一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，屬于氫能領(lǐng)域的儲氫【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的儲氫罐的結(jié)構(gòu)為：裙座位于罐體的底部；儲氫材料床體位于罐體內(nèi)；導(dǎo)氣管位于罐體內(nèi)部中心位置，并從罐體的底部直通罐口；罐口內(nèi)部安裝有過濾片，罐口外部安裝有氫氣瓶閥；外殼位于所述的罐體的外部，外殼的兩端分別設(shè)有導(dǎo)熱液入口和導(dǎo)熱液出口；在外殼與罐體之間的環(huán)形腔體內(nèi)設(shè)有換熱結(jié)構(gòu)。換熱結(jié)構(gòu)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(dǎo)熱纖維的均勻混合體。本發(fā)明提供的儲氫罐結(jié)構(gòu)簡單、制作加工容易，成本低；與現(xiàn)有的儲氫罐相比具有更佳的換熱效果，放氫性能更優(yōu)異。
【專利說明】一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氫能領(lǐng)域的儲氫【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著社會的發(fā)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(tài)環(huán)境的惡化，如溫室效應(yīng)。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于它們。因此許多國家都在研究和開發(fā)新的替代能源，如氫能、風(fēng)能、太陽能、核能、生物質(zhì)能、水能、海洋能等。氫的燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的能量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍；氫燃燒的產(chǎn)物是水，對環(huán)境零污染；氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，其構(gòu)成了宇宙總質(zhì)量的75%，在地球的儲量極其豐富，可再生和重復(fù)利用，因此氫能被認(rèn)為是人類理想的能源，得到了全世界的廣泛關(guān)注。
[0003]燃料電池是氫能應(yīng)用的重要方式，具有高效、環(huán)保、重量輕、噪音小等諸多優(yōu)點，在交通運輸、分布式發(fā)電以及備用電源等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。燃料電池采用氫氣作為燃料，需要有穩(wěn)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(yīng)來實現(xiàn)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(yōu)點，可以為燃料電池提供穩(wěn)定可靠的氫源。
[0004]儲氫材料吸氫時會產(chǎn)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(jìn)行，應(yīng)改善其換熱性能。中國專利CN202048351U在儲氫罐內(nèi)設(shè)置蜂巢式的換熱結(jié)構(gòu)，改善了儲氫罐內(nèi)部的傳熱能力，但其并未增強(qiáng)儲氫罐與環(huán)境的換熱，且其制作成本高，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(jìn)行換熱，雖然增加了儲氫罐與環(huán)境的換熱面積，但空氣的換熱較差，這種結(jié)構(gòu)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(nèi)螺旋熱管的儲氫提聞儲氫內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)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(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐。
[0006]一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，結(jié)構(gòu)如下:
[0007]所述的儲氫罐由裙座1、導(dǎo)熱液入口 2、外殼3、換熱結(jié)構(gòu)4、罐體5、導(dǎo)氣管6、儲氫材料床體7、導(dǎo)熱液出口 8、過濾片9、氫氣瓶閥10組成。
[0008]裙座I位于罐體5的底部；儲氫材料床體7位于罐體5內(nèi)；導(dǎo)氣管6位于罐體5內(nèi)部中心位置,并從罐體5的底部直通罐口 ；罐口內(nèi)部安裝有過濾片9，罐口外部安裝有氫氣瓶閥10 ;外殼3位于所述的罐體5的外部,外殼3的兩端分別設(shè)有導(dǎo)熱液入口 2和導(dǎo)熱液出口 8 ;在外殼3與罐體5之間的環(huán)形腔體內(nèi)設(shè)有換熱結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(huán)形腔體內(nèi)，形成導(dǎo)熱液通道；強(qiáng)制導(dǎo)熱液沿著換熱結(jié)構(gòu)中的通道流動，從而大幅增強(qiáng)換熱效果；
[0013]所述的儲氫材料床體7為儲氫材料與導(dǎo)熱纖維的均勻混合體；所述的儲氫材料為稀土系A(chǔ)B5型、鈦系A(chǔ)B2型和AB型、鈦釩固溶體和高容量輕質(zhì)儲氫材料中的任意一種；所述的導(dǎo)熱纖維的材質(zhì)為鋁、銅和碳中的任意一種；儲氫材料與導(dǎo)熱纖維的質(zhì)量比在98:2?90:10 之間；
[0014]所述的導(dǎo)氣管6和過濾片9為采用粉末冶金方法制成的銅粉或不銹鋼燒結(jié)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(fā)明的有益效果為:
[0016]本發(fā)明提供的一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐結(jié)構(gòu)簡單，制作加工容易，成本低；在儲氫罐外部設(shè)置換熱結(jié)構(gòu)，增大了儲氫罐的換熱面積，且換熱結(jié)構(gòu)大幅提高了導(dǎo)熱液的流動距離，進(jìn)一步提高了換熱效果；與現(xiàn)有的儲氫罐相比具有更佳的換熱效果，其放氫性能更優(yōu)異，在57SL/min氫氣流量條件可連續(xù)放氫190min，放氫率高達(dá)98%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明提供的一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是使用本發(fā)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(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是折流形換熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是單螺旋形換熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6是多螺旋形換熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0024]如圖1所示，一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐的結(jié)構(gòu)如下:
[0025]裙座I位于罐體5的底部；儲氫材料床體7位于罐體5內(nèi)；導(dǎo)氣管6位于罐體5內(nèi)部中心位置，并從罐體5的底部直通罐口 ；罐口內(nèi)部安裝有過濾片9，罐口外部安裝有氫氣瓶閥10 ;外殼3位于所述的罐體5的外部,外殼3上設(shè)有導(dǎo)熱液入口 2和導(dǎo)熱液出口 8 ；在外殼3與罐體5之間的環(huán)形腔體內(nèi)設(shè)有換熱結(jié)構(gòu)4 ;氫氣瓶閥10與罐體5采用生料帶密封；
[0026]其中，罐體5由不銹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厚的不銹鋼板卷焊而成，
[0028]換熱結(jié)構(gòu)4采用如圖5所示的單螺旋形換熱結(jié)構(gòu)，螺距為50mm ;它由2mm厚的不銹鋼薄板制成，兩端分別與裙座I和罐體5焊接固定；
[0029]導(dǎo)氣管6和過濾片9為采用粉末冶金方法制成的不銹鋼燒結(jié)體，過濾精度為I微米，導(dǎo)氣管6的直徑為12mm ；
[0030]儲氫材料為Tia97Zratl3(VFeMn)2，導(dǎo)熱纖維為鋁絲，儲氫材料與導(dǎo)熱纖維的質(zhì)量比為 95:5 ;
[0031]圖2為上述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)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?？梢?，儲氫罐在在57SL/min氫氣流量可以穩(wěn)定工作190min，累積放氫10.7立方米，放氫率達(dá)98%，具有很好的放氫性能。
[0032]圖3為直流形換熱結(jié)構(gòu)的示意圖，該結(jié)構(gòu)優(yōu)點是對導(dǎo)熱液的阻力小，缺點是在導(dǎo)熱液流量較小的情況下?lián)Q熱不均，底部的換熱效率高于頂部的換熱效率；
[0033]圖4為折流形換熱結(jié)構(gòu)的示意圖，此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以保證導(dǎo)熱液的換熱均勻性，但缺點是對導(dǎo)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(jié)構(gòu)，這兩種換熱結(jié)構(gòu)結(jié)合了直流形和折流形換熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，即能保證換熱的均勻性，對導(dǎo)熱液的阻力也較?。?br> [0035]以上幾種形式的換熱結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，同時具有優(yōu)異的換熱效果。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，所述的儲氫罐結(jié)構(gòu)如下: 裙座(I)位于罐體(5)的底部；儲氫材料床體(7)位于罐體(5)內(nèi)；導(dǎo)氣管(6)位于罐體(5 )內(nèi)部中心位置，并從罐體(5 )的底部直通罐口；罐口內(nèi)部安裝有過濾片(9 )，罐口外部安裝有氫氣瓶閥(10);外殼(3)位于所述的罐體(5)的外部,外殼(3)的兩端分別設(shè)有導(dǎo)熱液入口(2)和導(dǎo)熱液出口(8);在外殼(3)與罐體(5)之間的環(huán)形腔體內(nèi)設(shè)有換熱結(jié)構(gòu)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，所述的罐體(5)的外徑為60?180臟，長度為500?2500臟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，所述的換熱結(jié)構(gòu)(4)為直流形、折流形、單螺旋形或多螺旋形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，所述的儲氫材料床體(7)為儲氫材料與導(dǎo)熱纖維的均勻混合體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，儲氫材料與導(dǎo)熱纖維的質(zhì)量比在98:2?90:10之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，所述的儲氫材料為稀土系A(chǔ)B5型、鈦系A(chǔ)B2型和AB型、鈦釩固溶體和高容量輕質(zhì)儲氫材料中的任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，所述的導(dǎo)熱纖維的材質(zhì)為鋁、銅和碳中的任意一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，所述的導(dǎo)氣管(6)和過濾片(9)為采用粉末冶金方法制成的銅粉或不銹鋼燒結(jié)體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，其特征在于，所述的導(dǎo)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(yōu)先權(quán)日:2012年12月24日
【發(fā)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