一种金属氢化物储氢罐

摘要

本发明公开了一种金属氢化物储氢罐，其技术方案要点包括储气罐和反应罐，储气罐包含储气罐筒，储气罐筒底面开有安装口，储气罐筒筒壁上开有出气口；反应罐包括上下开口的反应罐筒、第一隔板、底盖和导水管，第一隔板固定在反应罐筒内将反应罐筒内空间上下分为储料槽和储水槽，底盖封堵住储水槽槽口并与反应罐筒可拆卸连接，反应罐筒顶部封堵住安装口并与储气罐筒可拆卸连接；导水管穿过第一隔板与第一隔板固定连接，导水管顶端管口高于第一隔板，导水管底端位于储水槽中。本发明利用金属氢化物储氢，通过水解释氢，相较于常规的储氢罐，具有安全高效、低能耗、结构简单、成本低廉等优点。

权利要求

1.一种金属氢化物储氢罐，其特征在于：包括储气罐(1)和反应罐(2)，储气罐(1)包含储气罐筒(11)，储气罐筒(11)底面开有安装口，储气罐筒(11)筒壁上开有出气口(111)；反应罐(2)包括上下开口的反应罐筒(21)、第一隔板(22)、底盖(23)和导水管(24)，第一隔板(22)固定在反应罐筒(21)内将反应罐筒(21)内的空间上下分为储料槽(211)和储水槽(212)，底盖(23)封堵住储水槽(212)槽口并与反应罐筒(21)可拆卸连接，反应罐筒(21)顶部封堵住安装口并与储气罐筒(11)可拆卸连接；导水管(24)穿过第一隔板(22)与第一隔板(22)固定连接，导水管(24)顶端管口高于第一隔板(22)，导水管(24)底端位于储水槽(212)中；

还包括储料装置(4)，储料装置(4)放置在储料槽(211)中，储料装置(4)包括原料包(41)和开包零件(42)，原料包(41)内部充满金属氢化物，开包零件(42)放置在原料包(41)上；开包零件(42)包括进水管(421)和挡板(423)，进水管(421)穿过挡板(423)与挡板(423)固定连接，进水管(421)底端设置锯齿；

所述开包零件(42)还包括多个锥形斗(422)，所有锥形斗(422)环绕进水管(421)分布，所有锥形斗(422)穿过挡板(423)并与挡板(423)固定连接，所有锥形斗(422)的尖端向下，且所有锥形斗(422)均高于进水管(421)最低处。

2.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐，其特征在于：还包括预反应装置(3)，预反应装置(3)包括储料筒(31)、盖体(32)和驱动装置(33)，储料筒(31)固定在储水槽(212)内，储料筒(31)底部开设通孔，盖体(32)能够在驱动装置(33)的驱动下封堵住通孔。

3.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐，其特征在于：反应罐筒(21)作为储料槽(211)侧壁的部分加厚，导水管(24)位于第一隔板(22)上方的部分穿过储料槽(211)侧壁，导水管(24)顶端管口从储料槽(211)侧壁顶面露出并位于储气罐筒(11)内侧。

4.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐，其特征在于：储气罐筒(11)内顶面平滑隆起，出气口(111)开设在储气罐筒(11)内顶面最高处。

5.根据权利要求4所述的一种金属氢化物储氢罐，其特征在于：储气罐(1)还包括导气罩(12)，导气罩(12)分为第二隔板(121)和导气筒(122)，第二隔板(121)固定在储气罐筒(11)内侧，将储气罐筒(11)内的空间分为上下两部分；导气筒(122)为竖直锥形筒，导气筒(122)穿过第二隔板(121)与第二隔板(121)固定连接，导气筒(122)底部筒口与储料槽(211)连通，导气筒(122)顶部筒口位于出气口(111)正下方。

6.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐，其特征在于：储气罐筒(11)与反应罐筒(21)螺纹连接，反应罐筒(21)与底盖(23)螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的一种金属氢化物储氢罐，其特征在于：还包括流量开关(7)和减压阀(6)，减压阀(6)安装在出气口(111)处，流量开关(7)安装在减压阀(6)背离出气口(111)的一侧。

8.根据权利要求7所述的一种金属氢化物储氢罐，其特征在于：还包括泄压阀(5)，泄压阀(5)安装在储气罐筒(11)上。

说明书

一种金属氢化物储氢罐

技术领域

[0001] 本发明涉及氢气运输领域，更具体的说，它涉及一种金属氢化物储氢罐。

背景技术

[0002] 随着社会的发展，作为不可再生资源的煤、石油、天然气等化石燃料，终有一日无法满足人类日益增长的需求，除此之外使用化石燃料还会造成生态环境的恶化，如严重的
温室效应和雾霾现象。因此人们开始寻找可替代化石燃料的可再生清洁能源，作为一种可
再生的清洁能源，氢气开始进入人们的视野。现阶段，氢气多是在制氢地制备出来后，通过
储氢装置运输至使用地的。常见的储氢方式主要有：高压储氢罐、低温液氢储罐和金属氢化
物储氢罐。

[0003] 中国专利CN209054326U，提供了一种新型车载高压储氢装置，其包括外罐体，所述外罐体的上端设有罐盖，所述外罐体的内腔设有储氢罐，所述储氢罐的外侧设有纤维缠绕
层。该专利应用的储氢方案为高压容器储氢，储氢罐结构为外侧设有纤维缠绕层的金属内
胆，该专利单位储氢密度小。而且高压储氢，容易发生氢脆现象：当氢气达到一定的温度和
压力时，氢就会解离成直径很小的氢原子向罐体材料中渗透，进入罐体材料的氢原子又会
在罐体材料内部转化为氢分子，还会和罐体材料中的碳发生反应造成脱碳并生成甲烷，从
而在罐体材料内部产生很大的应力，使罐体的塑性和屈服强度下降，造成罐体材料发生裂
纹与断裂。因此该专利仍存在一定安全隐患。

[0004] 中国专利CN108150822A，提供了一种带有排气冷能利用的低温液氢储罐，其包括低温液氢储罐体、低温循环泵、节流阀、正仲氢转化装置、逆流式套管换热器、流体喷射棒、抽排气泵。所述低温液氢储罐体，包括内罐以及外罐，内罐套装于外罐内，内罐和外罐之间
的空间内均匀缠绕排气冷却盘管并填充绝热材料，所述排气冷却盘管处于绝热材料中间。
所述逆流式套管换热器竖向置于内罐内部。该专利的储氢方式与高压气态储氢相比，具有
单位储氢密度大的优点，但该专利在液氢的运输过程中需要保持罐内始终处于低温状态，
耗能较大，增加了氢气的运输成本。

[0005] 中国专利，CN108240552A，提供了一种快响应储氢罐，其包括外壳和内壳，上下两端分别设有上盖板和下盖板；该内壳外周面依次套设有支撑管和过滤管；该过滤管与该外
壳之间填充有储氢合金粉末床体，上端设有环形的过滤板，该过滤板与该上盖板之间具有
流动间隙；该外壳顶部设有换热上壳，底部设有换热下壳；该换热上壳和换热下壳内均具有
换热腔，各换热腔均设有通向外部的换热口；该第二环形空间设有若干竖向的换热管，各换
热管上端依次穿过该过滤板和上盖板，连通至该换热上壳的换热腔，各换热管下端穿过该
下盖板连通至该换热下壳的换热腔；该上盖板和换热上壳穿设有氢气管，该氢气管与该流
动间隙连通。该专利利用储氢合金较强的捕氢能力进行氢气的储存：高温高压环境下，氢分
子能够进入储氢合金中，氢分子会在储氢合金中分解成氢原子，氢原子与合金发生化学反
应生成金属氢化物，实现储氢效果；而对这些金属氢化物进行加热时，金属氢化物又会发生
分解反应，氢原子又能结合成氢分子释放出来。该专利利用金属氢化物实现储氢，单位储氢
密度大，能耗低、安全性高，但该专利结构复杂，造价较高。

[0006] 因此提供一种结构简单、成本低廉的金属氢化物储氢装置，是氢气运输领域亟待解决的问题。

发明内容

[0007] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种金属氢化物储氢罐，其利用金属氢化物储氢，通过水解释氢，相较于常规的储氢罐，具有安全高效、低能耗、结构简
单、成本低廉等优点。而且本发明通过控制储气罐与反应罐的压力平衡即可达到控制氢气
释放的效果。对于水解产物的处理，待金属氢化物全部反应完后，拆下反应罐，打开底盖，即可清出沉淀，简单方便。

[0008] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种金属氢化物储氢罐，包括储气罐和反应罐，储气罐包含储气罐筒，储气罐筒底面开有安装口，储气罐筒筒壁上开有出气
口；反应罐包括上下开口的反应罐筒、第一隔板、底盖和导水管，第一隔板固定在反应罐筒
内将反应罐筒上下分为两部分，上部分为储料槽，下部分为储水槽，底盖封堵住储水槽槽口
并与反应罐筒可拆卸连接，反应罐筒顶部封堵住安装口并与储气罐筒可拆卸连接；导水管
穿过第一隔板与第一隔板固定连接，导水管顶端管口高于第一隔板，导水管底端位于储水
槽中。

[0009] 通过采用上述技术方案，进行放氢操作时，需要先在储水槽与底盖构成的储水空间中放置少量金属氢化物；在储料槽中填充金属氢化物，使得导水管顶端管口位于金属氢
化物上方；通过导水管向储水空间中注水，随后立即将反应罐安装在储气罐筒上。借助储水
空间少量金属氢化物水解产生的氢气，将储水空间中的水通过导水管挤到储料槽中，以进
行储料槽中金属氢化物的水解反应，产生大量氢气。从出气口取出所需氢气后，封堵住出气
口，当储气罐与反应罐达到压力平衡时，导水管中的水不再上流，储料槽内的反应终止。当
出气口再次打开，储气罐内压力小于反应罐内压力，水再次上流进入储料槽进行反应。本发
明利用金属氢化物储氢，通过水解释氢，相较于常规的储氢罐，具有安全高效、低能耗、结构简单、成本低廉等优点。而且本发明通过控制储气罐与反应罐的压力平衡即可达到控制氢
气释放的效果。金属氢化物全部反应完后，拆下反应罐，打开底盖，即可清出沉淀。

[0010] 本发明进一步设置为：还包括预反应装置，预反应装置包括储料筒、盖体和驱动装置，储料筒固定在储水槽内，储料筒底部开设通孔，盖体能够在驱动装置的驱动下封堵住通
孔。

[0011] 通过采用上述方案，反应罐填料时，需要先在储料筒中填充金属氢化物，随后通过驱动装置控制盖体堵住通孔，最后在通过导水管进行注水。由于储水空间中的水解反应，只
有在驱动装置打开盖体后才可进行，使用者仅需在反应罐与储气罐安装在一起后再打开盖
体，即可减少储水空间中预反应气体的浪费。

[0012] 本发明进一步设置为：还包括储料装置，储料装置放置在储料槽中，储料装置包括原料包和开包零件，原料包内部充满金属氢化物，开包零件放置在原料包上；开包零件包括
进水管和挡板，进水管穿过挡板与挡板固定连接，进水管底端设置锯齿。

[0013] 通过采用上述技术方案，进入储料槽的水会充满进水管并压在挡板的上方，通过挡板给予进水管向下的压力，使得进水管底端的锯齿刺破原料包并插入原料包中，以进行
水解反应。这样的结构设置，减少了原料包中的金属氢化物与空气接触的可能性，从而减少
了金属氢化物与空气接触发生自燃爆炸的可能性。

[0014] 本发明进一步设置为：所述开包零件还包括多个锥形斗，所有锥形斗环绕进水管分布，所有锥形斗穿过挡板并与挡板固定连接，所有锥形斗的尖端向下，且所有锥形斗均高
于进水管最低处。

[0015] 通过采用上述技术方案，随着水不断落入锥形斗中，开包零件收到的压力也就越大，促使进水管和所有锥形斗尖端向下移动扎入原料包中。锥形斗的设置将会增加原料包
上氢气排出的通道，加速氢气的排出。

[0016] 本发明进一步设置为：反应罐筒作为储料槽侧壁的部分加厚，导水管位于第一隔板上方的部分穿过储料槽侧壁，导水管顶端管口从储料槽侧壁顶面露出并位于储气罐筒内
侧。

[0017] 通过采用上述技术方案，储料槽的侧壁能对位于隔板上方的导水管起到支撑作用；而且由于导水管顶端管口不低于储料槽顶边，因此储料槽的空间可以全部填满金属氢
化物。

[0018] 本发明进一步设置为：储气罐筒内顶面平滑隆起，出气口开设在储气罐筒内顶面最高处。

[0019] 通过采用上述技术方案，以便于氢气在储气罐筒内顶面的引导下从出气口排出。

[0020] 本发明进一步设置为：储气罐还包括导气罩，导气罩分为第二隔板和导气筒，第二隔板固定在储气罐筒内侧，将储气罐筒内的空间分为上下两部分；导气筒为竖直锥形筒，导
气筒穿过第二隔板与第二隔板固定连接，导气筒底部筒口与储料槽连通，导气筒顶部筒口
位于出气口正下方。

[0021] 通过采用上述技术方案，锥形筒的筒壁能够对储料槽中产出的氢气进行收敛，使氢气集中向上移动，尽快从出气口处排出。

[0022] 本发明进一步设置为：储气罐筒与反应罐筒螺纹连接，反应罐筒与底盖螺纹连接。

[0023] 通过采用上述技术方案，螺纹连接的连接方式便于操作人员实现储气罐筒、和底盖的拆装。

[0024] 本发明进一步设置为：还包括流量开关和减压阀，减压阀安装在出气口处，流量开关安装在减压阀背离出气口的一侧。

[0025] 通过采用上述技术方案，减压阀用于控制储气罐氢气排出的流速，当减压阀处的氢气流速小于流量开关设定值时，储气罐中的氢气将无法从流量开关处排出。

[0026] 本发明进一步设置为：还包括泄压阀，泄压阀安装在储气罐筒上。

[0027] 通过采用上述技术方案，泄压阀能够在储气罐内压力大于设定值时排出氢气，降低反应罐内部压力，提高本发明的安全性。

[0028] 综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

[0029] 1、本发明利用金属氢化物储氢，通过水解金属氢化物实现氢气的释放，相较于常规的储氢罐，本发明具有安全高效、低能耗、结构简单、成本低廉等优点。

[0030] 2、本发明通过控制储气罐与反应罐的压力平衡即可达到控制氢气释放的效果。

[0031] 3、本发明在水解产物的处理方面，待金属氢化物全部反应完后，操作人员拆下反应罐，打开底盖，即可清出沉淀，简单方便。

附图说明

[0032] 图1为实施例的整体结构示意图；

[0033] 图2为实施例的全剖视图；

[0034] 图3为实施例中储料装置的结构示意图；

[0035] 图4为体现实施例中储气罐筒上减压阀的安装示意图。

[0036] 图中：1、储气罐；11、储气罐筒；111、出气口；12、导气罩；121、第二隔板；122、导气筒；2、反应罐；21、反应罐筒；211、储料槽；212、储水槽；22、第一隔板；23、底盖；24、导水管；3、预反应装置；31、储料筒；32、盖体；33、驱动装置；4、储料装置；41、原料包；42、开包零件；
421、进水管；422、锥形斗；423、挡板；5、泄压阀；6、减压阀；7、流量开关。

具体实施方式

[0037] 下面将结合附图说明对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得
的所有其他实施例，都属于发明的保护范围。

[0038] 需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“水平”、“左”、“右”、“前”、“后”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方
位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0039] 实施例

[0040] 如图1‑2所示，为本发明较佳实施例的基本结构，一种金属氢化物储氢罐，其包括储气罐1和反应罐2，储气罐1包含储气罐筒11，储气罐筒11底面开有安装口，储气罐筒11筒
壁上开有出气口111；反应罐2包括上下开口的反应罐筒21、第一隔板22、底盖23和导水管
24，第一隔板22固定在反应罐筒21内将反应罐筒21内的空间上下分为储料槽211和储水槽
212，底盖23封堵住储水槽212槽口并与反应罐筒21可拆卸连接，反应罐筒21顶部封堵住安
装口并与储气罐筒11可拆卸连接；导水管24穿过第一隔板22与第一隔板22固定连接，导水
管24顶端管口高于第一隔板22，导水管24底端位于储水槽212中。具体的，本实施例中反应
罐筒21和第一隔板22一体成型。

[0041] 本实施例中金属氢化物为MgH2。进行放氢操作时，需要先在储水槽212和底盖23构成的储水空间中放置少量MgH2，在储料槽211中填充MgH2，并使得MgH2位于导水管24顶端管
口下方；通过导水管24向储水空间中注水，随后立即将反应罐2安装在储气罐筒11上。水进
入储水空间后与其中的少量MgH2进行反应，通过MgH2+H2O＝Mg(OH)2+2H2↑，产生Mg(OH)2沉
淀和氢气，Mg(OH)2沉淀和氢气滞留在储水空间。储水空间内的水因受到氢气的挤压进入导
水管24，通过导水管24上流至储料槽211中，进入储料槽211中的水与其中的MgH2进行反应，
此次反应产物中，Mg(OH)2沉淀滞留在储料槽211中，氢气从出气口111排出。取出所需氢气
后，封堵住出气口111，储气罐1中的压力会与反应罐2中的压力逐渐达到平衡，当储气罐1与
反应罐2达到压力平衡时，导水管24中的水不再上流，储料槽211内的反应终止。当出气口
111再次打开排出氢气时，储气罐1内压力小于反应罐2内压力，导水管24中的水再次上流进
入储料槽211与储料槽211中剩余的MgH2进行反应。本实施例通过控制储气罐1与反应罐2的
压力平衡达到控制氢气释放的效果。当MgH2全部反应完之后，拆下反应罐2，打开底盖23，即可将反应罐2中的Mg(OH)2沉淀清出。

[0042] 本实施例利用MgH2储氢，通过水解MgH2实现氢气的释放，相较于常规的高压储氢罐和低温液氢储罐，本实施例更加的安全高效、且能耗更低；本实施例中水解释氢的方式相
较于传统金属氢化物储氢罐高温释氢的方式，无需设置复杂的升温设备、结构简单，使得本
实施例造价低于传统金属氢化物储氢罐的造价。

[0043] 本实施例还包括预反应装置3，预反应装置3包括储料筒31、盖体32和驱动装置33，储料筒31固定在储水槽212内，储料筒31底部开设通孔，盖体32能够在驱动装置33的驱动下
封堵住通孔。本实施例中驱动装置33为推拉杆，推拉杆穿过反应罐筒21，并能相对于反应罐
筒21水平滑动。推拉杆一端位于反应罐筒21外侧，另一端与盖体32固定连接。通过移动推拉
杆即可控制盖体32堵住或露出通孔。反应罐2填料时，需要先在储料筒31中填充MgH2，随后
通过推拉杆控制盖体32堵住通孔，最后在通过导水管24进行注水。由于储水空间中的水解
反应，只有打开盖体32后才可进行，使用者仅需在反应罐2与储气罐1安装在一起后再打开
盖体32，即可减少储水空间中预反应气体的浪费。

[0044] 具体的，本实施例中反应罐筒21与推拉杆连接处做滑动密封处理，以减少储水空间中的水溢出的可能性。

[0045] 如图3所示，本实施例还包括储料装置4，储料装置4放置在储料槽211中，储料装置4包括原料包41和开包零件42，原料包41内部充满MgH2，开包零件42放置在原料包41上；开
包零件42包括进水管421、挡板423和多个锥形斗422，进水管421穿过挡板423与挡板423固
定连接，进水管421底端设置锯齿。所有锥形斗422环绕进水管421分布，所有锥形斗422穿过
挡板423并与挡板423固定连接，所有锥形斗422的尖端向下，且所有锥形斗422均高于进水
管421最低处。

[0046] 随着水不断落入锥形斗422中，开包零件42收到的压力也就越大，促使进水管421底端锯齿刺破原料包41并插入原料包41中，以进行水解反应。MgH2与空气接触容易自燃发
生爆炸，原料包41能够尽可能的避免MgH2在进水管421锯齿刺破原料包41之前与空气接触，
从而减少了MgH2与空气接触发生自燃爆炸的可能性。而且由于所有锥形斗422是在原料包
41中开始水解反应后扎入原料包41的，此时原料包41中的缝隙中充满氢气，原料包41内侧
压力大于外侧压力，原料包41外侧的空气难以从进入原料包41，所以此时锥形斗422扎出的
通道仅能加速氢气的排出。

[0047] 具体的，本实施例中开包零件42放在储料槽211中靠近导水板的一侧，以便于锥形斗422接水，同时也便于原料包41溢出的氢气从挡板423背离导水管24的一侧离开储料槽
211。

[0048] 具体的，反应罐筒21作为储料槽211侧壁的部分加厚，导水管24位于第一隔板22上方的部分穿过储料槽211侧壁，导水管24顶端管口从储料槽211侧壁顶面露出并位于储气罐
筒11内侧。储料槽211的侧壁能对位于隔板上方的导水管24起到支撑作用；而且由于导水管
24顶端管口不低于储料槽211顶边，因此储料槽211的空间可以全部填满金属氢化物。

[0049] 具体的，储气罐筒11内顶面平滑隆起，出气口111开设在储气罐筒11内顶面最高处，以便于氢气在储气罐筒11内顶面的引导下从出气口111排出。

[0050] 本实施例中储气罐1还包括导气罩12，导气罩12分为第二隔板121和导气筒122，第二隔板121固定在储气罐筒11内侧，将储气罐筒11内的空间分为上下两部分；第二隔板121
与反应罐筒21之间留有缝隙，以便于导水管24中的水沿储料槽211顶面流入储料槽211中；
导气筒122为竖直锥形筒，导气筒122穿过第二隔板121与第二隔板121固定连接，导气筒122
底部筒口从第二隔板121下方露出，导气筒122顶部筒口位于出气口111正下方。锥形筒的筒
壁能够对储料槽211中产生的氢气进行收敛，使氢气集中向上移动，尽快从出气口111处排
出。本实施例中第二隔板121与导气筒122一体成型。

[0051] 具体的，储气罐筒11内侧设置内螺纹，反应罐筒21顶部设置外螺纹，储气罐筒11和反应罐筒21螺纹连接；反应罐筒21上储水槽212处设置内螺纹，底盖23设置外螺纹，反应罐
筒21和底盖23螺纹连接。螺纹连接的连接方式便于操作人员实现储气罐筒11、反应罐筒21
和底盖23的拆装。

[0052] 如图4所示，本实施例还包括流量开关7、减压阀6和泄压阀5，减压阀6安装在出气口111处，流量开关7安装在减压阀6背离出气口111的一侧；泄压阀5安装在储气罐筒11上。
减压阀6用于控制储气罐1氢气排出的流速，当减压阀6处的氢气流速小于流量开关7设定值
时，储气罐1中的氢气将无法从流量开关7处排出。泄压阀5则能够在储气罐1内压力大于设
定值时排出氢气，降低反应罐2内部压力，提高本实施例的安全性。

[0053] 综上所述，本实施例利用MgH2储氢，通过水解MgH2实现氢气的释放，相较于常规的储氢罐，本实施例具有安全高效、低能耗、结构简单、成本低廉等优点。而且本实施例通过控制储气罐1与反应罐2的压力平衡即可达到控制氢气释放的效果。对于水解产物的处理，待
MgH2全部反应完后，拆下反应罐2，打开底盖23，即可清出沉淀，简单方便。

[0054] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。