一种基于相变储热的固态储氢装置及工作方法

本发明属于相变储热及储氢，尤其涉及一种基于相变储热的固态储氢装置及工作方法。

背景技术：

1、氢气储存方式多样，有高压气态储氢，低温液态储氢，以及基于储氢材料的固态储氢。其中，固态储氢有着储氢压力小、储氢密度高、安全性高等优点，但是固态储氢材料在吸附氢气过程中会放热，过程中释放的热量直接释放到外界环境中，导致该部分能量的浪费。而相变储热技术可以减少氢气在吸附过程中的热量损失，将氢气在吸附过程中释放的热量存储起来供氢气脱附时使用，但是除金属类相变材料外，大多数相变材料的导热性能相对较差，这导致相变材料的储放热速率慢，进而影响固态储氢材料的储放氢速率。

2、同时，如公开号为cn114993088的专利，公开了一种内管可移动的新型管壳式相变储热装置，该装置采用强化换热措施进一步提高了换热效率，然而该设计在储放热过程中涉及到液态相变材料的辅助，要求储罐保持绝对的密封状态，但封头开口处的活动构件与外界相通且承担着传动任务，该处密封件极易疲劳失效，存在着极大的漏液隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于相变储热的固态储氢装置及工作方法，以解决上述问题，达到可在储氢阶段将固态储氢材料释放的热量储存起来供氢气脱附时使用，并可提高热量储放速率，进而提高氢气充放速率，同时可以有效避免漏液现象出现的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种基于相变储热的固态储氢装置，其特征在，包括：

3、固定套筒，所述固定套筒内设置有固态储氢罐，所述固态储氢罐内储存有固态储氢材料，所述固定套筒和所述固态储氢罐之间填充有相变材料；

4、搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌执行件，所述搅拌执行件设置在所述固定套筒内，所述搅拌执行件用于搅拌相变材料，所述固定套筒与所述搅拌执行件之间设置有磁传动件。

5、优选的，所述固定套筒的底部为开口设置，所述固态储氢罐固定连接在所述固定套筒的内侧顶部，所述固定套筒的底部开口内可拆卸连接有封头。

6、优选的，所述搅拌执行件包括圆盘，所述圆盘转动连接在所述封头上，所述圆盘位于所述固定套筒内，所述圆盘的顶面边部固定连接有若干外搅拌棒，若干外搅拌棒用于搅拌所述相变材料，所述磁传动件设置在所述封头与所述圆盘之间。

7、优选的，所述磁传动件包括第一磁耦合传动轴和第二磁耦合传动轴，所述第二磁耦合传动轴转动连接在所述封头靠近所述圆盘的一侧，所述第二磁耦合传动轴远离所述封头的一端与所述圆盘同轴线固定连接，所述第一磁耦合传动轴位于所述封头远离所述第二磁耦合传动轴的一侧，且所述第一磁耦合传动轴用于带动所述第二磁耦合传动轴转动，所述固定套筒的下方还设置有电机，所述第一磁耦合传动轴与所述电机的输出轴传动连接。

8、优选的，所述固态储氢罐的底部向内设置有凹槽，所述圆盘的顶面竖向固定连接有内搅拌棒，所述内搅拌棒靠近所述圆盘的轴线设置，所述内搅拌棒位于所述凹槽内。

9、优选的，所述固定套筒上固定穿设有若干热电偶，若干所述热电偶用于测量所述相变材料不同高度处的温度。

10、优选的，所述固态储氢罐的顶部连通有氢气进出口管道，所述氢气进出口管道贯穿所述固定套筒的顶壁且连通有电磁阀。

11、一种基于相变储热的固态储氢装置的工作方法，包括氢气吸附方法和氢气释放方法；

12、氢气吸附方法包括：

13、将外部氢气通入到固态储氢罐中；

14、固态储氢材料释放的热量通过固态储氢罐传递给相变材料，当相变材料熔化为液态时启动搅拌机构，加速热量储存；

15、氢气释放方法包括：

16、外部加热储氢系统，当相变材料融化为液态后，启动搅拌机构，并通过外部加热将热量传递给相变材料；

17、相变材料将储存的热量释放给固态储氢材料，固态储氢材料吸收热量并释放氢气。

18、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：固态储氢罐的主要作用是储存固态储氢材料；固态储氢材料的主要作用是吸附氢气；相变材料的主要作用是在固态储氢材料吸附氢气放热时将热量进行吸收，在需要释放氢气时向固态储氢材料释放热量；搅拌执行件的主要作用是在相变材料吸、放热的过程中，对相变材料进行搅动，强化对流传热，提高相变材料的储放热速率和传热性能；磁传动件的主要作用是带动搅拌执行件运转同时维持固定套筒的结构完整。整体上，本发明可在储氢阶段将固态储氢材料释放的热量储存起来供氢气脱附时使用，同时可提高热量储放速率，进而提高氢气充放速率，同时，通过磁传动，可提高储氢装置整体的密封性，防止出现漏液的情况。

技术特征：

1.一种基于相变储热的固态储氢装置，其特征在，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于相变储热的固态储氢装置，其特征在于：所述固定套筒(4)的底部为开口设置，所述固态储氢罐(5)固定连接在所述固定套筒(4)的内侧顶部，所述固定套筒(4)的底部开口内可拆卸连接有封头(10)。

3.根据权利要求2所述的一种基于相变储热的固态储氢装置，其特征在于：所述搅拌执行件包括圆盘(12)，所述圆盘(12)转动连接在所述封头(10)上，所述圆盘(12)位于所述固定套筒(4)内，所述圆盘(12)的顶面边部固定连接有若干外搅拌棒(13)，若干外搅拌棒(13)用于搅拌所述相变材料(21)，所述磁传动件设置在所述封头(10)与所述圆盘(12)之间。

4.根据权利要求3所述的一种基于相变储热的固态储氢装置，其特征在于：所述磁传动件包括第一磁耦合传动轴(9)和第二磁耦合传动轴(11)，所述第二磁耦合传动轴(11)转动连接在所述封头(10)靠近所述圆盘(12)的一侧，所述第二磁耦合传动轴(11)远离所述封头(10)的一端与所述圆盘(12)同轴线固定连接，所述第一磁耦合传动轴(9)位于所述封头(10)远离所述第二磁耦合传动轴(11)的一侧，且所述第一磁耦合传动轴(9)用于带动所述第二磁耦合传动轴(11)转动，所述固定套筒(4)的下方还设置有电机(8)，所述第一磁耦合传动轴(9)与所述电机(8)的输出轴传动连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于相变储热的固态储氢装置，其特征在于：所述固态储氢罐(5)的底部向内设置有凹槽(18)，所述圆盘(12)的顶面竖向固定连接有内搅拌棒(14)，所述内搅拌棒(14)靠近所述圆盘(12)的轴线设置，所述内搅拌棒(14)位于所述凹槽(18)内。

6.根据权利要求1所述的一种基于相变储热的固态储氢装置，其特征在于：所述固定套筒(4)上固定穿设有若干热电偶(6)，若干所述热电偶(6)用于测量所述相变材料(21)不同高度和不同位置处的温度。

7.根据权利要求2所述的一种基于相变储热的固态储氢装置，其特征在于：所述固态储氢罐(5)的顶部连通有氢气进出口管道(19)，所述氢气进出口管道(19)贯穿所述固定套筒(4)的顶壁且连通有电磁阀(20)。

8.一种基于相变储热的固态储氢装置的工作方法，根据权利要求1所示的一种基于相变储热的固态储氢装置，其特征在于，包括氢气吸附方法和氢气释放方法；

技术总结本发明属于相变储热及储氢技术领域，提供一种基于相变储热的固态储氢装置及工作方法,包括固定套筒，固定套筒内设置有固态储氢罐，固态储氢罐内储存有固态储氢材料，固定套筒和固态储氢罐之间填充有相变材料；搅拌机构，搅拌机构包括搅拌执行件，搅拌执行件设置在固定套筒内，搅拌执行件用于搅拌相变材料，固定套筒与搅拌执行件之间设置有磁传动件。本发明可在储氢阶段将固态储氢材料释放的热量储存起来供氢气脱附时使用，并可提高热量储放速率，进而提高氢气充放速率，同时可以有效避免漏液现象出现。技术研发人员：陈昊,李雪芳,高明,巴清心,王紫铄,刘光一,刘悦受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16