一种物理吸附储氢罐及其拆装方法与流程

本发明涉及储氢装置领域，尤其涉及一种物理吸附储氢罐及其拆装方法。

背景技术：

1、随着经济的高速发展，对于新能源的需求日益增长，为解决能源供给不足、减少不可再生能源的使用、维护生态环境等问题。氢能作为一种来源广、可持续、可再生、能量密度高的清洁能源，因此在生产和生活中均得以大量应用，然而由于氢气的体积密度低、质量低、易燃，导致氢气的储运成为氢能发展的关键问题。目前储氢的方式主要有高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢、有机化合物储氢和物理吸附储氢。其中高压气态储氢存在储氢密度低、设备价格昂贵等问题，低温液态储氢制造难度高、易挥发、运输安全性低等问题，金属氢化物储氢通常金属氢化物的导热性能差、吸放氢速度缓慢、吸氢后体积膨胀等问题，有机化合物储氢存在毒性大、安全性差的问题。由于高压储氢、低温液化储氢、金属氢化物储氢和有机化合物储氢的局限性，人们开始对固态储氢给予了更多的关注，其中物理吸附储氢主要是氢气通过物理吸附的方式以分子形态储存在材料中。物理吸附储氢技术因具有高安全性高、可逆性好的优势，是氢气规模化和商业化高效利用的重要研究方向。

2、而物理吸附储氢技术因储氢容量低、吸氢温度低使其在应用推广上具有很大的局限性。并且物理吸附储氢材料在储存氢气的过程中需要维持物理吸附储氢材料维持在低温的环境下，释放氢气需要外加热源才能提高氢气的脱附速度。此外，由于物理吸附储氢材料多为细小粉末颗粒，而在加压的条件下通入氢气，容易引起物理吸附储氢材料分布不均的问题。我国专利号201720253819.8《低温储氢罐》杨博等人曾公开一种低温储氢罐。这种储氢罐存在局部低温控制效果差，释氢时换热效果差，不能有效地解决在使用过程中对物理吸附储氢材料的局部低温控制，且由于氢气的加压进入会引起物理吸附储氢材料分布不均的问题。因此，亟需研制一种低温储氢罐，既能保证良好的低温控制效果，又能在氢气释放时换热效果好，同时还要保证物理吸附储氢材料的均匀分布以及安全性。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种物理吸附储氢罐，其特征在于，储氢罐包括罐体、多孔换热盘、低温储层、物理吸附储氢材料、螺旋式换热管、氢气进出管，所述罐体内部设有若干所述多孔换热盘依次安装于罐体内并与低温层通过导管连接，低温介质经过导管流经多孔换热盘，所述罐体内部填充物理吸附储氢材料，所述罐体内部设有螺旋式换热管，该螺旋式换热管由罐盖上层穿过，通过多孔换热盘的圆孔后由罐盖上层穿出，所述罐体与低温储层之间设有绝热保温层；所述多孔换热盘上设有导管和旋拧装置，该导管安装于多孔换热盘的两侧，旋拧装置安装于多孔换热盘的中心，该导管可随旋拧装置的转动而伸缩并与低温储层连接；所述罐体最上层的多孔换热盘为多孔换热圆盘，最上层的多孔换热圆盘与罐盖之间空有小部分距离，且多孔换热圆盘上的圆孔设有筛网。

2、进一步地，所述多孔换热盘为可更换式，包括多孔换热椭圆盘和多孔换热圆盘。

3、进一步地，所述多孔换热盘可更换的多孔换热圆盘直径和多孔换热椭圆盘的长轴均稍小于内罐壁的内径。

4、进一步地，所述罐体内设有螺旋式换热管，换热管出口端和换热管出口端均穿过所述罐盖。

5、进一步地，所述螺旋式换热管内所通入的热交换介质可以是热空气、水等介质。

6、进一步地，所述螺旋式换热管外径稍小于所述多孔换热盘中圆孔的孔径。

7、进一步地，所述低温储层的低温介质注入口和低温介质排出口均穿过罐盖。

8、进一步地，所述低温储层内注入的低温介质是液氮、液氨、液态二氧化碳中的一种。

9、进一步地，所述物理吸附储氢材料是活性炭、石墨烯、碳纳米管、介孔碳、金属有机骨架材料、共价有机骨架材料中的一种或几种。

10、本发明还提供了一种物理吸附储氢罐的拆装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

11、步骤1、将罐体安装好后，将螺旋式换热管安装于罐体内，后将物理吸附储氢材料填装于罐体内至内罐壁凹槽部位，即多孔换热盘与低温储层连接的部位，后将多孔换热盘绕螺旋式换热管旋转至内罐壁凹槽部位，拧动旋拧装置，将导管与低温储层连接，并依次填装与安装，最后将罐体与罐盖密封，即安装完毕。

12、步骤2、需要拆卸装置时，将低温储层排空，拧动旋拧装置将多孔换热盘取出，同时将物理吸附储氢材料取出，依次拆卸完毕后，再将螺旋式换热管取出。

13、本发明具有以下技术效果：

14、1、本发明通过安装多孔换热盘与低温储层通过导管相连接，能够大大提高对物理吸附储氢材料在低温下的维持效果，使罐内各个位置的物理吸附储氢材料维持在低温下。

15、2、本发明装备有若干个多孔换热盘，同时将物理吸附储氢材料填充于储氢罐内部，且罐盖与最上层的多孔换热盘之间空有小部分距离，且最上层的多孔换热盘的气体圆孔设有筛网，使得使得气体进入得到缓冲并均匀快速进入吸附材料内，由于若干个多孔换热盘对物理吸附储氢材料的支撑和包裹作用，同时保证物理吸附储氢材料分布均匀。

16、3、本发明通过设置螺旋式换热管，使其在储氢罐内的换热面积增大，当物理吸附储氢材料于常压下放氢的时，通过对螺旋式换热管通入热交换介质，能够加快氢气的释放速度。

17、4、本发明通过设置可更换式多孔换热盘，对于仅填充一种物理吸附储氢材料，采用多孔换热椭圆盘，其与罐内壁之间存在间隙，在保证维持低温效果的同时，使得物理吸附储氢材料填充更多，并方便物理吸附储氢材料的填充，直接填充的方式使得物吸附理储氢材料直接进入罐内；对于填充两种及以上物理吸附储氢材料可采用多孔换热圆盘，可实现物理吸附储氢材料多层填充，且不同物理吸附储氢材料之间不接触,从而实现不同物理吸附储氢材料之间的耦合作用，改善储氢罐的储氢性能。

技术特征：

1.一种物理吸附储氢罐，其特征在于，储氢罐包括罐体(1)、多孔换热盘(5)、低温储层(4)、物理吸附储氢材料(6)、螺旋式换热管(10)、氢气进出管(13)，所述罐体(1)内部设有若干所述多孔换热盘(5)依次安装于罐体(1)内并与低温层(4)通过导管(17)连接，低温介质经过导管流经多孔换热盘(5)，所述罐体(1)内部填充物理吸附储氢材料(6)，所述罐体(1)内部设有螺旋式换热管(10)，该螺旋式换热管(10)由罐盖(2)上层穿过，通过多孔换热盘(5)的圆孔(14)后由罐盖(2)上层穿出，所述罐体(1)与低温储层(4)之间设有绝热保温层(3)；所述多孔换热盘(5)上设有导管(17)和旋拧装置(16)，该导管(17)安装于多孔换热盘(5)的两侧，旋拧装置(16)安装于多孔换热盘(5)的中心，该导管(17)可随旋拧装置(16)的转动而伸缩并与低温储层(4)连接；所述罐体(1)最上层的多孔换热盘(5)为多孔换热圆盘(51)，最上层的多孔换热圆盘(51)与罐盖(2)之间空有小部分距离，且多孔换热圆盘(51)上的圆孔设有筛网(18)。

2.根据权利要求1所述的一种物理吸附储氢罐，其特征在于，所述多孔换热盘(5)为可更换式，包括多孔换热椭圆盘(51)和多孔换热圆盘(52)。

3.根据权利要求1所述的一种物理吸附储氢罐，其特征在于，所述多孔换热盘(5)可更换的多孔换热圆盘(51)直径和多孔换热椭圆盘(52)的长轴均稍小于内罐壁(7)的内径。

4.根据权利要求1所述的一种物理吸附储氢罐，其特征在于，所述罐体(1)内设有螺旋式换热管(10)，换热管出口端(11)和换热管出口端(12)均穿过所述罐盖(2)。

5.根据权利要求4所述的一种物理吸附储氢罐，其特征在于，所述螺旋式换热管(10)内所通入的热交换介质可以是热空气、水等介质。

6.根据权利要求1所述的一种物理吸附储氢罐，其特征在于，所述螺旋式换热管(10)外径稍小于所述多孔换热盘(5)中圆孔(15)的孔径。

7.根据权利要求1所述的一种物理吸附储氢罐，其特征在于，所述低温储层(4)的低温介质注入口(8)和低温介质排出口(9)均穿过罐盖(2)。

8.根据权利要求1所述的一种物理吸附储氢罐，其特征在于，所述低温储层(4)内注入的低温介质是液氮、液氨、液态二氧化碳中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种物理吸附储氢罐，其特征在于，所述物理吸附储氢材料(6)是活性炭、石墨烯、碳纳米管、介孔碳、金属有机骨架材料、共价有机骨架材料中的一种或几种。

10.一种物理吸附储氢罐的拆装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

技术总结本发明涉及物理吸附储氢领域，公开了一种物理吸附储氢罐，包括罐体和罐盖；所述罐体包括氢气进出管、多孔换热盘、罐体、低温储层、物理吸附储氢材料、螺旋式换热管。所述罐体内部设有若干多孔换热盘依次安装于罐体内并与低温储层通过导管连接，所述罐体内部填充物理吸附储氢材料，所述罐体内部设有螺旋式换热管，该螺旋式换热管由罐盖上层穿过，通过多孔换热盘的圆孔后由罐盖上层穿出，所述罐体与低温储层之间设有绝热保温层。本发明对维持低温效果进行了提升，不仅使罐内维持在低温下，而且使气体通过圆孔快速进入吸附层内，气体分布更均匀，在需要释放氢气时，于螺旋式换热管内通入热交换介质，加快氢气的释放。技术研发人员：潘晓钢受保护的技术使用者：中能固储（北京）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30