一种搅拌式金属氢化物储氢装置及其运行方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种搅拌式金属氢化物储氢装置及其运行方法，所述装置包括圆柱形的反应容器和外壳体，所述反应容器设置在外壳体的内部，并且反应容器和外壳体之间形成封闭的换热流体腔体；所述反应容器内轴线上设有搅拌器，搅拌器由转轴和叶片组成，所述转轴内部为中空结构，所述中空结构形成换流体的流动通道，所述转轴的底端与腔体连通；所述反应容器的内部填充金属氢化物；本发明专利技术提供的储氢装置，通过搅拌器实现了反应容器内金属氢化物的循环输送与混合，将温度高、反应率低的金属氢化物不断输送至换热面附近，有效提高了吸氢反应与放氢反应的速率，提高了储氢罐吸/放氢性能。提高了储氢罐吸/放氢性能。提高了储氢罐吸/放氢性能。

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌式金属氢化物储氢装置及其运行方法


[0001]本专利技术涉及储氢
，具体涉及一种搅拌式金属氢化物储氢装置及其运行方法。

技术介绍

[0002]目前主要存在高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢三种储氢方案。其中，高压气态储氢储氢密度低、储氢压力高，且为了提高经济性，将继续提高储氢压力，存在较大安全隐患；低温液态储氢，虽然储氢密度较高，但需要持续消耗大量能量保持低温，经济性差，且对容器绝热性的要求较高；而固态储氢，特别是基于金属氢化物的固态储氢，具有储氢压力低、储氢密度高、储氢安全性好和氢气纯度高等优点，是未来储氢技术的重要发展方向。
[0003]现存的固态储氢系统主要通过在床料中嵌入换热管束、带有翅片的换热管、经过设计的换热通道和在储氢罐外增加换热夹套等换热布置，尽快地移除吸氢过程中放出热量和输入放氢过程中所需的热量。现存的嵌入式翅片换热器可以很好的和邻近区域的金属氢化物进行热量交换，但由于金属氢化物的低导热系数，远离换热面的反应物换热条件较差，受到换热器的影响很小，依然无法快速反应，使吸氢/放氢时间较长。
[0004]采用金属氢化物作为储氢介质，在经过多次储氢放氢循环后，金属氢化物会出现粉化、颗粒细小化的现象，这些细小化的金属氢化物会在重力的作用下沉积在储氢罐底部，造成金属氢化物有效导热系数下降，储氢罐换热能力恶化。且沉积在储氢罐底部的细小化金属氢化物颗粒，在储氢放氢循环中会膨胀并对反应容器内壁产生更大的压力，甚至使壁面发生变形、破裂。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种搅拌式金属氢化物储氢装置及其运行方法，通过在储氢装置内设置搅拌器，能减小金属氢化物粉化影响，可以大幅增加储氢反应器的储/放氢性能，缩短反应所需时间。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]在本专利技术的第一方面，提供了一种搅拌式金属氢化物储氢装置，包括圆柱形的反应容器和外壳体，所述反应容器设置在外壳体的内部，并且反应容器和外壳体之间形成封闭的换热流体腔体；所述反应容器内轴线上设有搅拌器，搅拌器由转轴和叶片组成，所述转轴内部为中空结构，所述中空结构形成换流体的流动通道，所述转轴的底端与腔体连通；所述反应容器的内部填充金属氢化物。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述转轴伸出反应容器外部，转轴与反应容器接触的位置设有轴封。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述转轴的顶端为换热流体入口，底端为换热流体出口，所述转轴的换热流体出口同时作为换热流体腔体的换热流体入口。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述换热流体腔体的上部设置有两个换热流体出
口，两个换热流体出口对称设置。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述反应容器的顶部还设置有氢气进出口。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述转轴上设置上螺旋叶片和下螺旋叶片，上螺旋叶片与转轴轴线夹角小于下螺旋叶片与转轴轴线夹角。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述转轴通过传动装置与低速电机连接，所述传动装置采用锥齿轮。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述金属氢化物的填充量为反应容器容积的60％
‑
80％。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述外壳体包括换热流体腔体的外壁面和隔热材料。
[0016]在本专利技术的第二方面，提供了一种搅拌式金属氢化物储氢装置的运行方法，包括以下步骤：
[0017](1)在吸氢反应的温升阶段和放氢反应的的温降阶段，持续旋转搅拌器；
[0018](2)当吸氢/放氢时，温度达到最高/最低后，停止运行搅拌器；
[0019](3)当靠近换热面的金属氢化物温度降低/升高、反应率增大后，再次旋转搅拌器；
[0020](4)直到不同温度、反应率的金属氢化物在反应容器内完成循环或混合，旋转停止，并按上述规律循环旋转与停止，直到反应完全。
[0021]本专利技术一个或多个技术方案具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术提供的储氢装置，通过搅拌器实现了反应容器内金属氢化物的循环输送与混合，突破了传统储氢反应器中由于金属氢化物静止不动而受到的金属氢化物导热系数低、传热速度慢的限制，将温度高、反应率低的金属氢化物不断输送至换热面附近，有效提高了吸氢反应与放氢反应的速率，提高了储氢罐吸/放氢性能。
[0023](2)本专利技术提供的储氢装置，搅拌器的转轴为中空结构，内部通有换热流体，可同时起到增强换热的翅片管换热器的功能，加快吸氢过程中的热量移除与放氢过程中的热量供给，有效提高了反应速率，提高了储氢罐性能。
[0024](3)本专利技术提供的储氢罐，通过搅拌实现了金属氢化物的周期性循环输送与混合，可保证金属氢化物粉末在吸氢/放氢过程中混合均匀，有效减轻了由于多次吸放氢后储氢合金粉末化导致的局部传热性能恶化，提高了储氢罐性能。
[0025](4)本专利技术提供的储氢罐，金属氢化物在吸氢膨胀过程中受到搅拌器的作用，处于运动状态，防止了金属氢化物的局部聚集，有效减轻了由于膨胀造成的对反应器内壁的压力，避免反应器因局部应力而变形、破坏，保证储氢罐的安全性和寿命。
[0026](5)本专利技术提供的运行方法，通过搅拌器的循环启停，可在达到输送、混合金属氢化物的目的、提高吸氢/放氢效率的同时，减少搅拌器旋转消耗的能量。
附图说明
[0027]图1为本专利技术搅拌式金属氢化物储氢装置的整体结构示意图；
[0028]图2为本专利技术搅拌式金属氢化物储氢装置的储氢罐体结构示意图；
[0029]图3为本专利技术搅拌式金属氢化物储氢装置的内部结构示意图；
[0030]图4为本专利技术搅拌式金属氢化物储氢装置的搅拌器的结构示意图。
[0031]图中：1、低速电机；2、传动装置；3、外壳体；4、氢气进出口；5、过滤片；6、氢气阀；7、第一换热流体出口；8、换热流体腔体；9、反应容器；10、上轴封；11、金属氢化物；12、第二换热流体出口；13、下轴封；14、换热流体阀；15、搅拌器。
具体实施方式
[0032]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]实施例1
[0034]本专利技术的一种典型的实施方式中，如图1
‑
3所示，提出一种搅拌式金属氢化物储氢装置，包括圆柱形的反应容器9和外壳体3，所述反应容器9设置在外壳体3的内部，并采用竖直放置，所述反应容器9的内部填充金属氢化物，用于发生吸放氢反应。反应容器9和外壳体3之间形成封闭的换热流体腔体，用于充满换热流体；所述换热流体为冷却液或热液体，与容器中的金属氢化物进行热交换，对金属氢化物冷却或加热。
[0035]所述反应容器9内轴线上设有搅拌器15，搅拌器15由转轴和叶片组成，所述转轴内部为中空结构，所述中空结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌式金属氢化物储氢装置，其特征在于，包括圆柱形的反应容器和外壳体，所述反应容器设置在外壳体的内部，并且反应容器和外壳体之间形成封闭的换热流体腔体；所述反应容器内轴线上设有搅拌器，搅拌器由转轴和叶片组成，所述转轴内部为中空结构，所述中空结构形成换流体的流动通道，所述转轴的底端与腔体连通；所述反应容器的内部填充金属氢化物。2.如权利要求1所述的搅拌式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述转轴伸出反应容器外部，转轴与反应容器接触的位置设有轴封。3.如权利要求2所述的搅拌式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述转轴的顶端为换热流体入口，底端为换热流体出口，所述转轴的换热流体出口同时作为换热流体腔体的换热流体入口。4.如权利要求1所述的搅拌式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述换热流体腔体的上部设置有两个换热流体出口，两个换热流体出口对称设置。5.如权利要求1所述的搅拌式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述反应容器的顶部还设置有氢气进出口。6.如权利要求1所述的搅拌式金属氢化物储氢装置，其特征在于，所述转...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明，陈泽祺，代慧，王宇航，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：