[發明專利]一種有效提高反應床導熱能力的金屬氫化物吸放氫反應器

有效

• 申請號: 202110656861.5
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113351130B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 王維龍;岳逸;葉陽;丁靜;陸建峰
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01J19/24;B01J19/30
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發明公開了一種有效提高反應床導熱能力的金屬氫化物吸放氫反應器，包括浴鍋、控制器和反應器；浴鍋內部設有加熱腔；控制器設于浴鍋上，控制器用于調控加熱腔的加熱溫度；反應器設于浴鍋內，反應器內部設有存儲腔，存儲腔內部設有多層鋼絲球層和多層金屬氫化物層，多層鋼絲球層和多層金屬氫化物層交替層疊布置，且多層鋼絲球層的空隙內填充有金屬氫化物；所以通過在反應床中引入鋼絲球，并將金屬氫化物填充在鋼絲球的孔隙中，能夠十分見效地提高反應床的有效導熱系數，為吸放氫反應的動力學提供一個更好的溫差驅動，從而有效改善金屬氫化物吸放氫的工作速率與效率，從而切實解決了現有技術難以兼顧成本和導熱能力的問題。

技術領域

本發明涉及金屬氫化物吸放氫反應器的技術領域，特別涉及一種有效提高反應床導熱能力的金屬氫化物吸放氫反應器。

背景技術

氫元素是全球含量很大的元素，且分布豐富，此外，氫氣燃燒的熱值高，且燃燒后的產物無污染，這些優勢為氫能的利用帶來了巨大潛力。從儲氫技術這一角度來看，以金屬氫化物作為載體進行儲氫這一技術路線多年來得到了廣泛的研究。該方法具有儲能密度高，工作壓力較低，成本低等優勢。但是由于利用金屬氫化物進行儲氫是一個化學反應的過程，往往伴隨著較大的熱效應，反應床是否能及時快速地進行熱量傳遞對整個反應進度具有很大影響。大量研究發現，影響金屬氫化物吸放氫反應動力學特性的一大關鍵因素是其反應床的導熱能力。金屬氫化物反應床自身強的導熱能力有利于促進吸氫過程反應所釋放熱量的快速導出，還能緩解由于放氫過程吸熱導致的反應床溫度急劇降低，從而保證吸放氫反應具備好的溫差驅動。爭對這一需求，目前主要的技術方案有：

1.往金屬氫化物床添加金屬泡沫：這一方式將導熱性好的金屬塑形成多孔結構的塊狀體，并將其填充到反應器中，再往金屬泡沫的空隙中填充金屬氫化物，比較常見的金屬泡沫主要有銅泡沫，鋁泡沫，鎳泡沫等。它在整個反應床中起到了作為結構骨架支撐起金屬氫化物的作用。此外，由于它的原材料的導熱性好，它自身的結構連續規整等原因，金屬氫化物床的有效導熱系數也得到明顯的提高。但是泡沫金屬的制備工序較多，采購成本較高，此外由于金屬泡沫的添加，反應床的總重量也增加，這也降低了反應床的質量儲氫量。

2.強化導熱的添加劑同金屬氫化物復合后進行壓塊處理：目前用來強化導熱的添加劑主要有兩種，一種為金屬粉末，另一種為膨脹石墨。將這些強化導熱的添加劑同金屬氫化物復合，以此強化反應床的有效導熱系數；此外將它們的復合物再進行壓塊處理能夠降低反應床的孔隙率，縮短微粒間的平均距離，進一步使得反應床的有效導熱系數得以提升。但是該方法存在著工藝流程多，部分添加劑成本高，反應床中金屬氫化物含量降低等缺點。并且壓塊處理后的反應床氫氣傳質通道減小，此外承載應力變化的能力也降低，這將導致反應床吸放氫的循環穩定性下降。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有效提高反應床導熱能力的金屬氫化物吸放氫反應器，以解決現有技術難以兼顧成本和導熱能力的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種有效提高反應床導熱能力的金屬氫化物吸放氫反應器，包括浴鍋、控制器和反應器；所述浴鍋內部設有加熱腔；所述控制器設于所述浴鍋上，所述控制器用于調控所述加熱腔的加熱溫度；所述反應器設于所述浴鍋內，所述反應器內部設有存儲腔，所述存儲腔內部設有多層鋼絲球層和多層金屬氫化物層，多層所述鋼絲球層和多層所述金屬氫化物層交替層疊布置，且多層所述鋼絲球層的空隙內填充有金屬氫化物。

在其中一個實施例中，所述鋼絲球層為鋼絲球鋪設為圓柱狀形成。

在其中一個實施例中，所述加熱腔內設有支撐塊，所述反應器承托于所述支撐塊上。

在其中一個實施例中，所述反應器包括主體、頂部法蘭盤、底部法蘭盤、密封蓋、定位螺栓和定位螺母；所述主體的頂部往內凹陷形成所述存儲腔；所述頂部法蘭盤設于所述主體頂部的周側外；所述底部法蘭盤設于所述主體的底部周側外；所述密封蓋封蓋所述存儲腔；所述定位螺栓依次穿過所述密封蓋、所述頂部法蘭盤和所述底部法蘭盤后與所述定位螺母連接固定。