一种金属氢化物储氢罐的制作方法

本技术涉及氢能产业中的储氢，尤其涉及一种金属氢化物储氢罐。

背景技术：

1、随着经济社会的高速发展，煤、石油、天然气等化石燃料已无法满足人类日益增长的需求，同时化石燃料的使用又不可避免地造成对生态环境的破坏，如温室效应、地质塌陷等。另外，化石能源是不可再生资源，且储量有限，

2、人类社会的发展不可能一直依赖于它们，氢能是完全洁净、易于实现与电和热等的转换、资源丰富的二次能源。氢能被视为是替代目前的化石燃料以解决其污染排放和化石燃料消耗的重要可能方案之一。同时，氢能的易于大规模储存和转换，也使得它可能与风能、太阳能等可再生能源相配合，对这类不稳定供能进行储存、转换和并网。因此，氢能也是解决风能、太阳能等再生能源储存和并网发电的重要的可能解决途径之一。这些重大的需求使氢能具有大规模应用的重要前景。氢能作为一种清洁、高效的二次能源，被认为是替代传统化石燃料的理想能源。在氢能系统中，氢气的安全储存是最关键的环节。

3、储氢技术作为氢气从生产到利用过程中的桥梁，是指将氢气以稳定形式的能量储存起来，以方便使用的技术。氢气的质量能量密度约为120mj/kg，是汽油、柴油、天然气的2.7倍，然而在常温常压下，单位体积氢气的能量密度仅为12.1mj。

4、储氢方法有高压气态储存、低温液态储存和储氢材料固态储存等三种。(1)、高压气态储氢在技术上相对成熟，是目前工业用氢最普遍的储运方式，工业界制定了耐受70mpa压力、重量密度为6wt％的预期目标，因此该方法虽然具有较高的质量储氢密度，但压力较高，存在较大的安全隐患，且压缩过程的能耗较大。(2)、低温液态储氢具有极高的质量和体积储氢密度，但需要额外的冷却系统(冷却至-253℃)，液化过程所需的能耗约是储存氢气热值的1/3，同时液氢储运过程中易挥发，不易长期保存；另外，这种方法的绝热系统技术复杂、成本高。从安全和经济的角度来讲，这两种储氢方式均有待进一步发展。(3)、固态储氢是指通过物理或者化学吸附的方式将氢气存储于固态储氢材料介质中，具体地，固态储氢是利用储氢材料在一定的温度和压力条件下实现可逆的吸放氢的特性，将氢气先储存在储氢材料的内部，需要时再将储氢材料加热、减压，使氢气逐步放出的一种储运方式。固态储氢利用氢气与储氢材料之间发生物理或者化学变化从而转化为固溶体或者氢化物的形式来进行氢气储存，可以有效克服高压气态和低温液态两种储氢方式的不足，具备储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全性能好等优点，因而被认为是最有发展前景的储氢方式。然而现有的固态储氢装置的研究还都以小型化为主，大型装置的研发还存在很多难题；另外，目前的储氢罐的内部全部填充有储氢合金，虽然具有固态储氢体积密度高的优点，但是也存在储氢合金热应力对容器外壳的损害，从安全性角度有待进一步完善结构形式。因此，储氢技术的关键点在于如何提高氢气的能量密度同时满足设备安全性和可检修性。

技术实现思路

1、本实用新型目的在于提供一种金属氢化物储氢罐，在高密度固态储氢系统方面，以固态储氢材料为介质的固态储氢系统具有储氢密度高、储氢压力低、结构紧凑、安全性高、氢气纯度高等优势，是理想的储氢技术。模块化的金属氢化物储罐能够从吸放氢速率、安装及可维修性等多个方面解决大型固态储氢装置的难题。在实现高储氢密度的同时，可以在氢气氛围下长期使用，也可以承受吸放氢带来的温度变化，可以承受自身重量，避免在使用过程中装置出现较大形变，进行长期循环吸放氢循环使用，保持安全性、可靠性和可持续性；模块化设计也为今后大型固态储氢装置提供一种新思路。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、本实用新型提供了一种金属氢化物储氢罐，所述储氢罐包括：储氢罐外壳、多层储氢模块、循环换热系统和底部裙座；其中，

4、所述储氢罐外壳顶部开设有人孔；

5、所述储氢罐外壳侧面开设有氢气入口和氢气出口，所述氢气入口和氢气出口上均设置有阀门；

6、所述储氢罐外壳内部设置有多层储氢模块和循环换热系统，所述多层储氢模块和循环换热系统相连；

7、所述储氢罐外壳焊接在底部裙座上，所述底部裙座上引出有进水管和出水管。

8、进一步地，所述底部裙座包括裙环；其中，

9、所述裙环侧面设置加强筋板；所述裙环下端设置两个半圆环支撑底板；所述支撑底板固定在地面上。

10、进一步地，所述储氢罐外壳的内部由下而上依次竖向设置有多层储氢模块，包括：第一层储氢模块、第二层储氢模块和第三层储氢模块；其中，

11、所述多层储氢模块侧壁均与罐体内壁弧度相同，且第三层储氢模块底部设置在底部支撑板上。

12、进一步地，第一层储氢模块、第二层储氢模块和第三层储氢模块的内部结构均相同，每层单个储氢模块包括：吊装定位座、氢气进出口、进水口、出水口和定位凹槽；其中，

13、下层储氢模块的吊装定位座与上一层储氢模块的定位凹槽相匹配，氢气进出口与氢气进出管路连接，进水口与单个储氢模块进水管路连接，出水口与单个储氢模块出水管路连接，然后汇集到单层环形汇集/分散水管。

14、进一步地，所述每层单个储氢模块内部设置有循环换热系统，所述循环换热系统包括：单个储氢模块出水管路、单个储氢模块进水管路、总进水管、总出水管和单层环形汇集/分散水管；其中，

15、所述总进水管和总出水管通过球壳下端延伸至壳体外，并且引出底部裙座；总进水管通过单层环形汇集/分散水管将循环水分散通入每层单个储氢模块进水管路；循环水经过每层单个储氢模块内部管路进行热交换，然后通过每层单个储氢模块出水管路汇集到单层环形汇集/分散水管，再经总出水管流出。

16、进一步地，所述单层环形汇集/分散水管与总进水管连接，每层有沿水平圆周均匀分布的12个分接头与每层储氢模块进水口接通。

17、进一步地，所述单层环形汇集/分散水管与总出水管连接，每层有水平圆周均匀分布的12个分接头与每层储氢模块的出水口接通。

18、进一步地，每层单个储氢模块内的单个循环水路为u形水管，垂直u形水管圆周间隔均匀分布多个梯形换热片，且梯形换热片焊接在u形水管上。

19、本实用新型的技术效果和优点：

20、1、本实用新型在储氢罐的内部设置了模块化的填充合金粉单元，可根据储氢质量的需要调整罐体和模块的大小，实现大质量储氢，结合了高压气体储氢质量密度高和固态储氢体积密度高的优势，在等压力下能够储存更多氢气。

21、2、本实用新型通过模块化的设计使氢气与储氢合金充分接触，便于氢气进出储氢合金，可实现氢气向储氢合金内的双向扩散，大大提升吸放氢速率。

22、3、本实用新型采用了多层模块堆栈结构，每个模块单元设置有定位结构，大大提升了模块之间的固定便利性，同时每个模块上端的凸起结构又方便后续采用可拆卸吊环吊装。每个模块单元单独设置有循环热交换结构，中间通有循环介质，贯穿储氢合金中间，通过设置循环换热系统和换热片，实现储氢合金吸/放氢时的热量交换，避免了合金粉的大量堆积，利于高效热交换。

23、4、本实用新型通过将储氢合金装入模块单元内，装料操作简单。各换热片呈辐条状设置，将储氢合金隔离，提高热交换效率，便于分散储氢合金应力，避免了吸放氢循环后储氢合金粉化后的局部过度聚集，提升装置的使用寿命。

24、5、本实用新型的内件占用体积少，内部结构预留空间充足，可满足不同质量密度的储氢。同时内件安装灵活，满足储氢装置后续安全可维修性，发挥固态储氢体积密度的优势，实现更好的储氢。

25、本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。