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CN111006123A - 一种海绵式常温固态储氢装置 - Google Patents

一种海绵式常温固态储氢装置 Download PDF

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CN111006123A CN202010053415.0A CN202010053415A CN111006123A CN 111006123 A CN111006123 A CN 111006123A CN 202010053415 A CN202010053415 A CN 202010053415A CN 111006123 A CN111006123 A CN 111006123A
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hydrogen
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周兴盛
刘芝辰
邢云飞
燕学博
黄东方
郭彤彤
曾晨
肖红东
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East China Institute of Technology
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Abstract

本发明专利公开了一种海绵式常温固态储氢装置，由罐体外围吸氢气路系统、放氢气路系统、外壳、顶部密封盖、带通气孔的分层托盘、以及圆柱形海绵构成。其中，带通气孔的分层托盘用来放置和分离两块填充有固态储氢材料的圆柱形海绵；吸氢出气口和放氢出气口均位于顶部密封盖，通过分层托盘上的大小通气孔与罐内各腔室连接起来，从而构建各腔室与吸放氢出气口的连接通道，提升氢气流通速率；通过引入高比表面积的圆柱形海绵来固定和分散纳米固态储氢材料能有效地优化固态储氢材料的三维空间分布，提高储固态储氢材料的吸放氢能力。本发明专利安全可靠，工作范围宽，能适用不同的常温型固态储氢材料，装置高度一体化，工作效率高，可配合不同需求的负载使用。

Description

一种海绵式常温固态储氢装置
技术领域
本发明专利属于储氢设备领域，尤其涉及一种固态储氢装置。
背景技术
对能源使用和环境保护的兼顾，引发了人们对氢能的关注。目前对氢能的研究主要分为制氢、储氢和氢应用三个方面，其中储氢一般分为气态储氢、液态储氢、固态储氢等，而气态储氢所需钢瓶体积大，储氢密度低，液态储氢需要低温维持，能量转换率。随着相关研究深入，固态储氢技术日益受到重视，特别是随着较多价格低廉的固态储氢材料的出现，使得固态储氢实用化成为可能。对于固态储氢而言，除了固态储氢材料本身以及固态储氢装置外，如何控制吸放氢速率也是影响其特性的关键因素之一。如中国专利CN105715943A，其装置包括金属内胆、纤维增强外胆及内部金属方管组成，虽然其装置结构简单，工作压力较高，但其放氢速率非常快，难以有效地稳定地控制装置的放氢速率。再如中国专利CN202510969U，其装置包括罐体、充放氢的气路系统、外部循环水系统、内部分层导热构架、合金粉容器和分气阀等装置，虽然其吸放氢速率可控，散热效率较高，但其装置复杂，内置分层导热架构及循环水系统，工艺复杂，制造成本极高。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是提供一种具有一体化高效的、低成本的、适合室温工作的、可以控制吸放氢速率的新型固态储氢装置。
为了解决上述技术问题，本发明专利是一种集成可更换圆柱形海绵于内部的固态储氢装置，由罐体外围吸氢气路系统、放氢气路系统、外壳、顶部密封盖、带通气孔的分层托盘、以及圆柱形海绵构成。
内部的带通气孔的分层托盘采用高导热的金属片为基体，在其中心及十字线分别开1个大通气孔和4个小通气孔，先在带通气孔的分层托盘下层放置一块填充有固态储氢材料的圆柱形海绵，然后安装好带通气孔的分层托盘，之后在带通气孔的分层托盘上方也放置一块填充有固态储氢材料的圆柱形海绵。
吸氢出气口和放氢出气口均位于顶部密封盖内，通过分层托盘上的大小通气孔与罐内各腔室连接起来，从而构建各腔室与吸放氢出气口的连接通道，提升氢气流通速率。
由于填充固态储氢材料的圆柱形海绵，其孔隙大小与300目左右颗粒大小相仿，所以如果固态储氢材料不是粉体材料，则要机械粉碎至300目后才能均匀填充到圆柱形海绵之中，如果是固态储氢材料是小于或等于300目的粉体材料则可以直接使用。
本发明专利的有益效果：
由于该装置内部的圆柱形海绵里可放入一种或者多种均匀混合的固态储氢材料，实现了材料配比多样，吸放氢性能可变，固态储氢材料成本可调。
通过引入高比表面积的圆柱形海绵来固定和分散纳米固态储氢材料能有效地优化固态储氢材料的三维空间分布，提高储固态储氢材料的吸放氢能力。
3、高导热的分层托盘可将罐体内部空间与装置外部壳体连为一体，从而提高罐体内部热量传输效率，实现了罐体内部热量均匀分布的效果。
4、本装置具有高度一体化特性，加氢和放氢过程均在一个密封的罐体之中进行，降低了危险系数，增加了便携性，可作为野外快速供氢技术。
附图说明
图1是本发明专利的总体剖面图；
图2是本发明专利内部带通气孔的分层托盘俯视图；
图3是本发明专利加氢气路系统图；
图4是本发明专利放氢气路系统图；
具体实施方式
下面结合附图，对实施方案做进一步说明
实施例1
附图1是本实施例海绵式常温固态储氢装置的总体剖面图，包括外围加氢进气口1、顶部密封盖2、金属罐体3、带通气孔的分层托盘4、放氢出气口5、填充固态储氢材料的圆柱形海绵6、填充固态储氢材料的圆柱形海绵7。
其中内部带通气孔的分层托盘如附图2所示。在通气孔的分层托盘中心开1个大的通气孔，沿着十字线分别开4个小的通气孔，圆形托盘的外径和装置罐体内径大小一致。
本装置内部主要分为2层，最底下第1层主要是固态储氢1室，向上第2 层为固态储氢2室，在装置密封之前，首先在带通气孔的分层托盘下层放置一块填充有固态储氢材料的圆柱形海绵，然后安装好带通气孔的分层托盘，之后在带通气孔的分层托盘上方也放置一块填充有固态储氢材料的圆柱形海绵。圆柱形海绵内部可填充一种或者按比例填充多种粉体固态储氢材料，但是粒度要控制在300目左右。
图3是本发明专利外围加氢气路系统图。包括气压表1、流量阀门2、气体管路3、减压阀门4。向本装置加氢时候，将加氢气路系统连接与氢气钢瓶，通过调节减压阀门2，观察气压表1，确认氢气压力合适之后，打开流量阀门 2，向装置内部加氢。
图4是本发明专利外围放氢气路系统图。包括阀门1、气体流量计2、阀门3、气体管路4。本装置放氢时候，将放氢气路系统连接与负载连接，调节阀门3，记录气体流量计2的数值，确认氢气压力稳定之后，打开阀门1，向负载供氢。
实施例2
本实施例总体连接和实施例1相同，不同之处在于固态储氢材料含有多种不同成分，进而可以调节吸放氢速率和吸放氢量。
实施例3
本实施例总体链接和实施例1相同，不同之处在于该装置增加多条放氢支路，可同时提供给多个负载使用。
实施例4
本实施例总体链接和实施例1相同，不同之处在于该固态储氢装置内部的圆柱形海绵孔隙大小不同，进而可以适用于不同粒度的固态储氢材料。
实施例5
本实施例总体链接和实施例1相同，不同之处在于该固态储氢装置内部的圆柱形海绵起始填充的固态储氢材料的多少，进而控制吸放氢气的量。

Claims (6)

1.一种海绵式常温固态储氢装置，包括外围加氢进气口1-1、顶部密封盖1-2、金属罐体1-3、带通气孔的分层托盘1-4、放氢出气口1-5、填充固态储氢材料的圆柱形海绵1-6、填充固态储氢材料的圆柱形海绵1-7，其特征在于：所述的加氢进气口1-1、放氢出气口1-5都被焊接在顶部密封盖1-2，带通气孔的分层托盘1-4被放置在与罐体内壁焊接的4个小托脚上。
2.根据权利要求1所述的固态储氢装置，其特征在于：所述固态储氢装置的结构为密封的圆柱形状。
3.根据权利要求1所述的固态储氢装置，其特征在于：所述加氢气路系统1-1包括包括气压表3-1、流量阀门3-2、气体管路3-3、减压阀门3-4。
4.根据权利要求1所述的固态储氢装置，其特征在于：所述放氢气路系统1-5包括阀门4-1、气体流量计4-2、阀门4-3、气体管路4-4。
5.根据权利要求1所述的固态储氢装置，其特征在于：所述的带通气孔的分层托盘1-4，其外径大小与罐体内胆内径大小吻合，其上的大通气孔2-2一个，小通气孔2-1可以为4个。
6.根据权利要求1所述的固态储氢装置，其特征在于：所述圆柱形海绵1-6和1-7分别位于带通气孔的分层托盘1-4的上方和下方，圆柱形海绵1-6和1-7的外径略小于罐体内胆内径。
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