具有仿生翅片的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器及其儲(chǔ)氫方法與流程

本申請(qǐng)涉及儲(chǔ)氫，特別是涉及一種具有仿生翅片的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器及其儲(chǔ)氫方法。

背景技術(shù)：

1、金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器是固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的核心部件，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些技術(shù)問(wèn)題。比如：由于金屬氫化物本身導(dǎo)熱性能極差，儲(chǔ)氫過(guò)程中無(wú)法及時(shí)有效地傳遞出氫化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，反應(yīng)器內(nèi)部溫度在短時(shí)間內(nèi)急劇升高，會(huì)導(dǎo)致吸氫平臺(tái)壓力上升，降低儲(chǔ)氫速率甚至停止儲(chǔ)氫。同時(shí)氫化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)傳輸出去，積聚在儲(chǔ)氫罐內(nèi)會(huì)使得儲(chǔ)氫罐體受熱不均進(jìn)而導(dǎo)致熱應(yīng)力分布不均，導(dǎo)致儲(chǔ)氫罐體變形甚至密封失效，造成氫氣的泄露。另外，在脫氫反應(yīng)發(fā)生過(guò)程中，儲(chǔ)氫罐內(nèi)的氫化物分解放出氫氣，為了維持化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，需要外部提供熱源，此時(shí)須通過(guò)高溫?zé)嵩聪蚬摅w內(nèi)部的氫化物傳熱，高效的傳熱效率決定了脫氫反應(yīng)的進(jìn)行速度。

2、cn113713721a公布了一種復(fù)合翅片與金屬泡沫的耦合套管儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其通過(guò)在填料區(qū)域內(nèi)，設(shè)置一體成型的翅片-金屬泡沫結(jié)構(gòu)，提高反應(yīng)床層與換熱套管之間的熱交換進(jìn)而改善反應(yīng)器的整體儲(chǔ)氫性能。但該結(jié)構(gòu)的組合需要較高的加工能力，對(duì)于尺寸較大的復(fù)合換熱結(jié)構(gòu)加工成型工藝復(fù)雜；另外在吸氫后，金屬粉末顆粒體積膨脹容易堵塞金屬泡沫的空隙，使得儲(chǔ)氫壓力增大，阻礙反應(yīng)快速進(jìn)行。

3、cn114917842a公布了一種帶有波型翅片結(jié)構(gòu)的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器及其儲(chǔ)氫方法，通過(guò)設(shè)置陣列的波形翅片增大了金屬氫化物床層與換熱流體之間的傳熱面積，提高反應(yīng)器的儲(chǔ)氫速率。但是該波形翅片的彎折處容易積聚儲(chǔ)氫粉末，在吸氫過(guò)程中，儲(chǔ)氫粉末放熱會(huì)導(dǎo)致彎折處出現(xiàn)局部熱應(yīng)力的集中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力劣化，進(jìn)而限制了儲(chǔ)氫反應(yīng)器的長(zhǎng)期多次使用。

4、如何提供一種能夠提升反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)床層與外部的傳熱效率、改善儲(chǔ)氫-放氫速率，同時(shí)避免金屬氫化物粉末的集聚和吸氫反應(yīng)熱應(yīng)力的集中且加工工藝簡(jiǎn)單的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器成為亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N具有仿生翅片的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，該儲(chǔ)氫反應(yīng)器傳熱傳質(zhì)效果優(yōu)良、儲(chǔ)氫-放氫速率快、結(jié)構(gòu)緊湊、制備工藝簡(jiǎn)單且使用壽命長(zhǎng)。

2、本申請(qǐng)的第一方面提供了一種具有仿生翅片的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，該儲(chǔ)氫反應(yīng)器包括上封頭、內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體、仿生翅片換熱管以及外部換熱罐體，其中，

3、上封頭上設(shè)置有氫氣入口，且上封頭與內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體的連接處設(shè)有分氣單元；

4、仿生翅片換熱管上設(shè)有換熱流體入口，且軸向貫穿于上封頭、分氣單元及內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體中，仿生翅片換熱管與分氣單元及內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體之間的區(qū)域用于裝載金屬氫化物床層；

5、外部換熱罐體上設(shè)有換熱流體出口，且套設(shè)于內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體上；

6、仿生翅片換熱管包括換熱主體，換熱主體外壁周向均勻分布有多個(gè)樹形翅片，樹形翅片分布于金屬氫化物床層內(nèi)部。

7、在其中一些實(shí)施方式中，樹形翅片包括至少一組翅片組件，翅片組件包括第一分支和第二分支；

8、在樹形翅片包括一組翅片組件的情況下，第一分支的首端與換熱主體相連接，末端與2個(gè)第二分支的首端相連接；

9、在樹形翅片包括多組翅片組件的情況下，任一第二分支的末端連接于另一組翅片組件中的第一分支的首端。

10、在其中一些實(shí)施方式中，換熱主體外壁設(shè)置有兩層樹形翅片層，每層樹形翅片層包括n塊樹形翅片，n≥4。

11、在其中一些實(shí)施方式中，兩層樹形翅片層中相對(duì)應(yīng)的樹形翅片按照（180/n）°交錯(cuò)設(shè)置。

12、在其中一些實(shí)施方式中，第一層樹形翅片層中樹形翅片的長(zhǎng)度為換熱主體直徑的2~4倍；第二層樹形翅片層中樹形翅片的長(zhǎng)度為換熱主體直徑的2.2~4.8倍。

13、在其中一些實(shí)施方式中，兩層樹形翅片層之間的距離為內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體深度的1/3。

14、在其中一些實(shí)施方式中，換熱主體的直徑為50mm~90mm；換熱主體的壁厚為5mm~10mm。

15、在其中一些實(shí)施方式中，內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體的外壁設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)流件，該導(dǎo)流件為三棱柱結(jié)構(gòu)。

16、在其中一些實(shí)施方式中，導(dǎo)流件的數(shù)量為4~12個(gè)。

17、在其中一些實(shí)施方式中，樹形翅片的厚度為換熱主體直徑的0.7~1.2倍。

18、在其中一些實(shí)施方式中，內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體的內(nèi)徑為換熱主體內(nèi)徑的5~8倍。

19、本申請(qǐng)的第二方面提供了一種采用上述第一方面提供的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器的儲(chǔ)氫方法，包括以下步驟：

20、通過(guò)換熱流體入口通入換熱流體；

21、通過(guò)氫氣入口向金屬氫化物床層中通入氫氣進(jìn)行儲(chǔ)氫。

22、本申請(qǐng)?zhí)峁┑木哂蟹律崞慕饘贇浠飪?chǔ)氫反應(yīng)器，通過(guò)在上封頭與內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體的連接處設(shè)置分氣單元，使得氫氣經(jīng)過(guò)分氣單元后，氣流組織能夠均勻分布并進(jìn)入內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體，以避免金屬氫化物粉末隨氫氣的流動(dòng)而發(fā)生大范圍的粉末化流動(dòng)，減少了金屬氫化物粉末的局部聚集和沉降，實(shí)現(xiàn)了金屬氫化物粉末一直保持均勻分布的狀態(tài)，避免了金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器因局部應(yīng)力過(guò)大而發(fā)生過(guò)量形變甚至罐體破裂的現(xiàn)象。

23、通過(guò)設(shè)置具有特殊翅片結(jié)構(gòu)的換熱管，不僅使得換熱流體與金屬氫化物床層之間充分換熱，增加了金屬氫化物床層與換熱流體之間的傳熱面積，提高了換熱效率。同時(shí)避免了儲(chǔ)氫粉末的局部積聚引起的局部熱應(yīng)力的集中而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)應(yīng)力的劣化，延長(zhǎng)了儲(chǔ)氫反應(yīng)器的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種具有仿生翅片的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其特征在于，包括上封頭、內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體、仿生翅片換熱管以及外部換熱罐體，其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其特征在于，所述樹形翅片包括至少一組翅片組件，所述翅片組件包括第一分支和第二分支；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其特征在于，所述換熱主體外壁設(shè)置有兩層樹形翅片層，每層樹形翅片層包括n塊樹形翅片，n≥4。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其特征在于，兩層樹形翅片層中相對(duì)應(yīng)的樹形翅片按照（180/n）°交錯(cuò)設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其特征在于，第一層樹形翅片層中樹形翅片的長(zhǎng)度為所述換熱主體直徑的2~4倍；第二層樹形翅片層中樹形翅片的長(zhǎng)度為所述換熱主體直徑的2.2~4.8倍。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其特征在于，所述兩層樹形翅片層之間的距離為所述內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體深度的1/3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其特征在于，所述換熱主體的直徑為50mm~90mm；所述換熱主體的壁厚為5mm~10mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體的外壁均勻設(shè)置有多個(gè)導(dǎo)流件，所述導(dǎo)流件為三棱柱結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器，其特征在于，所述導(dǎo)流件的數(shù)量為4~12個(gè)。

10.一種采用如權(quán)利要求1~9任一項(xiàng)所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器的儲(chǔ)氫方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種具有仿生翅片的金屬氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)器及其儲(chǔ)氫方法。儲(chǔ)氫反應(yīng)器包括上封頭、內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體、仿生翅片換熱管及外部換熱罐體，上封頭上設(shè)有氫氣入口，上封頭與內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體的連接處設(shè)有分氣單元；仿生翅片換熱管上設(shè)有換熱流體入口，且軸向貫穿于上封頭、分氣單元及內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體中，仿生翅片換熱管與分氣單元及內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體之間的區(qū)域用于裝載金屬氫化物床層；外部換熱罐體上設(shè)有換熱流體出口，且套設(shè)于內(nèi)部?jī)?chǔ)氫罐體上；仿生翅片換熱管包括換熱主體，換熱主體外壁周向均勻分布有多個(gè)樹形翅片，樹形翅片分布于金屬氫化物床層內(nèi)部。本申請(qǐng)的儲(chǔ)氫反應(yīng)器傳熱傳質(zhì)效果優(yōu)良、儲(chǔ)氫?放氫速率快、結(jié)構(gòu)緊湊、制備工藝簡(jiǎn)單且使用壽命長(zhǎng)。

技術(shù)研發(fā)人員：曲寧,崔龍,郭軒成,韓建,李治達(dá),袁碧秀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：一汽解放汽車有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9