三种工作模式:
(1)贮氢过程:贮氢时,将进气孔(1)阀门打开,出气孔(2)阀门关闭,在进气孔(1)外接压气机的作用下,把生产制造的氢气通过进气孔(1)经多孔钢管(5)流入贮氢筒(6)内,与贮氢筒(6)内单元格中的金属氢化物发生反应后贮存在装置内部,其中产生的热量通过热交换层(4)中的低温冷却水冷却带走;
(2)放氢过程:放氢时,将进气孔(1)阀门关闭,出气孔(2)阀门打开,在热交换层(4)内填充50℃~80℃的热水,从而氢气顺利地排出贮氢筒(6);
(3)贮氢和放氢同时进行的过程:将进气孔(1)阀门和出气孔(2)阀门同时打开,进气孔(1)在外接压气机的情况下,将氢气通过多孔钢管(5)输入贮氢筒(6)内;同时在热交换层(4)内填充50℃~80℃的热水,贮氢筒(6)内的贮氢合金发生制氢反应,以保证在贮氢过程的同时仍有部分氢气从出气孔(2)流出,并通过调节水的温度来改变制氢反应的速率,从而调节排气的速度。
说明书 :
一种金属氢化物贮氢装置与工作方法
技术领域
背景技术
和许多金属反应生成金属氢化物,这些合金在一定的温度和压力环境下会大量吸收氢气生
成金属氢化物,同时反应具有很好的可逆性,在减小压力或者升高温度之后便会发生可逆
反应,从而释放出氢气,达到净化和贮存氢气的目的。
基板孔隙中,在30~60℃烘干成为贮氢物料片;将己干燥的贮氢物料片裁切成外径与贮氢
壳体内径相同的圆片,并在圆片中心制作孔径为3~10毫米的圆孔将贮氢物料片依次叠层
装入壳体;将内嵌过滤片并具有中心孔的封头与壳体开口端焊接密封,在封头中心孔上固
定带阀门的接口。该装置虽可防止贮氢过程中贮氢金属粉末的堆积和贮氢量的下降,但装
置简单却不易拆装、维修;贮氢量虽可观,但无法有效控制氢气充放的速率;进出氢气仅用同一通道,大大降低了充放氢气的速率,尤其在备有充足氢气的时候,无法实现边充边放的作用。
发明内容
管道设有连通热交换层4的出水口13;所述桶状体的顶部紧贴贮氢筒6内壁处对称开设有进
气孔1和出气孔2,所述进气孔1和出气孔2中分别设有贯穿贮氢筒6的多孔钢管5,所述多孔
钢管5的管壁上包裹有透气膜12;所述桶状体的下端连接有用于密闭的筒盖7;所述贮氢筒6中通过金属隔板8设置有若干贮氢单元层。
低温冷却水冷却带走;
程的同时仍有部分氢气从出气孔(2)流出,并通过调节水的温度来改变制氢反应的速率,从而调节排气的速度。
一方面多孔钢管用于输送氢气,另一方面,多孔钢管形成的输气通道可用于定位纵向装载
有金属氢化物的单元层,使整个装置更加稳定可靠;由于金属氢化物在使用多次之后会发
生粉化,在输气通道的多孔钢管上包裹有透气膜(分子筛),透气膜只能通过氢气,若装置在运输过程中发生倾倒,透气膜便可有效防止粉末进入管道而造成堵塞和泄露。
命。
孔,进气孔外接压气机以提供高压氢气,对氢气进行加压可提高金属氢化物和氢气反应的
速率和效率,从而提高贮氢量及充放氢的速率;出气孔则无需外接其他装置,直接通过热水给贮氢筒加热便可以达到放氢的目的;在通气孔上连接有过滤孔和过滤片,其中进气和出
气的过滤孔和过滤片结构相同,但过滤片的材质不同,进气过滤片采用过滤棉,出气过滤片采用烧结铝滤片;由于在贮氢过程中,需要约十个大气压的压力要求,所以采用压气机,用于提供进气所需压力,压气机外接在进气孔上。
氢筒中装入2/3的金属氢化物,预留出1/3的膨胀空间,使装置更加合理稳定;由于节约资源的需要,在装置空腔外设计绝热层;贮氢筒内贮氢金属吸氢后筒内压力约为十个大气压的
压力。
别连接两根钢管,多孔钢管用于输送氢气进入金属隔板组成的各个单元层内;一方面多孔
钢管用于输送氢气,另一方面,多孔钢管用于固定纵向装有金属氢化物的单元层,使整个装置更加稳定;由于金属氢化物在使用多次之后会发生粉化,在输气通道的多孔钢管上包裹
有透气膜(分子筛),透气膜只能通过氢气,若装置在运输过程中发生倾倒,透气膜便可有效防止粉末进入管道而造成堵塞和泄露。
封,以达到密封、固定的效果;将贮氢筒内部用导热性能强的金属隔板分为无数个单元层,大幅减小了金属氢化物在装置中的晃动及堆积,提高了装置的稳定性;在每个单元层中装
入2/3的金属氢化物,预留出1/3的膨胀空间,使装置更加合理稳定;进出气孔连接的多孔钢管表面包裹有透气膜,加速氢气的流通的同时能够防止金属粉末外泄入通气孔中;贮氢筒
中每层设有无数个垂直放置的网格,且装置材料选用导热性能好的材料,大大提升了整个
装置的导热性能同时能够提高5%--10%的充放效率;贮氢筒外围直接通过冷热水对贮氢
筒进行加热和冷却,通过加热达到放氢的目的,可均匀地放出氢气,提高了装置的可控性及稳定性;该装置储氢压力低,降低了充氢过程中的能耗;装置采取了在较小的储罐中加入铝屑的方法来解决分层问题,加强上下之间的热传导,从而避免装置爆炸,大大提高了装置的安全性;同时,本发明使用了过滤环来装填过滤片,使得过滤片在过滤环内可以自由拆卸,方便更换,提高了装置的可维修性。
附图说明
具体实施方式
逸散,保证了贮氢筒6外侧的绝热性能;桶状体的桶壁上端通过管道设有连通热交换层4的
进水口14,下端通过管道设有连通热交换层4的出水口13;桶状体的顶部紧贴贮氢筒6内壁
处对称开设有进气孔1和出气孔2,所述进气孔1和出气孔2中分别设有贯穿贮氢筒6的多孔
钢管5,所述多孔钢管5的管壁上包裹有透气膜12;桶状体的下端连接有用于密封装置的筒
盖7;所述贮氢筒6中通过金属隔板8设置有若干贮氢单元层,所述贮氢单元层由金属网格9
按井字形竖直排放在上下两块金属隔板8之间,使之形成若干贮氢单元格;所述贮氢筒6顶
端内平面上还设置有多个锥形支架11以支撑内部单元层的组装,并为金属氢化物的膨胀预
留了2.5m3~5m3的膨胀空间;整个罐体均以锰钢制成,各层之间的间隙以不锈钢片焊接的形式固定间隙的尺寸大小并与各层连接。
而提高贮氢量;出气孔2不需要外接其他装置,直接通过50℃~80℃热水给贮氢筒6加热以
达到放氢的目的;两通气孔分别连接多孔钢管5,多孔钢管5将氢气通过透气膜12输送到各
个单元层中;以堆砌的方式将各个单元层从底部筒盖7处自下而上推送入贮氢筒6内进行安
装;单元层上下两端为金属隔板8,多孔钢管5外壁面包裹透气膜12以分隔金属合金粉末,由铝制成的金属网格9竖直排列于各个单元层中;将筒盖7置于装置的底部,筒盖7的壁厚设计采用和贮氢筒6一样的设计;在热交换层4、绝热层3的底端,与筒盖7的接触面处,采用橡胶密封圈10进行密封,筒盖7内部设有螺纹,拧紧筒盖7的同时压紧密封圈10,使整个装置的密封性能更为优良,稳定性也进一步提高;由于该装置是由锰钢材料制成的,所以设计符合实际要求。
置的导热性能;在金属氢化物的填充过程中预留出1/3的膨胀空间,使装置更加合理稳定;
金属网格9的网孔直径约为5~8.5微米,研究表明,选择的贮氢金属在经过大约10次吸放氢之后,合金粉末直径会从50微米变为10微米,所以这些粉末不能通过这些金属网格9,而氢气在这其中能够畅通无阻;单元层和多孔钢管5之间采用隔绝粉末只可氢气通过的透气膜
12,进一步预防贮氢筒6内贮氢粉末的泄露和堆积;锥形支架11的设计给金属氢化物粉末预留了2.5m3~5m3的同时,也起到支承、固定装有贮氢金属的单元层的作用。
9及贮氢金属的单元层沿多孔钢管5自下而上安装入贮氢筒6的内部;最后,在装置最底端与筒盖7接触处安装橡胶密封圈10,再将筒盖7与装置以螺纹连接的方式拧紧,将筒盖7底部那一面与水平面接触,将整个装置安装放置完好。
筒6。
4内填充50℃~80℃的热水,这样就可以保证在贮氢的过程中部分氢气进入贮氢筒6内部反
应的同时仍有部分氢气可从多孔钢管5流出,可以通过调节水的温度来影响反应的速率,从而调节排气的速度,以满足装置使用过程中的不同需求。