一種可快速吸放氫的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置制造方法
【專利摘要】一種可快速吸放氫的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，由吸放氫閥門（1）、罐體（2）和內(nèi)部填料區(qū)組成，填料區(qū)儲(chǔ)氫合金粉（4）裝填在多孔金屬顆粒（3）內(nèi)部孔隙和顆粒間孔隙形成儲(chǔ)氫微囊體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)如下：（1）多孔金屬結(jié)構(gòu)可隨儲(chǔ)氫合金粉吸氫膨脹發(fā)生變化，有效利用剩余空間，降低對(duì)罐體產(chǎn)生壓力，避免容器變形；（2）儲(chǔ)氫合金粉的流動(dòng)限制在微囊體內(nèi)，可避免其團(tuán)聚和堆積；（3）微囊體內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)和貫通孔可提供氫氣擴(kuò)散流動(dòng)通道，有利于吸放氫反應(yīng)的進(jìn)行；（4）多孔金屬具有傳熱特性，可在吸放氫過(guò)程中進(jìn)行熱傳遞，提高熱交換效率。該裝置高效、安全、穩(wěn)定性好，可有效改善金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的傳熱和傳質(zhì)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)裝置快速吸放氫。
【專利說(shuō)明】一種可快速吸放氫的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可快速吸放氫的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，屬于氫氣的儲(chǔ)存、輸送、運(yùn) 輸、凈化的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油能源日趨枯竭和環(huán)境污染問(wèn)題的加劇，人們開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)到可替代、再 生能源上。氫能是當(dāng)今世界各國(guó)都在積極研究和開(kāi)發(fā)的清潔能源，具有燃燒熱值高、應(yīng)用污 染小、資源豐富等優(yōu)勢(shì)，目前已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。氫燃料電池技術(shù)是將氫的化學(xué)能 直接轉(zhuǎn)化為電能，反應(yīng)過(guò)程中不涉及到燃燒，因此能量轉(zhuǎn)換效率高。隨著實(shí)用型質(zhì)子交換膜 燃料電池的開(kāi)發(fā)成功，燃料電池已經(jīng)應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ钪?，如電站、便攜式電源、各種車 輛用動(dòng)力電源。
[0003] 氫能可否大規(guī)模應(yīng)用，儲(chǔ)氫技術(shù)是最重要的技術(shù)關(guān)鍵。儲(chǔ)氫合金粉可在一定溫度 和壓力下可逆地大量吸收和放儲(chǔ)氫氣。金屬氫化物儲(chǔ)氫則是利用儲(chǔ)氫合金的選擇性吸收含 氫氣體中的氫，并形成金屬氫化物的能力，對(duì)氫氣進(jìn)行儲(chǔ)存；同時(shí)可利用氫氣將濃縮于反應(yīng) 器空間的雜質(zhì)氣體吹除達(dá)到凈化氫氣的目的。
[0004] 金屬氫化物儲(chǔ)氫器既是一個(gè)儲(chǔ)氫器，又是一個(gè)熱反應(yīng)器，通過(guò)向儲(chǔ)氫器輸入和輸 出熱量，可以控制儲(chǔ)氫器內(nèi)的儲(chǔ)氫材料進(jìn)行吸放氫反應(yīng)，達(dá)到儲(chǔ)存和利用氫氣的目的。與壓 縮儲(chǔ)氫、液化儲(chǔ)氫相比，金屬氫化物儲(chǔ)氫可以可逆的吸放大量的氫氣，并可同時(shí)對(duì)氫氣進(jìn)行 凈化，具有安全性高、儲(chǔ)氫密度大、可在常溫常壓下吸放氫、氫氣純度高、操作簡(jiǎn)單、占地面 積小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有分離、凈化氫氣等功能，是一種安全高效無(wú)能耗無(wú)泄漏的儲(chǔ)運(yùn)方式， 被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的儲(chǔ)氫技術(shù)。
[0005] 但由于儲(chǔ)氫合金吸氫后伴隨25%左右的體積膨脹，放氫后體積收縮，因此經(jīng)多次 吸放氫循環(huán)后，儲(chǔ)氫合金逐步粉化。在傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫器中，儲(chǔ)氫合金粉在吸放氫過(guò)程中，極易 隨氫氣流動(dòng)發(fā)生流動(dòng)，產(chǎn)生堆積，使儲(chǔ)氫器局部失去間隙，導(dǎo)致儲(chǔ)氫器在儲(chǔ)氫合金吸氫膨脹 中變形，甚至開(kāi)裂損壞。同時(shí)，由于儲(chǔ)氫合金粉末傳熱性差，吸放氫反應(yīng)的反應(yīng)熱不能及時(shí) 傳出，嚴(yán)重影響吸放氫反應(yīng)速度。目前金屬氫化物儲(chǔ)氫器仍然存在吸放氫速率慢、傳熱傳質(zhì) 性能差的問(wèn)題，需改進(jìn)儲(chǔ)氫器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以便改善傳熱傳質(zhì)性能差的問(wèn)題，提高吸放氫速 率，促進(jìn)金屬氫化物儲(chǔ)氫器的大規(guī)模使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效、熱交換效率高、吸放氫速度快 的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置。
[0007] -種可快速吸放氫的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，由閥門、罐體和內(nèi)部填料區(qū)組成。填料 區(qū)裝填具有多孔結(jié)構(gòu)的顆粒狀金屬，該金屬具有導(dǎo)熱性，儲(chǔ)氫合金粉裝填在金屬顆粒孔內(nèi) 或金屬顆粒之間的孔隙內(nèi)形成儲(chǔ)氫微囊體。
[0008] 所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述具有多孔結(jié)構(gòu)的金屬顆粒的材質(zhì)為銅、鎳、鈦、 鋁、鐵、不銹鋼、鋁合金、鎳合金、銅合金及其他金屬材料的一種或多種。
[0009] 所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，多孔金屬顆粒為不規(guī)則形狀，其粒徑> lum，孔隙度 在359Γ98%之間。
[0010] 所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，金屬顆粒的孔由貫通孔和非貫通孔組成，單個(gè)孔的 孔徑彡lum，且小于多孔金屬顆粒本身的大小。
[0011] 所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，儲(chǔ)氫合金粉裝填于多孔金屬顆粒的孔隙內(nèi)或金屬 顆粒孔隙形成儲(chǔ)氫微囊體結(jié)構(gòu)，有利于儲(chǔ)氫合金粉進(jìn)行吸放氫反應(yīng)。
[0012] 所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，儲(chǔ)氫合金粉為稀土系儲(chǔ)氫合金粉、鈦系儲(chǔ)氫合金 粉、鋯系儲(chǔ)氫合金粉、釩系儲(chǔ)氫合金粉、鎂系儲(chǔ)氫合金粉、鈣系儲(chǔ)氫合金粉中的一種或多種。
[0013] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)儲(chǔ)氫合金粉吸氫后形成金屬氫化物體積膨脹，可利用 微囊體的剩余間隙，降低對(duì)罐體產(chǎn)生壓力，避免容器變形；（2)儲(chǔ)氫合金粉的流動(dòng)限制在微 囊體內(nèi)，可有效抑制儲(chǔ)氫合金粉的流動(dòng)、團(tuán)聚和堆積，提高儲(chǔ)氫裝置的穩(wěn)定性；（3)微囊體 內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)可提供氫氣擴(kuò)散通道，便于儲(chǔ)氫合金粉與氫氣充分接觸，有利于吸放氫反應(yīng) 的進(jìn)行，其中的貫通孔提供氫氣流動(dòng)的通道，可實(shí)現(xiàn)金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置快速吸放氫；（4) 多孔的金屬具有傳熱特性，可以有效在吸放氫過(guò)程中與外界進(jìn)行熱傳遞，提高裝置的熱交 換效率；（5)多孔金屬具有塑性及沖擊韌性，可隨儲(chǔ)氫合金粉的膨脹發(fā)生變化，降低對(duì)罐體 產(chǎn)生壓力，避免容器變形。
[0014] 該裝置高效、安全，可有效改善金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的傳熱和傳質(zhì)問(wèn)題，提高吸放 氫速度，促進(jìn)金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的利用。
[0015]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 圖1是可快速吸放氫金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的平視剖面圖，圖2為多孔金屬顆粒放大示 意圖。
[0016]

【具體實(shí)施方式】 以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明展開(kāi)進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不僅限于此，可以在 不改變其要點(diǎn)的范圍內(nèi)適當(dāng)更改。
[0017] 實(shí)施例1 金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置包括罐體（2)、設(shè)置在罐體上方的進(jìn)出氣閥門（1)和填料區(qū)組成。 罐體（2)為304不銹鋼材質(zhì)；（1)處裝配閥門控制氫氣的儲(chǔ)存和排放；填料區(qū)裝填有粒徑在 3um-70mm之間孔隙度為98%的多孔鋁顆粒（3)，儲(chǔ)氫合金粉（4)裝填到多孔鋁顆?？變?nèi)或顆 粒之間，形成微囊體結(jié)構(gòu)。
[0018] 通過(guò)控制處的閥門使氫氣進(jìn)入罐體內(nèi)，氫氣通過(guò)多孔鋁顆粒內(nèi)貫通孔、顆粒間隙 將氫氣輸送到各微囊體，微囊體內(nèi)儲(chǔ)氫合金粉可快速吸氫形成金屬氫化物，體積增大，有效 利用剩余的孔隙，同時(shí)促使多孔鋁發(fā)生變形；吸氫過(guò)程中產(chǎn)生的熱量可通過(guò)多孔鋁顆粒間 的接觸，快速傳遞到罐體，與外界進(jìn)行熱量交換。
[0019] 當(dāng)該金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置放氫時(shí)，微囊體內(nèi)的金屬氫化物放氫形成儲(chǔ)氫合金粉， 氫氣通過(guò)貫通孔、顆粒間隙將氫氣輸送到控制處的閥門外排；外界熱量通過(guò)罐體進(jìn)入金屬 氫化物儲(chǔ)氫裝置內(nèi)部，通過(guò)多孔鋁顆粒間的接觸，傳遞到微囊體內(nèi)部，提供金屬氫化物放氫 過(guò)程所需的熱量。
[0020] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置儲(chǔ)氫量大、吸放氫速度快，經(jīng)過(guò)3000次充放氫操作后，吸放 氫量和吸放氫速度沒(méi)有明顯影響?；罨蟮膬?chǔ)氫裝置可作為不同領(lǐng)域的高純氫源。
[0021] 實(shí)施例2 金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置包括罐體（2)、設(shè)置在罐體上方的進(jìn)出氣閥門（1)和填料區(qū)組 成。罐體（2)為鋁合金材質(zhì)；（1)處裝配閥門控制氫氣的儲(chǔ)存和排放；填料區(qū)裝填有粒徑在 3um-70mm之間孔隙度為35%的多孔銅顆粒（3)及粒徑在3um-70mm之間孔隙度為60%的多 孔鎳顆粒（3)，儲(chǔ)氫合金粉（4)裝填到多孔金屬顆?？變?nèi)或顆粒之間，形成微囊體結(jié)構(gòu)。
[0022] 通過(guò)控制處的閥門使氫氣進(jìn)入罐體內(nèi)，氫氣通過(guò)多孔金屬顆粒內(nèi)貫通孔、顆粒間 隙將氫氣輸送到各處，微囊體內(nèi)儲(chǔ)氫合金粉可快速吸氫形成金屬氫化物，體積增大，有效利 用剩余的孔隙，同時(shí)促使多孔金屬發(fā)生變形；吸氫過(guò)程中產(chǎn)生的熱量可通過(guò)多孔金屬顆粒 間的接觸，快速傳遞到罐體，與外界進(jìn)行熱量交換。
[0023] 當(dāng)該金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置放氫時(shí)，微囊體內(nèi)的金屬氫化物放氫形成儲(chǔ)氫合金粉， 氫氣通過(guò)貫通孔、顆粒間隙將氫氣輸送到控制處的閥門外排；外界熱量通過(guò)罐體進(jìn)入金屬 氫化物儲(chǔ)氫裝置內(nèi)部，通過(guò)多孔金屬顆粒間的接觸，傳遞到微囊體內(nèi)部，提供金屬氫化物放 氫過(guò)程所需的熱量。
[0024] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置儲(chǔ)氫量大、吸放氫速度快，經(jīng)過(guò)3000次充放氫操作后，吸放 氫量和吸放氫速度沒(méi)有明顯影響?；罨蟮膬?chǔ)氫裝置可作為不同領(lǐng)域的高純氫源。
【權(quán)利要求】
1. 一種可快速吸放氫的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，由閥門、罐體和內(nèi)部填料區(qū)組成。
2. 填料區(qū)裝填具有多孔結(jié)構(gòu)的顆粒狀金屬，該金屬具有導(dǎo)熱性，儲(chǔ)氫合金粉裝填在金 屬顆粒孔內(nèi)或金屬顆粒之間的孔隙內(nèi)形成儲(chǔ)氫微囊體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述具有多孔結(jié)構(gòu)的金屬顆粒的材 質(zhì)為銅、鎳、鈦、鋁、鐵、不銹鋼、鋁合金、鎳合金、銅合金及其他金屬材料的一種或多種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，多孔金屬顆粒為不規(guī)則形狀，其粒徑 彡lum，孔隙度在359Γ98%之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，金屬顆粒的孔由貫通孔和非貫通孔 組成，單個(gè)孔的孔徑> lum，且小于多孔金屬顆粒本身的大小。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，儲(chǔ)氫合金粉裝填于多孔金屬顆粒的 孔隙內(nèi)或金屬顆?？紫缎纬蓛?chǔ)氫微囊體結(jié)構(gòu)，有利于儲(chǔ)氫合金粉進(jìn)行吸放氫反應(yīng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，儲(chǔ)氫合金粉為稀土系儲(chǔ)氫合金粉、鈦 系儲(chǔ)氫合金粉、鋯系儲(chǔ)氫合金粉、釩系儲(chǔ)氫合金粉、鎂系儲(chǔ)氫合金粉、鈣系儲(chǔ)氫合金粉中的 一種或多種。
【文檔編號(hào)】F17C11/00GK104100834SQ201310114797
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月3日
【發(fā)明者】張沛龍, 葛靜, 朱永國(guó) 申請(qǐng)人:北京浩運(yùn)金能科技有限公司