[發明專利]一種超低速旋轉低應變高填充率儲氫合金反應裝置

在審

• 申請號: 202011237195.3
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112299367A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 常景彩;李增群;馬春元;董澤正;吳浩然;李一帆;孫悅
• 申請（專利權）人: 山東大學;山東冰輪海卓氫能技術研究院有限公司
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00;F17C1/00;F17C1/12;F17C13/10
• 代理公司: 北京恩赫律師事務所 11469
• 代理人: 劉守憲

本發明涉及一種超低速旋轉低應變高填充率儲氫合金反應裝置，屬于儲氫合金裝置技術領域。上述裝置包括絕熱耐壓外殼、設置在所述絕熱耐壓外殼外表面上的PLC控制顯示單元以及設置在所述絕熱耐壓外殼內部的低速電機和儲氫反應床，所述儲氫反應床為圓形回轉式，并通過聯軸器與所述低速電機連接；所述儲氫反應床還連通帶氣體密封結構的旋轉接頭；所述儲氫反應床內部填充導熱劑、包裹相變材料以及儲氫合金。本發明通過導熱劑和包裹相變材料，實現吸放氫過程的熱量傳遞和循環，省略常規體系中熱量傳遞裝置，使得儲氫反應床結構簡化，保證儲氫反應床低速旋轉，能夠顯著緩解床體應力集中、明顯增加合金填充率和系統儲氫密度、有效提升床體可靠性。

技術領域

本發明涉及儲氫合金裝置技術領域，具體提供一種超低速旋轉低應變高填充率儲氫合金反應裝置。

背景技術

氫能源以其優越的性能為人類所重視。儲氫合金單位體積的儲氫密度遠大于高壓瓶裝方式，亦高于液氫的儲存密度，儲氫條件平和，且吸放氫過程中伴隨明顯熱效應，在能源轉換和利用領域有巨大應用潛力，加上我國鎳和稀土資源優勢，儲氫合金產業化應用前景廣闊。但目前儲氫合金的應用僅在電池領域相對比較成熟，其它應用領域尚待開發。儲氫合金吸氫后，體積將發生明顯膨脹(～15～20％vol％)，晶格周期性的脹縮使合金承受應力誘導內部產生裂紋，加上制造過程殘存的內部裂紋和熱應力，經過幾個吸放氫循環后合金即開始粉化成數微米到數十微米的粉末，吸氫粉化成為儲氫合金固有特性。儲氫合金反應設備的性能，直接取決于其反應床的設計水平，合金粉化是反應床設計的主要瓶頸，危害巨大表現在：①粉末合金易板結、流動性差，極易導致床體膨脹、塑變和失效；②粉末合金熱導率較初始原顆粒可下降一個數量級，阻礙吸放氫過程熱流傳遞從而減緩吸放氫速度；③合金粉化趁機會增加床體氣阻，抑制床體內合金吸放氫的傳質過程；④易導致放氣針閥堵塞，為系統安全帶來重大隱患。

鑒于此，在保障床體結構強度的前提下提高反應床傳熱、傳質性能，成為儲氫合金應用研究中最關鍵的一環。當前，針對儲氫合金反應床裝置的發明主要集中在以下兩個方面：①致力于開發減緩局部應力集中的標準單元儲氫罐：CN1752506A提出了一種適用于小型儲氫結構簡單的無內嵌輸氣管的圓形儲氫罐，并內置鋁絲網來強化傳熱；CN104100834A、CN202048351U、CN106813101A分別提出了一種采用多孔金屬顆粒、高導熱率鍍層蜂巢式泡沫鋁、泡沫鎳與儲氫合金混裝的圓形儲氫罐；CN105371105A提出了一種內置螺旋式不銹鋼盤管和泡沫鎳層的彈性緩沖層圓形儲氫罐；CN105387341A、CN107859871A、CN108131563A分別提出了一種內置10層導氣隔離板、多層細徑隔網和純鋁螺旋的圓形儲氫罐；CN105715953A提出了一種便攜式多層復合材料外殼的小型儲氫容器，利用連接到儲氫器外部且放置到外殼最里層金屬箔，實現儲氫器內部和外界的熱交換；CN107270120A提出了一種車載輕質高壓復合式(高壓氣態+金屬結合)的圓形儲氫罐，以提高體積儲氫密度。②致力于強化傳熱的快速吸放氫儲氫反應床系統：CN1609499A、CN200310101758.6提出了一種由內置導熱劑和抗板結劑儲氫罐組成的反應床，罐體間由強化傳熱的翅片金連接；CN106594518A提出了一種反應床，除罐體間由強化傳熱的翅片連接外，翅片交錯布置還構成循環水通路用來強化傳熱；CN205480185U提出了一種由循環水管道和細徑銅網共同構成內部傳熱結構的反應床；CN103185196A提出了一種可與燃料電池進行熱量配合的模塊化的金屬氫化物儲氫反應床結構，減小儲氫系統放氫對環境溫度的依賴；CN102865453A提出了一種具有自動充放氫氣功能的金屬氫化物儲氫反應床，內充水、甲醇或乙烷的獨立制冷管和內充氟利昂或氨的獨立加熱管，分別釋放儲氫熱量到環境中和吸收環境熱量用于放氫過程；CN105202365A提出了一種兩個金屬氫化物儲氫罐間自動循環充放氫的反應床，該裝置將兩個相連通的金屬氫化物儲氫罐交替地浸入高溫水浴槽和低溫水浴槽中，來實現升溫的金屬氫化物儲氫罐放氫，降溫的金屬氫化物儲氫罐充氫；CN203248985U提出了一種罐體間金屬支撐板連接且帶有銅制的翅片散熱器的反應床結構；CN102942159A提出了一種結合固態儲氫和高壓氣態儲氫的復合儲氫系統反應床，實現了裝置內部的熱交換。