一种固态储氢瓶、充装设备及充装方法与流程

本发明属于储氢，尤其涉及一种固态储氢瓶、充装设备及充装方法。

背景技术：

1、固态储氢技术因其高体积储氢密度、低工作压力和本质安全性，被视为氢能储运领域的关键发展方向之一，固态储氢材料在吸氢时放出热量，在放氢时吸收热量，储氢装置内部温度对吸放氢反应速率和效率具有决定性影响，然而，现有固态储氢装置及其充装设备仍存在以下技术缺陷：

2、（1）现有固态储氢瓶通常只具备单一的储氢功能，在充氢过程中储氢合金材料会大量放热，若不及时散热，高温将显著降低充氢速率和储氢容量；反之，放氢过程需要外部供热，现有技术通常需要额外配置独立的加热设备，系统复杂，热效率低。

3、（2）储氢合金在吸氢过程中会产生体积膨胀（可达15%-25%），若未预留合理的膨胀空间，会导致罐体受力过大甚至变形损坏，现有的应力缓冲结构设计过于复杂，如夹心式层状结构需多层材料复合，制造工艺繁琐；

4、（3）储氢合金粉末在长期吸放氢循环中容易发生粉化和沉降，导致罐体内部分区域材料堆积而其他区域出现空腔，影响传热传质均匀性，降低储氢性能；

5、（4）现有储氢装置的充放氢接口普遍为标准管螺纹接口，拆装需要工具，操作不便，且更换固态储氢瓶时需重新连接多条管路（气管、冷却液管等），耗时长、易出错；

6、同时，对于现有的充装设备而言，其与固态储氢瓶之间的连接多为一次性接驳，缺乏标准化的快速连接结构，在频繁更换固态储氢瓶的场景中效率较低，且现有的充氢系统虽可实现温度、压力和流量的精确控制，但通常与固态储氢瓶本体分离，无法根据罐体内储氢材料的实时状态进行自适应调节。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种固态储氢瓶、充装设备及充装方法，结构简单，方便实现固态储氢瓶的充氢冷却与放氢加热，安全性高，简化了制造工艺。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种固态储氢瓶，包括瓶外壳以及设置在所述瓶外壳内的弹性件，所述弹性件的一端具有开口并形成有腔体，所述弹性件的腔体内设置有储氢材料填充层，所述弹性件与所述瓶外壳之间具有径向与轴向膨胀间隙，所述弹性件的腔体内还设置有多个贯穿所述储氢材料填充层的导冷组件，所述导冷组件与瓶盖连接，所述弹性件位于所述瓶外壳与所述瓶盖之间，所述瓶盖上连接有监测组件，所述监测组件包括设置在所述弹性件外壁上的应变变送器以及设置在所述瓶外壳上的多个温度传感器，多个所述温度传感器沿所述瓶外壳的高度方向间隔设置，所述温度传感器的探头穿设在所述材料填充层内，所述应变变送器用于监测所述弹性件的形变量。

4、在一个实施方式中，所述弹性件为波形金属弹簧管。

5、在一个实施方式中，每个所述导冷组件均包括两根换热管，所述换热管呈u型结构，每根所述换热管的外壁上均分布有沿径向延伸的导热翅片，两根所述换热管相互连接并形成并联式换热结构，并联式换热结构的内腔流通有换热介质。

6、在一个实施方式中，所述瓶盖上还开设有用于与充装设备连接的氢气通道接口、冷却液进液接口、冷却液出液接口以及快换接口组件，所述冷却液进液接口以及所述冷却液出液接口与所述并联式换热结构连接。

7、本发明还提供了一种充装设备，包括上述的固态储氢瓶，还包括主控箱，所述主控箱的顶部安装有多个功能模块，所述主控箱的底部开设有管线腔，所述管线腔内设置有充氢工艺管线以及液冷循环管线，所述主控箱的一侧还设置有沿水平方向延伸的充装座，所述充装座与所述瓶外壳匹配，所述主控箱靠近所述充装座的侧壁上还设置有与固态储氢瓶连接的一体化充装接口组件。

8、在一个实施方式中，所述一体化充装接口组件包括设置在所述主控箱上的圆弧导轨，所述圆弧导轨上安装有滑块，所述滑块上设置有固定板，所述固定板上设置有充装接头固定板，所述充装接头固定板内穿设有第一冷液循环软管、加氢软管以及第二冷液循环软管，所述第一冷液循环软管、加氢软管以及第二冷液循环软管的端部均设置有与所述瓶盖连接的快速接头。

9、在一个实施方式中，所述充装接口组件与所述充装座同轴设置，所述充装座上还设有行程开关。

10、本发明还提供了一种充装方法，应用于上述的固态储氢瓶，包括：

11、获取充装过程中储氢材料不同高度位置的温度信息，当任一高度位置的温度超过预设温度阈值时，则增大冷却液循环流量；

12、获取充装过程中弹性件的形变量，当弹性件的形变量大于预设形变阈值时，则停止充装作业。

13、在一个实施方式中，还包括：

14、开始充装氢气之前，先识别固态储氢瓶的位置是否正确以及固态储氢瓶上的各接口是否正常连接；

15、启动冷液循环，对储氢材料进行预冷，直到其温度降低至预设启动温度后进行充装作业。

16、在一个实施方式中，还包括：

17、获取固态储氢瓶内的充装压力，待其充装压力达到预设压力阈值时，则关闭充氢电磁阀，停止冷却液循环并取下固态储氢瓶。

18、本发明的有益效果在于：

19、利用波形金属弹簧管形成的弹性件作为容纳储氢材料填充层的腔体，预留弹性件与瓶外壳之间的间隙，使得在氢气充放过程中，通过设置在弹性件上的应变变送器即可监测弹性件的形变量，进而对充气状态进行快速判断，且整个固态储氢瓶的应力缓冲结构简单，膨胀量小，无需额外配置独立的加热设备。

1.一种固态储氢瓶，其特征在于，包括瓶外壳以及设置在所述瓶外壳内的弹性件，所述弹性件的一端具有开口并形成有腔体，所述弹性件的腔体内设置有储氢材料填充层，所述弹性件与所述瓶外壳之间具有径向与轴向膨胀间隙，所述弹性件的腔体内还设置有多个贯穿所述储氢材料填充层的导冷组件，所述导冷组件与瓶盖连接，所述弹性件位于所述瓶外壳与所述瓶盖之间，所述瓶盖上连接有监测组件，所述监测组件包括设置在所述弹性件外壁上的应变变送器以及设置在所述瓶外壳上的多个温度传感器，多个所述温度传感器沿所述瓶外壳的高度方向间隔设置，所述温度传感器的探头穿设在所述材料填充层内，所述应变变送器用于监测所述弹性件的形变量。

2.根据权利要求1所述的一种固态储氢瓶，其特征在于，所述弹性件为波形金属弹簧管。

3.根据权利要求1所述的一种固态储氢瓶，其特征在于，每个所述导冷组件均包括两根换热管，所述换热管呈u型结构，每根所述换热管的外壁上均分布有沿径向延伸的导热翅片，两根所述换热管相互连接并形成并联式换热结构，并联式换热结构的内腔流通有换热介质。

4.根据权利要求3所述的一种固态储氢瓶，其特征在于，所述瓶盖上还开设有用于与充装设备连接的氢气通道接口、冷却液进液接口、冷却液出液接口以及快换接口组件，所述冷却液进液接口以及所述冷却液出液接口与所述并联式换热结构连接。

5.一种充装设备，包括权利要求1至4任一项所述的固态储氢瓶，其特征在于，还包括主控箱，所述主控箱的顶部安装有多个功能模块，所述主控箱的底部开设有管线腔，所述管线腔内设置有充氢工艺管线以及液冷循环管线，所述主控箱的一侧还设置有沿水平方向延伸的充装座，所述充装座与所述瓶外壳匹配，所述主控箱靠近所述充装座的侧壁上还设置有与固态储氢瓶连接的一体化充装接口组件。

6.根据权利要求5所述的一种充装设备，其特征在于，所述一体化充装接口组件包括设置在所述主控箱上的圆弧导轨，所述圆弧导轨上安装有滑块，所述滑块上设置有固定板，所述固定板上设置有充装接头固定板，所述充装接头固定板内穿设有第一冷液循环软管、加氢软管以及第二冷液循环软管，所述第一冷液循环软管、加氢软管以及第二冷液循环软管的端部均设置有与所述瓶盖连接的快速接头。

7.根据权利要求6所述的一种充装设备，其特征在于，所述充装接口组件与所述充装座同轴设置，所述充装座上还设有行程开关。

8.一种充装方法，应用于权利要求1至4任一项所述的固态储氢瓶，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种充装方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的一种充装方法，其特征在于，还包括：