一种带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置的制作方法

本发明涉及金属氢化物储氢设备，尤其涉及一种带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置。

背景技术：

1、随着社会各界对于清洁能源的需求增长，氢气储存设备逐渐走向市场。在氢储存领域，目前存在三种可用技术：高压气态储氢、低温液态储氢和以金属氢化物为介质的固态储氢。对比前两种技术，固态储氢技术具有储氢密度高、工作压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，是氢储运技术的重要发展方向。

2、现阶段，固态储氢合金与储氢装置存在的主要问题包括：1.储氢装置的换热速率问题。金属氢化物在充/放氢过程中产生/吸收大量的热，在换热速率足够大的实验室测试过程中，恒温的金属氢化物可在3-5分钟内完成充放氢过程。现有固态储氢装置的换热速率较低，充/放氢过程暂金属氢化物温度急速上升/下降，直接导致氢气平衡压强的变化。为提高金属氢化物储氢装置的吸放氢速率，必须提高装置的换热性能。

3、2.储氢合金的体积效应问题。金属氢化物吸氢过程中晶格发生膨胀，放氢后晶格再度收缩。金属氢化物材料的体积膨胀率通常在15-25％，在储氢装置运行过程中，金属氢化物会因反复地吸放氢发生粉化，同时因自身重力左右逐渐堆积。堆积程度高的金属氢化物粉末在吸氢膨胀过程中将对储氢装置造成不可逆的塑性变形甚至破裂损坏。为避免储氢装置过量塑性变形，提高储氢装置安全性和使用寿命，需要使金属氢化物材料在装置内均匀分布，避免储氢合金粉末因自身重力作用在部分区域过度聚集。

4、3.储氢合金的装填问题。储氢合金通常为具有一定化学活性的粉料，存在扬尘和爆燃的风险，装填操作难度大。为了提高换热速率和避免粉末过度堆积，金属氢化物储氢装置内会放置特殊结构元件，例如中国专利cn204592845u提出蜂窝铝元件、cn203500844u提出的多孔颗粒囊体元件、cn105387341a提出的隔离板元件、cn108131563a提出的螺旋杆元件、cn109780434b提出的弹簧缓冲元件等。虽然上述专利文件提出的结构元件在一定程度上提高了金属氢化物储氢装置的传热性能，改善了储氢合金材料粉末局部堆积现象，但这些元件需要通过焊接、紧固件锁紧固定等方式提前安装在金属氢化物储氢装置内侧，提高了后续工序储氢合金材料装填的难度。元件越复杂，装填率和装填速度越低，生产成本也越高。

5、综上所述，储氢装置需要一种能够快速传递热量，避免储氢合金粉末发生过度堆积的新型内部床体元件，同时该床体元件的复杂程度低，方便后续储氢合金材料的装填。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，该装置包括内换热床体元件、罐体、双层同心水管、固定挡环、过滤片与阀门，若干内换热床体元件叠放于罐体内部；罐体的上封头出口端依次设置过滤片、阀门，且阀门位于储氢装置的顶部；叠放的内换热床体元件上下两端均设置固定挡环，固定挡环固定于双层同心水管的外壁；双层同心水管穿过罐体的下封头和叠放的内换热床体元件；

2、内换热床体元件包括底板、环形挡板、支脚、纵向导热翅片；其中，环形挡板与纵向导热翅片构成若干储存区域，储存区域内填充储氢合金；最内层的环形挡板围成水管通孔；其他层的环形挡板上均开有氢气通孔，并在最外层的环形挡板上设置若干支脚；相邻两层的环形挡板间均设置纵向导热翅片。

3、内换热床体元件的材质为高热导率的铝、铜、银、金刚石、石墨或上述材料的复合材料。

4、内换热床体元件为轴对称结构。

5、底板的形状为圆形、正方形或其他正多边形。

6、最外层的环形挡板围成的形状与底板的形状相同，最内层的环形挡板围成圆形，中间层的环形挡板围成圆形、正方形或其他正多边形。

7、中间层的环形挡板对称围成与最内层直径相同的多个水管通孔。

8、纵向导热翅片的形状为i型或y型。

9、储氢合金包括稀土系ab5型、钛铁系ab型、钛锰系ab2型、钛钒固溶体型或镁系储氢合金。

10、双层同心水管的数量与水管通孔的数量相同，且双层同心水管与水管通孔过盈配合。

11、本发明的有益效果在于：

12、(1)本发明设置的内换热床体元件增大了储氢材料和导热介质之间的接触面积，有效降低了储氢合金材料内部的温度梯度，提高了储氢装置的总换热速率，从而提高了储氢装置的吸/放氢性能。

13、(2)本发明中的内换热床体元件能改善储氢合金材料的粉化，避免了储氢合金粉末向其他区域迁移引起局部堆积，进而改善储氢材料的吸氢膨胀。储氢合金吸氢膨胀过程中挤压床体元件，避免了储氢合金吸氢膨胀对罐体的应力作用，有效提高了储氢装置的使用安全性和使用寿命。

14、(3)本发明中的内换热床体元件结构规整，装填简单，可预先将储氢合金材料填充在内换热床体元件中，再直接将床体元件依次装入装置中，过程更加高效，具备良好的自动化潜力。

技术特征：

1.一种带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，包括内换热床体元件(1)、罐体(2)、双层同心水管(3)、固定挡环(4)、过滤片(5)与阀门(6)，其特征在于，若干内换热床体元件(1)叠放于罐体(2)内部；罐体(2)的上封头出口端依次设置过滤片(5)、阀门(6)，且阀门(6)位于储氢装置的顶部；叠放的内换热床体元件(1)上下两端均设置固定挡环(4)，固定挡环(4)固定于双层同心水管(3)的外壁；双层同心水管(3)穿过罐体(2)的下封头和叠放的内换热床体元件(1)；

2.根据权利要求1所述带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述内换热床体元件(1)的材质为高热导率的铝、铜、银、金刚石、石墨或上述材料的复合材料。

3.根据权利要求1所述带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述内换热床体元件(1)为轴对称结构。

4.根据权利要求1所述带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述底板(1-1)的形状为圆形、正方形或其他正多边形。

5.根据权利要求1所述带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，其特征在于，最外层的环形挡板(1-2)围成的形状与底板(1-1)的形状相同，最内层的环形挡板(1-2)围成圆形，中间层的环形挡板(1-2)围成圆形、正方形或其他正多边形。

6.根据权利要求5所述带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，其特征在于，中间层的环形挡板(1-2)对称围成与最内层直径相同的多个水管通孔(1-6)。

7.根据权利要求1所述带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述纵向导热翅片(1-5)的形状为i型或y型。

8.根据权利要求1所述带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述储氢合金包括稀土系ab5型、钛铁系ab型、钛锰系ab2型、钛钒固溶体型或镁系储氢合金。

9.根据权利要求1或6所述带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述双层同心水管(3)的数量与水管通孔(1-6)的数量相同，且双层同心水管(3)与水管通孔(1-6)过盈配合。

技术总结本发明公开了属于金属氢化物储氢设备技术领域的一种带有内换热床体元件的金属氢化物储氢装置。该装置包括内换热床体元件、罐体、双层同心水管、固定挡环、过滤片与阀门，若干内换热床体元件叠放于罐体内部，相邻的内换热床体元件之间设置盖板；罐体的上封头出口端依次设置过滤片、阀门，且阀门位于储氢装置的顶部；叠放的内换热床体元件上下两端均设置固定挡环，固定挡环固定于双层同心水管的外壁；双层同心水管穿过罐体的下封头和叠放的内换热床体元件。本发明中的内换热床体元件结构规整，装填简单，可预先将储氢合金材料填充在内换热床体元件中，再直接将床体元件依次装入装置中，过程更加高效，具备良好的自动化潜力。技术研发人员：杜淼,耿新虎,王琦,郝雷,米菁,赵宏明,王树茂受保护的技术使用者：有研工程技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16