一种物料盒式固态储氢罐及其储氢方法与流程

本发明属于储氢，具体涉及一种物料盒式固态储氢罐及其储氢方法。

背景技术：

1、随着科技的发展和社会的进步，能源储存技术已经成为制约人类社会进步的重要因素之一。在各种能源储存技术中，氢能以其高效、环保、储量大的特点，被视为未来能源储存的主要方向之一。然而，氢气的储存和运输一直是制约其应用的关键问题。传统的压缩氢气储存方式存在安全隐患，且储存效率低下。

2、固态储氢罐是一种新型的储氢技术，其原理是利用固态材料吸附并储存氢气。相比于传统的压缩氢气储存方式，固态储氢罐具有更高的安全性和储存效率。首先，固态材料可以避免氢气泄漏的问题，从而降低了安全隐患。其次，通过选用合适的储氢材料固态储氢罐可以实现在常温常压下充放氢，无需高压环境，操作简单安全。此外，固态储氢罐的体积储氢密度高，可以大幅度提高储氢效率。因此，固态储氢罐在能源储存领域具有广泛的应用前景。

3、对于固态储氢研究主要围绕储氢装置和储氢材料开展，其中储氢装置限制这固态储氢的发展。中国专利cn 218819634 u公开一种固态储氢罐，采用了支撑板结构、配合外置氢气冷却循环装置、面状电加热膜为固态储氢材料供热，但采用电加热膜使装置安全性降低，同时吸氢过程中的氢气进出口均为开启状态，无法实现高压储氢；中国专利cn108730751 a公开一种气-固复合储氢罐，采用内外罐体设置，实现其-固复合储氢的功能，但其换热为缠绕管外置换热，换热效果有限。中国专利cn 117006410 a公开一种带换热翅片的金属氢化物储氢罐及其制备方法，将翅片与关系相焊接减少了储氢罐的接触热阻提高换热性能，但储氢罐内部换热控制较弱。传统或小型固态储氢装置多是将储氢合金粉直接填装在储氢罐内部，依靠储氢合金粉与换热水管的接触来进行换热，但是对于大型的固态储氢装置，一般换热管线或翅片间隙较大，造成了热量在储氢合金粉内部的扩散距离大，散热均匀性变差，很容易造成局部过冷或过热，严重影响储氢装置的使用寿命；其次，储氢合金粉直接填装在罐体内，具有较好的流动性，合金粉在吸放氢过程中不断粉化，受重力作用不断向储氢罐底部聚集，形成局部应力，长期使用对固态的破坏风险极大。因此，寻找一种安全、高效、便捷的储氢技术是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明一方面提供一种物料盒式固态储氢罐，包括：储氢罐外壳、储氢罐氢气进口、储氢罐氢气出口、底部支座、总进水分水管、总出水汇水管、循环水管、内部支撑、底部支撑板、储氢合金物料盒和密封法兰；

2、其中，所述密封法兰连接在储氢罐外壳一端，所述储氢罐氢气进口设于储氢罐外壳另一端，所述储氢罐氢气出口设于储氢罐外壳上；所述底部支座设于储氢罐外壳底部；

3、所述内部支撑为可移动的，设置在储氢罐外壳内部。

4、进一步的，所述内部支撑采用一体分层分格的格栅式结构；

5、所述内部支撑格栅式结构的每层由底部支撑板划分支撑；

6、所述储氢合金物料盒在内部支撑的每层底部支撑板逐层分格放置。

7、进一步的，所述内部支撑上嵌合循环换热系统，循环换热系统随内部支撑移动；

8、所述循环换热系统包括总进水分水管、总出水汇水管和循环水管；

9、所述内部支撑端部设有引出循环水管的管孔。

10、进一步的，所述的循环水管多组分层地贯穿内部支撑且并行排列分布在每层内部支撑结构的底部，与所述底部支撑板嵌合。

11、进一步的，每组循环水管由总进水分水管引出，在临近储氢罐氢气进口一侧折返而回到总出水汇水管。

12、优选的，所述循环水管采用双流程u型管。

13、进一步的，所述总进水分水管、总出水汇水管安装在内部支撑临近密封法兰一侧。

14、优选的，所述储氢合金物料盒由储氢材料制成，所述储氢材料包括ab5、ab2或ab系储氢合金；所述储氢合金物料盒为至少一面开放的空心几何体形状，包括空心长方体、空心立方体、空心圆柱体、空心半圆柱体或空心梯台。

15、优选的，所述的内部支撑的底部支撑板采用高热导率的材料。

16、优选的，所述的内部支撑的底部支撑板采用铜、铝、镁及包含其的金属基复合材料。

17、进一步的，所述储氢合金物料盒中储氢合金的填装形式包括：

18、将储氢合金压制成块状，然后填装入储氢合金物料盒内作为独立的储氢合金单元；或，

19、将储氢合金粉末直接装入储氢合金物料盒作为储氢合金单元。

20、本发明另一方面提供一种应用上述储氢罐储存氢气的方法，包括以下步骤：

21、s1、吸氢过程：打开储氢罐氢气进口，氢气进入到储氢罐外壳内部，然后氢气与储氢合金物料盒的储氢合金充分反应，直至充氢达到储氢罐的额定压力；

22、充氢时，通过总进水分水管的进水口向循环换热系统内部注入冷却循环介质，用于带走储氢合金吸氢所放出的热量；

23、s2、放氢过程：打开储氢罐氢气出口，储氢罐中储存的气态氢气最先被放出，等罐内压力达到储氢合金的放氢平台压力时，储氢合金部分的氢气开始释放；

24、放氢时，通过总进水分水管的进水口向系统内部注入加热循环介质，用于满足储氢合金的吸热要求。

25、本发明的有益效果为：

26、本技术通过将储氢合金制作为物料盒式的结构设计，可将储氢合金粉或储氢合金块合理填装在固定位置，同时物料盒还可充当储氢合金与散热结构间的换热介质，提升换热效率；另外，储氢合金物料盒还可将储氢合金粉或储氢合金块约束在限定空间内，避免合金粉粉化流动造成的局部应力，提升了装置安全性，并且物料盒可作为固态储氢装置检修时储氢合金粉的重要保护措施。

27、本技术设置格栅式的内部支撑结构，能够使储氢物料盒平稳的搭放在内部支撑结构之上，并且支撑结构与储氢合金物料盒之间留有空隙，为吸氢膨胀留出空间，同时因为每层相互独立，能够使氢气与储氢合金单元充分接触，提高吸放氢速率。

28、本技术设置的循环换热系统与内部支撑结构相互嵌合，减少循环水管与储氢合金物料盒之间的换热热阻，同时由于循环水管与储氢合金物料盒不同层，每层底部支撑板可容纳循环水管的数量增多，提高了换热效率。

29、本技术设置了可拆卸的密封法兰，在保证安全使用的同时，方便后续安全维修；本技术设置的可移动的内部支撑结构，能够在装填储氢合金时抽出，大大减少了装料时间，同时方便维修时检查内部细节，实现安全、高效全面的检查；由于储氢合金活化后有极高的活性，与空气接触会发生自燃，采用储氢合金物料盒后，检修时可通过向装置内部注入惰性保护气体，使惰性气体充满物料盒，打开密封法兰检修时就可以避免储氢合金粉直接接触空气发生氧化自燃，提高了检修时的可行性和安全性，从而降低设备维护成本，解决大型固态储氢装置维护风险较高的难题。

30、本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。