本實(shí)用新型涉及一種儲氫裝置，具體涉及一種提高氫氣傳輸速率的金屬氫化物儲氫裝置。

背景技術(shù)：

隨著石油和煤炭等化石燃料的日漸匱乏和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，開發(fā)新型的環(huán)保型能源已經(jīng)是迫在眉睫。作為燃料，氫的質(zhì)量熱值高(其熱值1.25×106kJ/kg，為汽油的3倍、焦炭的4.5倍)，是理想的高能清潔燃料之一。氫能作為新能源之一，因其具有來源豐富、可再生、熱效率高和燃燒清潔等優(yōu)點(diǎn)，在未來的能量領(lǐng)域中，占據(jù)著重要的地位，已經(jīng)受到世界各國科研工作者的普遍關(guān)注。

氫能的開發(fā)與利用涉及氫氣的制備，存儲，運(yùn)輸和應(yīng)用四大關(guān)鍵技術(shù)。氫氣的存儲是應(yīng)用的難題和關(guān)鍵技術(shù)。目前，固態(tài)金屬氫化物儲氫技術(shù)被廣泛研究，金屬氫化物具有體積小、儲氫密度大、安全性好、能耗低等顯著優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的儲氫材料。金屬氫化物儲氫技術(shù)，是在一定溫度與壓力下，金屬與氫氣反應(yīng)，會吸收氫而生成金屬氫化物，從而將氫儲存和固定。該反應(yīng)有很好的可逆性，適當(dāng)升高溫度和減小壓力即可發(fā)生可逆反應(yīng)，此時(shí)放出氫氣。

將金屬氫化物放置于儲氫罐中，可以實(shí)現(xiàn)氫氣的固態(tài)儲存。金屬氫化物儲氫罐目前也存在一些問題，金屬氫化物在反復(fù)的吸氫和放氫循環(huán)過程中會出現(xiàn)體積膨脹，并且由于粉末狀的金屬氫化物在吸放氫過程中會發(fā)生流動(dòng)，甚至堆積，使得內(nèi)部產(chǎn)生很大的應(yīng)力，會引起儲氫罐的變形開裂；同時(shí)，由于金屬氫化物粉末易流動(dòng)，會在進(jìn)出氣口部位塞積，阻礙氫氣的進(jìn)入與輸出。金屬氫化物的吸放氫過程伴隨著很大的熱量交換，在吸氫時(shí)溫度急劇升高，在放氫時(shí)溫度急劇下降，但是金屬氫化物本身的導(dǎo)熱性能很差，造成吸放氫速率慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對上述問題，提供一種傳輸效率高、熱傳導(dǎo)效率好的結(jié)構(gòu)簡單的金屬氫化物儲氫裝置。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了采用下述技術(shù)方案：

一種金屬氫化物儲氫裝置，其包括罐體和閥門，罐體設(shè)有橫向設(shè)置的隔網(wǎng)和與所述閥門相通的多孔導(dǎo)氣管構(gòu)成的所述金屬氫化物儲氫子區(qū)間。

一種金屬氫化物儲氫裝置的第一優(yōu)選方案，閥門和多孔導(dǎo)氣管之間設(shè)有過濾網(wǎng)；罐體垂直方向分層設(shè)有隔網(wǎng)；所述多孔導(dǎo)氣管的數(shù)目至少為1，其長度至少與所述罐體高度相等； 所述隔網(wǎng)間的距離為45～50mm。

一種金屬氫化物儲氫裝置的第二優(yōu)選方案，多孔導(dǎo)氣管的孔徑為1～1.5mm；隔網(wǎng)的孔徑為300～400目，厚度為2～2.5mm；制備所述隔網(wǎng)的網(wǎng)材直經(jīng)為0.5～0.8mm。

一種金屬氫化物儲氫裝置的第三優(yōu)選方案，多孔導(dǎo)氣管的孔徑為1mm；隔網(wǎng)的孔徑為400目，厚度為2mm；所述網(wǎng)材直徑為0.5mm。

一種金屬氫化物儲氫裝置的第四優(yōu)選方案，罐體由球冠和圓柱體組成，圓柱體的直徑和高度比為1:2～2:3。

一種金屬氫化物儲氫裝置的第六優(yōu)選方案，金屬氫化物儲氫子區(qū)間分布有儲氫合金粉，儲氫合金粉的的厚度小于相鄰隔網(wǎng)距離的3/4；填料區(qū)的整體厚度小于所述罐體體積的4/5。

一種金屬氫化物儲氫裝置的第七優(yōu)選方案，多孔導(dǎo)氣管按質(zhì)量百分比計(jì)的下述組份制備：C 0.22-0.30％，Mn≤0.8％，Si≤0.6％，Ni 0.40-0.70％，Cr 13-15％，Ti≤0.006％，Mo 0.4-0.6％，B≤0.003％，P≤0.03％，S≤0.036％，雜質(zhì)元素≤0.30％，余量為鐵。

一種金屬氫化物儲氫裝置的第八優(yōu)選方案，閥門按質(zhì)量百分比計(jì)，由下述組份制備而成：C≤0.08％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.035％，S≤0.03％，Ni:10.0～14.0％，Cr:16.0～18.5％，Mo:2.0～3.0％，余量為鐵。

一種金屬氫化物儲氫裝置的第九優(yōu)選方案，罐體按質(zhì)量百分比計(jì)，由下述組份制備而成：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.045％，S≤0.03％，Ni:10.0～14.0％，Cr:16.0～18％，Mo:2.0～3.0％，余量為鐵，罐體采用耐高溫材料，保證罐體具有很高的強(qiáng)度和良好的熱傳導(dǎo)效果

一種金屬氫化物儲氫裝置的第十優(yōu)選方案，儲氫合金粉為鎂系儲氫合金粉、稀土系儲氫合金粉、鈦系儲氫合金粉中的一種。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案中細(xì)徑隔網(wǎng)為儲氫合金粉提供了存放空間，細(xì)徑隔網(wǎng)將合金粉固定在較小的空間內(nèi)部，避免了合金粉的堆積，減緩了合金粉膨脹對罐體的壓力。

2、本實(shí)用新型中提供細(xì)徑隔網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，是由許多孔徑為300～400目的小孔構(gòu)成，孔徑能夠達(dá)到38～45μm，細(xì)徑隔網(wǎng)的厚度為2～2.5mm，可以為氫氣在合金粉之間流動(dòng)提供良好的通道，提高了氫氣傳質(zhì)效率。

3、本實(shí)用新型中的多孔導(dǎo)氣管上面分布有許多小的孔洞，一方面有利于在吸氫過程中氫氣進(jìn)入罐體內(nèi)部與儲氫合金粉接觸；另一方面，在放氫過程中可以使得底部合金粉放出的氫氣也可以快速的釋放，提高了儲氫合金粉的吸放氫能力。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型儲氫裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型多孔導(dǎo)氣管的示意圖；

圖3是本實(shí)用新型隔網(wǎng)的俯視圖；

其中，1、罐體通口；2、閥門；3、過濾網(wǎng)；4、罐體；5、隔網(wǎng)；6、儲氫合金粉；7、多孔導(dǎo)氣管；8、壓力計(jì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1～3和具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖1至圖3所示一種金屬氫化物儲氫罐裝置，該裝置包括罐體(4)上方的罐體通口(1)、罐口處的氣體閥門(2)、防止粉末流出罐體的過濾網(wǎng)(3)、細(xì)徑(400目)隔網(wǎng)(5)，相鄰隔網(wǎng)的是填料區(qū)，內(nèi)部含有儲氫合金粉(6)，多孔導(dǎo)氣管(7)位于罐體內(nèi)部，導(dǎo)氣管至少一根，為金屬直管，在直管上面分布有小孔。細(xì)徑隔網(wǎng)(5)是由孔徑為400目的小孔組成，隔網(wǎng)網(wǎng)經(jīng)為1～2mm，隔網(wǎng)間的距離為45～50mm；制備隔網(wǎng)的網(wǎng)材直經(jīng)為0.5～0.8mm，優(yōu)選0.5mm；在相鄰隔網(wǎng)之間內(nèi)部裝有儲氫合金粉(6)，儲氫合金粉的的厚度小于相鄰隔網(wǎng)距離的3/4，填料區(qū)的整體厚度小于所述罐體體積的4/5，從而提高了氫氣與儲氫合金粉的接觸面積，有利于氫氣的傳輸。罐體由球冠和圓柱體組成，圓柱體的直徑和高度比為1:2～2:3。

另外，由于分布著小孔的導(dǎo)氣管(7)的存在，多孔導(dǎo)氣管(7)的直徑為所述罐體主體直徑的1/10，能夠使得氫氣在進(jìn)入和輸出過程迅速完成，提高了儲氫合金粉的吸放氫的效率。過濾器網(wǎng)(3)的存在，使得在抽真空和吸放氫過程中，儲氫合金粉不會隨氫氣氣流進(jìn)入氣體進(jìn)出口的內(nèi)部。

細(xì)徑隔網(wǎng)(5)是存放儲氫合金粉的主要載體，可為氫氣在合金粉之間流動(dòng)提供良好的通道，提高了氫氣傳質(zhì)效率。同時(shí)，細(xì)徑隔網(wǎng)(5)的孔洞將合金粉固定在較小的空間內(nèi)部，避 免了合金粉的堆積，使得氫氣與合金粉的接觸面積增大，提高了氫氣的轉(zhuǎn)換效率。

為了進(jìn)一步的提高氫氣在罐體內(nèi)部的流通，采用一種管道，材質(zhì)為純銅，管道周圍開有小的孔洞，即多孔導(dǎo)氣管；高壓狀態(tài)的氫氣進(jìn)入罐體內(nèi)部，經(jīng)由導(dǎo)氣管上面的小孔進(jìn)入細(xì)徑隔網(wǎng)的孔洞中，進(jìn)一步的提高了氫氣的傳質(zhì)效率。

再者，儲氫合金粉在吸氫過程中是一個(gè)放熱過程，會放出很大的熱量。由于細(xì)徑隔網(wǎng)和銅管具有良好的熱傳遞性能，細(xì)徑隔網(wǎng)(5)與罐體(4)緊貼著，這就使得吸氫放出的熱量能夠很快的傳導(dǎo)到外界。放氫過程是一個(gè)吸熱過程，在放氫過程中，外部熱量經(jīng)由細(xì)徑隔網(wǎng)(5)很好的傳遞到儲氫合金粉(6)，促使放氫過程快速發(fā)生。

總的看來，利用細(xì)徑隔網(wǎng)(5)作為儲氫合金粉的反應(yīng)床，不僅能夠大幅度的提高氫氣的傳質(zhì)效率，而且還對吸放氫過程中的熱量傳遞起到一定的作用。

下面為儲氫裝置的使用過程，以LaNi₅材料為例，首先打開金屬氫化物儲氫罐體，把2mm厚的細(xì)徑隔網(wǎng)放在儲氫罐內(nèi)部，將細(xì)徑隔網(wǎng)上的中心孔洞與圖2中的多孔導(dǎo)氣管(7)對齊。將儲氫合金粉(6)裝入到罐體(4)內(nèi)部的填料區(qū)中，使得儲氫合金粉均勻分布，填充完畢后。在室溫下往儲氫罐內(nèi)部充入4Mpa壓力的氬氣(純度為99.99％)，并且保持30分鐘，通過壓力計(jì)(8)觀察儲氫罐內(nèi)的壓力是否下降，以此來判斷儲氫罐的密封性是否良好。若是壓力計(jì)(8)的示數(shù)下降，則密封性不好，繼續(xù)擰緊螺栓，繼續(xù)測試密封。若是示數(shù)保持不變，則密封性良好。

接下來就是對儲氫合金粉進(jìn)行活化，首先將溫度控制顯示儀開關(guān)打開，將儲氫罐的溫度升到60℃，并進(jìn)行保溫30分鐘，設(shè)定升溫速度為5℃/s。其次在60℃條件下，經(jīng)由罐體通口(1)對罐體(4)進(jìn)行抽真空，保持60分鐘。然后在60℃條件下經(jīng)由罐體通口(1)充入氫氣，使得罐內(nèi)的氫氣壓力達(dá)到4MPa，保持2.5小時(shí)；最后在60℃條件下經(jīng)由罐體通口(1)進(jìn)行放氫，放至氫氣壓力在0.157MPa左右，以上步驟完成第一次活化；接下來按照如上步驟再次進(jìn)行活化，反復(fù)活化5次，即可完成儲氫裝置的活化?；罨蟮膬溲b置即可用來進(jìn)行氫氣的快速存儲。

最后是利用已經(jīng)活化的金屬氫化物儲氫合金粉進(jìn)行試驗(yàn)。通過控制罐體通口(1)處的閥門(2)使氫氣進(jìn)入儲氫罐內(nèi)，氫氣通過多孔導(dǎo)氣管(7)進(jìn)入到細(xì)徑隔網(wǎng)的各個(gè)小的孔隙中。儲氫合金粉可快速吸氫形成金屬氫化物，體積膨脹，可以有效地利用剩余的空間，避免因體積膨脹引起的罐體開裂。吸氫過程中產(chǎn)生的熱量會引起罐體內(nèi)部的溫度升高。儲氫罐內(nèi)部的氫氣壓力示數(shù)降低，通過壓力計(jì)表(8)顯示并記錄數(shù)據(jù)。產(chǎn)生的熱量可以通過細(xì)徑隔網(wǎng)，快 速傳遞到罐體，與外界進(jìn)行熱交換。

在放氫過程中，罐體內(nèi)部的金屬氫化物放出氫氣，氫氣通過細(xì)徑隔網(wǎng)的孔洞和儲氫合金粉，最后通過多孔導(dǎo)氣管(7)將氫氣聚集到罐體通口(1)處，打開閥門(2)氫氣就會排出。在放氫過程中的熱傳遞過程是，外界熱量通過罐體(4)傳遞給細(xì)徑隔網(wǎng)金屬，然后由細(xì)徑隔網(wǎng)金屬傳遞給金屬氫化物，為金屬氫化物放氫提供熱量。

隔網(wǎng)為銅網(wǎng)；多孔導(dǎo)氣管按質(zhì)量百分比計(jì)的下述組份制備：C 0.22-0.30％，Mn≤0.8％，Si≤0.6％，Ni 0.40-0.70％，Cr 13-15％，Ti≤0.006％，Mo 0.4-0.6％，B≤0.003％，P≤0.03％，S≤0.036％，雜質(zhì)元素≤0.30％，余量為鐵。

閥門(2)按質(zhì)量百分比計(jì)，由下述組份制備而成：C≤0.08％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.035％，S≤0.03％，Ni:10.0～14.0％，Cr:16.0～18.5％，Mo：2.0～3.0％，余量為鐵。

罐體(4)按質(zhì)量百分比計(jì)，由下述組份制備而成：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.045％，S≤0.03％，Ni:10.0～14.0％，Cr:16.0～18％，Mo：2.0～3.0％，余量為鐵。

儲氫合金粉為鎂系儲氫合金粉、稀土系儲氫合金粉、鈦系儲氫合金粉中的一種。