[發(fā)明專利]高流通量組合式儲氫工程性質(zhì)分析器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310055529.9
• 申請日: 2013-02-21
• 公開（公告）號: CN103293181A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 邁克爾·羅伯特·戴爾·齊奧;楊俊;安吉麗雅·珀斯肯姆普;平野伸一;唐納德·J·西格爾
• 申請（專利權(quán)）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京銘碩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 郭鴻禧;劉奕晴

技術領域

本公開涉及一種便于評估各種各樣的儲氫材料的熱和儲存性質(zhì)(包括分析這些儲氫材料和各種熱交換材料之間的界面熱相互作用(interfacial?thermal?interaction))的裝置。

背景技術

與簡單的壓力儲罐相比，儲氫材料在容積效率方面表現(xiàn)出相當多的優(yōu)點。這些材料通常涉及較寬范圍的所需要的操作壓力-溫度條件，這些操作壓力-溫度條件對于實現(xiàn)材料的最大的儲氫容量來說是必要的。例如，吸附劑通常要求低溫儲存(例如，77K)，而復雜的化學氫化物依賴加熱(至高達600K)，以利于氫釋放。為了與傳統(tǒng)的油箱灌充時間相匹配，美國能源部設置了2010目標，即，對于這些儲氫材料，實現(xiàn)大約3分鐘的燃料加注時間。另一方面，0.02(g/s)/kW的(用于氫釋放)最小滿流率通常需要合適的燃料電池操作。在氫再充期間，需要釋放出大量的熱，而為了產(chǎn)生合適的氫解吸率(hydrogen?desorption?rate)需要供應適量的熱。因此，為了滿足這些要求，有效地冷卻/加熱儲存裝置以匹配給定的被儲存材料的最佳操作溫度(以及基本的固有的材料動力學)是關鍵的。這需要表征各種備選儲氫材料的工程性質(zhì)(例如，諸如，容量、動力學、熱導率、循環(huán)穩(wěn)定性、雜質(zhì)影響等)，特別是在與各種相關的熱交換結(jié)構(gòu)相結(jié)合時。

界面熱阻(interfacial?heat?resistance)和熱導率可以是表征其中熱產(chǎn)生和熱傳遞往往限制相關處理的速率(例如，給定的儲氫材料的氫吸收率和氫解吸率)的任何裝置的重要的工程性質(zhì)。符合ASTM?D-5470-06的傳統(tǒng)的熱特性表征技術通常采用容納單種儲存材料的壓力容器和使樣品材料流過的熱交換器(包括翅片和冷卻劑管)。在這樣的系統(tǒng)中，通常測量來自三種界面的熱阻(材料-熱交換器、材料-容器和材料-冷卻劑管)。操作這種類型的測試系統(tǒng)存在特定的挑戰(zhàn)。首先，材料和熱交換器的熱阻數(shù)據(jù)與來自材料-容器界面和材料-冷卻劑管界面的數(shù)據(jù)混淆。因此，為了分離出所要的材料-熱交換器界面的熱信息，會需要人執(zhí)行繁冗的標定和數(shù)據(jù)處理，以去掉其他兩個界面的影響。第二，這樣的壓力容器測試設置的結(jié)構(gòu)通常允許一次僅測量一種儲存材料和熱交換器的組合。第三，由于填充容器需要大量樣品材料以及通常以耗時的方式裝載和封裝樣品，因此用這樣的系統(tǒng)進行測量處理往往是昂貴的并且具有挑戰(zhàn)性的。

發(fā)明內(nèi)容

在特定的示例中，儲氫工程性質(zhì)分析器可包括蓋子、樣品托盤和基座。樣品托盤通常包括冷卻翅片陣列，每個冷卻翅片具有形成在該冷卻翅片內(nèi)的各自的樣品井。每個樣品井可包括樣品井開口，儲氫材料可通過樣品井開口被裝載在各個樣品井中和從各個樣品井被移出。樣品托盤和蓋子可以是可結(jié)合的，以限定在樣品井開口和流體口之間流體連通的加壓室。

基座可包括限定冷卻室的表面，所述冷卻室被構(gòu)造成容納冷卻翅片。基座可具有凸緣部分，所述凸緣部分被構(gòu)造成容納多個緊固件元件，通過所述多個緊固件元件可將基座、樣品托盤和蓋子按照密封的方式固定在一起。實施例通常包括分別與冷卻室流體連通的冷卻劑入口和冷卻劑出口。在特定實施例中，冷卻劑入口和冷卻劑出口可設置在基座的相對的側(cè)部。

特定實施例可包括蓋子密封元件和基座密封元件。蓋子密封元件可被構(gòu)造成確保蓋子和樣品托盤之間的密封，以防止流體從加壓室泄漏。基座密封元件可被構(gòu)造成確保基座和樣品托盤之間的密封，以防止冷卻劑從冷卻室泄漏。

特定實施例可包括與流體口流體連通的壓力換能器。進一步的實施例可包括附著到所述冷卻翅片中的一個或者更多個(例如，樣品井內(nèi)、冷卻翅片的外表面上或者樣品井內(nèi)和冷卻翅片的外表面上二者)上的一個或者更多熱換能器。

實施例可被描述為“高流通量”儲氫工程性質(zhì)分析器，這是因為所述儲氫工程性質(zhì)分析器可用于同時評估多種不同的儲存材料和熱交換器的組合。實施例還能夠?qū)崿F(xiàn)非常大量的儲氫材料的快速冷卻或者加熱，并在各種操作溫度-壓力條件下提供對熱傳遞、熱性質(zhì)、氫容量和動力學的大量測量。