[发明专利]一种内热式抗膨胀金属储氢装置

说明书

本发明涉及一种内热式抗膨胀金属储氢装置，抗膨胀结构均匀安装在压力容器罐体的内壁以为储氢合金吸氢膨胀预留空间，换热结构安装在抗膨胀结构的内部以对吸放氢循环进行热交换，储氢合金分布在换热结构中以形成合金粉床体，导气管为中空的两端封闭管且自由分布在合金粉床体的内部以提高氢气传输速度和纯度，过滤结构独立于导气管且安装在压力容器罐体的进出口处。根据本发明的内热式抗膨胀金属储氢装置，高效安全，能够解决储氢装置中存在的传热、传质效率低下以及罐体膨胀安全性问题。

技术领域

本发明涉及金属固态储氢，更具体地涉及一种内热式抗膨胀金属储氢装置。

背景技术

当前人类社会正面临着过度开发和使用传统化石能源所带来的全球气候变暖和各种自然灾害等问题，随着科技发展，以太阳能、氢能、风能以及核能等为代表的清洁可再生能源开始受到了世界各国的高度重视。其中，氢作为燃料，具有最高的质量热值(其热值1.25×10⁶kJ/kg，为汽油的3倍、焦炭的4.5倍)，是理想的高能清洁燃料之一。目前，尽管高压(低于17MPa) 气态储氢、低温(低于20K)液态储氢等技术手段使得氢在一些常规燃料和航天推进等领域得以应用，但高压气态氢体积热值小以及低温液态氢液化过程耗能高、使用条件苛刻等问题严重限制了氢的应用。

利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和氢化物的固态储氢方式，能有效克服上述储存方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、使用和运输便利。

近年来，随着燃料电池技术的不断发展和应用，金属固态储氢技术在燃料电池氢源以及大规模氢气储运领域展示出了巨大的发展潜力。与此同时，金属储氢材料在吸放氢过程中的晶格膨胀、合金粉化等问题，给金属固态储氢装置带来了传热、传质以及罐体的膨胀方面带来了不利的影响。因此开发高能、高效、高可靠性的金属储氢装置，不仅可以丰富储氢合金的基础研究，而且可进一步积累储氢合金及高能储氢、输氢和用氢设备的理论、设计和使用经验；从而为相关学科提供支持，为迎接即将到来的“氢能经济”做好必要的知识和技术准备、并且带动相关产业的发展。

发明内容

为了解决上述现有技术中的金属储氢材料在吸放氢过程中的晶格膨胀和合金粉化等问题，本发明提供一种内热式抗膨胀金属储氢装置。

根据本发明的内热式抗膨胀金属储氢装置，其包括压力容器罐体、抗膨胀结构、换热结构、储氢合金、导气管和过滤结构，其中，抗膨胀结构均匀安装在压力容器罐体的内壁以为储氢合金吸氢膨胀预留空间，换热结构安装在抗膨胀结构的内部以对吸放氢循环进行热交换，储氢合金分布在换热结构中以形成合金粉床体，导气管为中空的两端封闭管且自由分布在合金粉床体的内部以提高氢气传输速度和纯度，过滤结构独立于导气管且安装在压力容器罐体的进出口处。

优选地，抗膨胀结构由缓冲层和阻粉层构成，其中，缓冲层均匀铺贴在压力容器罐体的内壁以为储氢合金的吸氢膨胀预留空间，阻粉层覆盖在缓冲层上以阻止储氢合金的粉体进入缓冲层。

优选地，缓冲层为铝合金翅片结构，阻粉层为不锈钢薄片结构。

优选地，换热结构由循环水管和换热器构成，其中，换热器由金属换热片构成，各金属换热片之间以及各金属换热片与循环水管之间通过焊接形成整体。

优选地，换热器由多块金属换热片通过拼装缺口焊接组合成井字格。

优选地，每个金属换热片上打有横向的小孔，小孔的直径大于储氢合金的粉体的最大粒径。

优选地，导气管的管壁供氢气自由进出且阻挡储氢合金的粉体不能进入。

优选地，过滤结构由保护罩、过滤杯和充放氢阀门构成，其中，压力容器罐体具有法兰，保护罩和过滤杯倒扣焊接在法兰的内侧罩住充放氢阀门。

优选地，过滤器为杯状。

优选地，保护罩为多孔杯状结构。