[發明專利]一種強化換熱合金儲氫罐

有效

• 申請號: 201910691614.1
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110542015B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 程臣;莫俊林;王傲;吳驍;程冰冰
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: F17C11/00
• 分類號: F17C11/00;F17C13/00;F28D15/02
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種外浸?內嵌式強化換熱合金儲氫罐，主要由罐體、換熱結構、合金粉床體、導氣結構四個部分組成；罐體為雙層殼體結構，內層殼體中填充有合金粉床體，床體中“內嵌”有換熱結構；外層殼體中填充有換熱介質，整個內層殼體“外浸”于換熱介質中，換熱結構由若干根正多邊形排列的U形熱管與若干柵格翅片焊接而成，U形熱管的一段與柵格翅片焊接置于合金粉床體中，另一段插入外層殼體的換熱介質中。合金儲氫罐吸放氫過程中，熱量通過U形熱管進行傳導，也可以通過內層殼體與外層殼體之間的換熱介質直接進行交換。通過這種外浸?內嵌式強化換熱方式，顯著增強了合金粉床體換熱效率，極大提高了合金儲氫罐的吸放氫性能。

技術領域

本發明屬于合金儲氫技術領域，特別是涉及一種外浸-內嵌式強化換熱合金儲氫罐。

背景技術

當今，氫能被認為是解決資源枯竭和環境壓力等問題的理想能源。合金粉儲運具有吸放氫條件溫和、儲運壓力低、安全性能好、放氫純度高等優點，因此被認為是一種較為理想的氫能儲運方式。

但是，由于合金粉本身導熱性差，吸氫過程放出大量的熱，使得合金粉床層溫度急劇上升，吸氫過程減緩甚至停止；放氫過程需要吸收大量的熱，使得合金粉床層溫度急劇下降，放氫速率和放氫量均下降，這都將造成合金儲氫罐性能下降甚至失效。此外，合金粉在吸放氫過程粉化后的合金細粉的傳熱性能極差，這也將導致合金儲氫罐性能下降。

因此，為了防止合金儲氫罐性能衰減，改善合金粉床層的傳熱性能，提高合金儲氫罐吸放性能，可以通過在合金儲氫罐外壁設置翅片增加換熱面積，或者將合金罐體浸入換熱介質中，來改善合金儲氫罐的換熱性能；也可以在合金粉床層中設置一定數量的換熱管，通過管內工作介質與合金床體直接換熱來提高熱交換效率。

然而，對于徑向厚度較大的合金儲氫罐來說，單一靠外設翅片或者外浸換熱介質這種外部熱交換的方式，或者是床層內嵌換熱管的熱交換方式，都無法滿足吸放氫熱量需求，勢必導致合金儲氫罐性能下降。

為了保證合金罐徑向熱量分布均衡，增加翅片、換熱介質或者換熱管的量，必然造成罐體體積增大、內部結構復雜等。

發明內容

針對上述技術中存在的單一換熱形式熱交換效率低、系統占用體積大等問題，本發明提供了一種外浸-內嵌式強化換熱合金儲氫罐。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種強化換熱合金儲氫罐，包括罐體、合金粉床體、換熱結構和導氣結構；所述的罐體為內層殼體和外層殼體構成的雙層殼體結構，內層殼體的封頭處設置有氫氣進出口，且有開關閥與之相連，以控制氫氣進出床體，所述的外層殼體上分別連接有換熱介質入口和換熱介質出口，外層殼體與內層殼體之間充填換熱介質；所述的換熱結構由正多邊形陣列的若干根U形熱管與柵格翅片連接而成，所述U形熱管中心軸線位于正多邊形的邊角點位置，而角點處于柵格翅片圓周上，U形熱管的一段與若干柵格翅片釬焊連接，作為合金粉床體的支撐結構，U形熱管的另一段插入外層殼體的換熱介質中，所述的合金粉床體由均勻裝填在柵格翅片中間的合金粉構成；所述的導氣結構由貫通于合金粉床體中心部位的導氣管和設于氫氣進出口處的過濾器組成，導氣管截面圓的直徑內切于柵格翅片的中心柵格，并且通過釬焊進行固接。

所述的一種強化換熱合金儲氫罐，其U形熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，包括蒸發段、冷凝段以及中間的絕熱段。

所述的一種強化換熱合金儲氫罐，其換熱介質為水、酒精或者丙酮，流向與U形熱管中工作介質呈逆向流動，U形熱管內工作介質為水。

所述的一種強化換熱合金儲氫罐，其U形熱管管殼材質為不銹鋼、鋁、無氧銅或者磷脫氧銅，吸液芯為溝槽型、粉末燒結型、絲網燒結型或者其復合型。

所述的一種強化換熱合金儲氫罐，其柵格翅片是由沖孔的薄銅片經焊接拼成許多的“口”字形柵格構成，柵格的大小外接于U形熱管的截面圓，并且兩者之間通過釬焊固接，柵格翅片的直徑略小于內層殼體內徑，二者呈間隙配合裝配。