一种用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐

本发明涉及氢气储存，尤其涉及一种用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐。

背景技术：

1、目前，氢能源是一种被人们高度重视且广泛研究的清洁二次能源。氢能具有能量密度大、低排放、低成本等优点，被认为是一种绿色、高效且可持续的新型能源。然而，氢能规模化运用的关键则在于氢气的安全、高效储存。目前的储氢方式主要包括三种：高压气态储氢、低温液态储氢以及固态储氢。固态储氢技术的原理是通过氢气与固态储氢材料产生化学反应来实现氢气的储存，与其它储氢方式相比，固态储氢技术具有储氢密度高、压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，是储氢技术的一个重要发展方向。而在固态储氢材料中，镁基储氢材料具有储氢密度高、质量轻、成本低、安全稳定和使用周期长等优点，被认为是最有发展潜力的固态储氢材料之一。

2、专利文件cn214948174u公开了一种低压固态储氢装置，所述储氢罐的顶部设有出气口和安全阀，所述储氢罐的内腔中设有储氢合金，还包括温控部件；所述储氢罐的底端面上设有至少一个连通储氢罐内腔的充气快接口和多个向储氢罐内腔中延伸的管状结构；所述管状结构上端封闭，管状结构下端开口并连通储氢罐外部；所述温控部件包括至少一个充气快接头和多个加热棒；所述充气快接头与充气快接口对应密封连接；所述加热棒与管状结构一一对应，并且从管状结构的开口端插入管状结构内部。该装置换热面积更大，能够均匀快速的使储氢合金加热或冷却，避免局部高温引起的储氢合金老化、失效；当加热棒发生故障时，只需更换加热棒，无需更换整个储氢装置。但该方案未涉及储氢材料在吸氢膨胀过程中产生应力集中容易造成罐体损伤的问题。

3、专利文件cn214948174u公开了一种用于镁基储氢的固态储氢罐，包括罐体，所述罐体的底部固定有换热箱，所述换热箱的底部固定有底座，所述换热箱内部设有换热机构，所述底座底部设有行走机构，所述罐体的侧壁固定有泄压箱，所述罐体的侧壁贯穿固定有多个吸氢管，每个所述吸氢管的侧壁均贯穿插设有补气管，每个所述吸氢管上均设有推进控温机构。优点在于：通过设置多个吸氢管，吸氢过程伴随的体积增大，将会挤压滑块，使其推动压杆移动让位，从而使得体积变化过程产生的压力可控，吸氢管的有效分布，使得实际压力得以均匀分布，从而有效避免罐体受力不均，能够避免储氢材料在吸氢膨胀过程中产生应力集中而造成罐体损伤。然而，该结构较为复杂，同时空间利用利率小，放置同质量储氢材料情况下，需要更大的空间。

4、固态储氢形式在吸放氢气过程中主要有两个问题：第一、吸放氢过程会伴随较大强度的热量传递，若不及时散热或加热均会影响吸放氢过程的持续进行；第二、吸收氢之后会出现体积膨胀，可能会对罐体造成集中应力损伤。目前对于固态储氢罐的研究已经有了一些成果，但是对于以上两个问题的综合解决方法还有待提高。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中应力集中以及热量传递的问题，而提出的一种用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐，包括罐体，罐体外围有冷却循环系统，所述罐体内部有格栅层，所述格栅层每层之间有硅酸铝陶瓷棉板，所述罐体内部有加热系统，所述罐体的罐口处设置端盖，所述端盖与罐体之间有密封环，所述端盖之上有进气宝塔与出气宝塔，端盖通过压盖与罐体的螺纹连接固定。

3、在上述的用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐中，所述冷却系统由螺旋循环管路和保温外壳组成，所述螺旋循环管路紧贴在所述罐体的外围，保温外壳在螺旋循环管路外部。

4、在上述的用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐中，所述加热系统由四个热电耦和热电耦保护壳组成，所述热电耦顶部通过螺栓结构固定在所述端盖上，四个所述热电耦穿过所述格栅层，所述热电耦保护壳处于所述热电耦与所述格栅层之间。

5、与现有技术相比，本发明的优点在于：

6、1、本发明中，加热系统由四根独立热电耦及热电耦保护管组成，便于更换维修；同时四根热电耦并联连接，可快速达到装填镁基固态储氢材料放氢所需温度。

7、2、本发明中，通过设置格栅层，格栅层上有均匀分布的5mm×5mm×8mm小方格，将镁基固态储氢材料置于小方格内，可极大地分散镁基固态储氢材料在吸氢膨胀过程中产生的应力，避免了应力集中，减小罐体受应力反复变化的影响，延长罐体使用寿命。

8、3、本发明中，在罐体外部设置冷却循环系统，冷却循环系统由螺旋循环管路和外壳组成，螺旋循环管路为铜质材料，导热性能好，在放氢完成后，螺旋循环管路通入冷却液，达到快速降温的目的。

9、4、本发明中，冷却循环系统保温外壳由纤维纸和有机硅树脂制成，具有良好的隔热保温作用，在镁基固态储氢材料吸放氢需要恒温时，螺旋循环管路内冷却液停止流动，外壳提供保温作用，避免热量损失过快，消耗过多电能。同时镁基固态储氢材料吸放氢所需温度较高，保温外壳的设置可以增加使用安全性。

技术特征：

1.一种用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐，包括罐体(4)其特征在于：包括罐体(4)，罐体(4)外部有冷却循环系统，内部有加热系统，罐体(4)内部格栅层(5)与硅酸铝陶瓷棉板(9)间隔堆放，罐体(4)罐口出有端盖(10)，端盖(10)上有进气宝塔(1)与出气宝塔(12)，进气宝塔(1)与出气宝塔(12)通过螺纹连接固定在端盖(10)上，罐体(4)与端盖之间有密封环(11)，罐口处通过压盖(3)与罐体(4)的螺纹连接达到紧固和密封的目的。

2.根据权利要求1所述的一种用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐，其特征在于，所述格栅层(5)上有均匀分布的小方格，用于放置镁基固态储氢材料，所述硅酸铝陶瓷棉板(9)覆盖在格栅层(5)上。

3.根据权利要求1所述的一种用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐，其特征在于，所述加热系统由热电耦(2)和热电耦保护管(9)组成，所述热电耦(2)通过螺纹连接固定在端盖(10)上，所述格栅层(5)有四个方孔，所述热电耦(2)和热电耦保护管(9)穿过格栅层(5)中的四个方孔放入罐体(4)内。

4.根据权利要求1所述的一种用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐，其特征在于，所述循环冷却系统由循环冷却管路(7)和保温外壳(6)组成，所述保温外壳(6)底部有一孔，所述循环冷却管路(7)竖直方向管路穿过保温外壳(6)底部的通孔进行安装。

技术总结
本发明公开了一种用于装填镁基固态储氢材料的储氢罐，包括罐体，罐体外围有冷却循环系统，所述罐体内部有格栅层，所述格栅层每层之间有硅酸铝陶瓷棉板，所述罐体内部有加热系统，所述罐体的罐口处设置端盖，所述端盖与罐体之间有密封环，所述端盖之上有进气宝塔与出气宝塔。本发明优点在于：首先通过格栅层上均匀分布用于盛放镁基固态储氢材料的小方格来分散镁基固态储氢材料吸放氢时的体积变化所产生的应力集中，避免造成罐体的损伤，其次通过加热系统与冷却循环系统的联合作用可保证镁基固态储氢材料吸放氢时与外界热交换的及时进行，加快吸放氢速度。

技术研发人员：张健,刘宇,李睿,周小杰
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13