[发明专利]一种基于金属氢化物的高效蓄热反应器

说明书

本发明公开了一种基于金属氢化物的高效蓄热反应器，包括竖直设置的换热流体管和反应器壳体，热流体管贯穿反应器壳体，换热流体管的一端通过第三卡套与反应器壳体的底端密封连接，另一端与反应器壳体的顶端通过法兰连接，法兰上设置有用于氢气进出的气孔和安全阀接口，反应器壳体内部设置有压块形成床层，换热流体管贯穿床层。采用了变截面的压块结构和多次拆卸填料的密封结构。解决了传统的圆柱形金属氢化物压块床层，在放热过程中，输出温度过早下降，床层利用率低的问题，明显地提高了床层的有效利用率；同时采用两对卡套密封结构组合，使反应器可以多次拆卸填料并保持良好的密封。

【技术领域】

本发明属于热化学蓄热技术领域，具体涉及一种基于金属氢化物的高效蓄热反应器。

【背景技术】

由于一些金属或合金与氢可以发生化学反应并且具有良好的可逆性，其中一部分材料例如Mg基金属氢化物具有大的反应热值(高的蓄热密度)并且反应温度较高，被国内外学者认为是一种很有前景的高温蓄热材料。

大量的研究表明，金属氢化物的反应过程的控制环节是传热，即传热性能越好反应越快。因此，金属氢化物的强化传热研究一直是其应用研究的一个热点。强化传热的方法主要分为两种思路：a对材料进行改进(例如复合材料)以强化材料的有效导热系数；b对反应器结构进行改进以强化反应器对换热流体的传热性能。

其中，将金属氢化物粉末与具有良好导热的材料例如膨胀石墨等按照一定比例混合，并通过模具冷压制成圆柱形压块。此种压块的有效导热系数λ_e可以达到6W·m^-1·K^-1(未处理时λ_e不到1W·m^-1·K^-1)，并且经过3000次循环之后仍然可以保持这个形状避免粉化。此外，金属氢化物压块还可以防止粉末与空气大面积接触被氧化甚至燃烧的危险。因此，该方法逐渐被广大学者研究机构所关注和应用，例如台湾亚太燃料电池科技股份有限公司所采用的LaNi₅类型储氢材料即是采用这种压块方式。

因此，Mg基金属氢化物压块在高温蓄热领域的应用也逐渐被重视起来。经本课题组研究发现，由于换热流体温度的温升(放热)或者温降(吸热)比较明显，尤其在金属氢化物反应器放热过程中，采用传统的圆柱形压块会导致的输出温度过早的下降，导致反应器整体压块材料的有效利用率较低。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于金属氢化物的高效蓄热反应器，解决金属氢化物压块用于高温蓄热时传统圆柱形压块床层的有效利用率低的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于金属氢化物的高效蓄热反应器，包括竖直设置的换热流体管和反应器壳体，所述换热流体管贯穿所述反应器壳体，所述换热流体管的一端通过第三卡套与所述反应器壳体的底端密封连接，另一端与所述反应器壳体的顶端通过法兰连接，所述法兰上设置有用于氢气进出的气孔和安全阀接口，所述反应器壳体内部设置有压块形成床层，所述换热流体管贯穿所述床层。

进一步的，所述压块为圆台形结构，包括多个，在所述反应器壳体内部从下到上层叠设置。

进一步的，每层所述压块之间设置有至少1mm的金属垫片用于支撑。

进一步的，所述压块的锥度为0.02～0.1。

进一步的，所述压块的高度小于20mm。

进一步的，所述压块可采用变截面圆柱形床层，所述变截面圆柱形压块从底层往上根据圆台最优锥度每隔几层外径减小至少1mm，底层所述变截面圆柱形压块外径不变，与所述反应器壳体内壁间隔至少1mm设置。

进一步的，所述反应器壳体顶端与所述法兰之间设置有端盖，所述端盖上设置有第二卡套用于密封，所述端盖下端设置有锥面结构用于密封所述反应器壳体，所述换热流体管贯穿所述端盖通过第一卡套密封。