一种储氢装置的制作方法

1.本实用新型具体涉及一种储氢装置，属于固体储氢技术领域。


背景技术：

2.氢气可以用作燃料，资源丰富，以水为原料，电解便可获得；水资源在地球上相对主要燃料石油，煤也较丰富；热值高，氢燃烧的热值高居各种燃料之冠，据测定，每千克氢燃烧放出的热量为1.4*10^8j，为石油热值的3倍多；因此，它贮存体积小，携带量大，行程远；氢为燃料最洁净。氢的燃烧产物是水，对环境不产生任何污染；但氢气储藏和运输难度大，现有技术一般采用低温液化，会导致阀门堵塞并形成不必要的压力，因此需要研发一款能够实现安全方便运输，且氢密度大的储氢装置。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型提出了一种储氢装置，采用固态储氢方式，利用过渡金属或合金（lani5）、能有效克服高压气态和低温液态两种储氢方式的不足，且储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全等，适合体积要求较严格的场合。
4.本实用新型的储氢装置，本技术采用lani5金属氢化物作为填料，其技术核心在于能迅速吸收氢气的晶粉状金属合金；当金属氢化物吸收氢气时，系统将释放出热量；相反地，当它们吸收热量时，就释放出可作为汽车能源或高纯的氢气，从而能够将高含量、高纯度氢储存在低气压状态下，具有高度安全性；并且，该系统可反复使用，即使经过几百次的充氢、放氢的循环，对其功能也几乎没有影响；其具体结构如下：包括长壳体和封头，所述长壳体底部设置有支座；所述长壳体两端分别密封焊接有第一管板和第二管板；所述第一管板和第二管板于长壳体外部一体制成有第一法兰盘；所述封头正对第一法兰盘一体制成有第二法兰盘；所述第一法兰盘和第二法兰盘通过螺栓和螺母密封固定；一所述封头和第二法兰盘之间一体制成有短壳体；所述第一管板和第二管板之间穿过有阵列式的换热管；两所述封头上分别设置有管程接入口和管程排出口；所述长壳体一端下侧设置有壳程接入口，所述长壳体另一端上侧设置有壳程排出口；所述短壳体上设置有安全阀安装口；安装管程接入口的所述封头上设置有温度计安装口；所述长壳体内侧填充有lani5填料；所述换热管完全埋入lani5填料内侧，通过将换热管完全埋入到lani5填料内侧，从而实现给lani5填料提供氢气冲放的温度环境，管程接入口、封头、第一管板、换热管、第二管板、另一封头和管程排出口形成温度循环调节系统，给氢气冲放提供温度环境；壳程接入口、长壳体、lani5填料和壳程排出口形成氢气冲放系统；短壳体上的安全阀安装口作为安全监测和应急开放，输入侧的封头上设置有温度计安装口，通过温度计安装口安装温度计，从而保证输入侧的温度能够满足氢气冲放的各自温度需求。
5.进一步地，所述长壳体与第一管板或第二管板嵌合位为凹凸位；所述凹凸位处设置有垫片，从而能够实现长壳体与第一管板或第二管板之间的密封性。
6.进一步地，所述换热管包括管体，所述管体内侧间隔焊接有多块半圆形的挡板；所
述挡板上正对开设有穿孔；所述穿孔上穿过一圆钢；所述圆钢和穿孔通过点焊固定；两侧的所述挡板与管体焊接固定，利用圆钢对挡板进行一体化固定，挡板和管体一体化固定，从而在管体内侧形成内支撑体和导热格挡，从而保证换热管的热传导效果。
7.进一步地，所述管程接入口和管程排出口串接到换热循环系统，所述温度计安装口处设置有温度计，所述温度计接入温控系统，所述换热循环系统的调温组件接入温控系统
8.进一步地，所述长壳体上还设置有压力变送器。
9.与现有技术相比，本实用新型的储氢装置，利用过渡金属或合金（lani5）、能有效克服高压气态和低温液态两种储氢方式的不足，且储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全等，适合体积要求较严格的场合。
附图说明
10.图1为本实用新型的实施例1结构示意图。
11.图2为本实用新型的换热管整体结构示意图。
12.图3为本实用新型的换热管端部结构示意图。
13.图4为本实用新型的挡板结构示意图。
14.图5为本实用新型的储氢材料的pct曲线结构示意图。
15.图6为本实用新型的储氢材料的粉化特性曲线结构示意图。
具体实施方式
16.实施例1：
17.如图1所示的储氢装置，包括长壳体1和封头2，所述长壳体1底部设置有支座3；所述长壳体1两端分别密封焊接有第一管板4和第二管板5；所述第一管板3和第二管板4于长壳体1外部一体制成有第一法兰盘6；所述封头2正对第一法兰盘一体制成有第二法兰盘7；所述第一法兰盘6和第二法兰盘7通过螺栓和螺母密封固定；一所述封头2和第二法兰盘7之间一体制成有短壳体8；所述第一管板4和第二管板5之间穿过有阵列式的换热管9；两所述封头2上分别设置有管程接入口10和管程排出口11；所述长壳体1一端下侧设置有壳程接入口12，所述长壳体1另一端上侧设置有壳程排出口13；所述短壳体8上设置有安全阀安装口14；安装管程接入口10的所述封头2上设置有温度计安装口15；所述长壳体1内侧填充有lani5填料；所述换热管9完全埋入lani5填料内侧，通过将紫铜换热管完全埋入到lani5填料内侧，从而实现给lani5填料提供氢气冲放的温度环境，管程接入口、封头、第一管板、换热管、第二管板、另一封头和管程排出口形成温度循环调节系统，给氢气冲放提供温度环境；壳程接入口、长壳体、lani5填料和壳程排出口形成氢气冲放系统；短壳体上的安全阀安装口作为安全监测和应急开放，输入侧的封头上设置有温度计安装口，通过温度计安装口安装温度计，从而保证输入侧的温度能够满足氢气冲放的各自温度需求。
18.其中，所述长壳体1与第一管板4或第二管板5嵌合位为凹凸位；所述凹凸位处设置有垫片，从而能够实现长壳体与第一管板或第二管板之间的密封性。
19.如图2至图4所示，所述换热管9包括管体91，所述管体91内侧间隔焊接有多块半圆形的挡板92；所述挡板92上正对开设有穿孔；所述穿孔上穿过一圆钢93；所述圆钢93和穿孔
通过点焊固定；两侧的所述挡板92与管体91焊接固定，利用圆钢对挡板进行一体化固定，挡板和管体一体化固定，从而在管体内侧形成内支撑体和导热格挡，从而保证换热管的热传导效果。
20.所述管程接入口10和管程排出口11串接到换热循环系统，所述温度计安装口15处设置有温度计，所述温度计接入温控系统，所述换热循环系统的调温组件接入温控系统
21.所述长壳体1上还设置有压力变送器。
22.本实用新型的储氢装置，采用物理储氢技术，单纯地通过改变储氢条件提高氢气密度，以实现储氢的技术；该技术为纯物理过程，无需储氢介质，成本较低，且易放氢，氢气浓度较高；我们现在使用的稀土类化合物（lani5），作为储氢材料，就是物理储氢原理，配合储氢罐，制作而成；储氢装置由储氢材料、容器、导热机构、导气机构和阀门,控制部分等六部分组成；
23.容器设计：由于储氢罐是特殊压力容器，必须具有一般压力容器不具有的，如高密度储氢、存放氢气方便自由等特点；储氢罐里面放置储氢材料，导热管完全埋在储氢材料中，方便及时吸热和放热；由于储氢罐属于特殊压力容器，选材方面将考虑使用条件（如 设计温度、设计压力、介质特性、操作特点等）、材料的焊接性能 、容器的制造工艺以及经济的合理性；此次选材内筒主要考虑抗氢蚀的材料；考虑选用无缝钢管，正常使用压力小于2.5兆帕，封头按照该压力考虑；
24.储氢材料：本实用新型选用lani5作为储氢材料；lani5的密度如下：lani5合金熔铸后块体的密度为8310kg/m3，当lani5合金被粉碎并堆积后，其堆积体的密度（单位体积堆积粉末的质量）被称为表观密度，它是与堆积体的孔隙率ε相关的函数，可表示为：ρ
表观密度
=ρ
块体密度x（1-ε）
，其中ρ
块体密度
为8310 kg/m3；
25.如图5所示，储氢材料的pct曲线：
26.在一定的温度和压力条件下，lani5与气态h2可逆反应生成氢化物lani5h
x
。我们将压力（p），金属氢化物成分（c）和温度（t）之间的关系绘制成曲线，称为pct曲线；在一定的温度条件下，当h2压力超过合金的吸氢反应压力时，合金就开始吸氢，随着氢气压力增加，合金吸氢量逐渐增加，直到合金的吸氢反应达到饱和时，即使再增加压力，合金也不能再吸氢；当h2压力降低到放氢压力之下时，金属氢化物便开始逐渐放出氢气；在合金吸放氢过程中通常都存在一个平台区，在此区域，吸氢量会随着h2压力增加而迅速增加；平台区的宽度与温度有关，温度越高其平台宽度越窄，甚至平台区消失；在同一温度下的吸氢曲线和放氢曲线并不重合，放氢压力低于吸氢压力，这种现象被称为滞后性。不同温度下，要达到同样的吸氢量，高温时需要更高的压力，放氢时亦如此，即高温下具有更高的平台压；lani5的pct曲线如下图所示；图中给出了lani5在不同温度下（40-80℃）的吸（实心符号表示）/放（空心符号表示）氢曲线，横轴为单位质量lani5吸收的h2在标准状态下的体积，纵轴为吸氢压力；可以看出，lani5吸氢反应存在明显的平台区，随着温度升高，吸放氢曲线压力也随之升高；
27.如图6所示，储氢材料的粉化特性：由于h原子进入储氢合金之后使储氢合金晶格产生很大膨胀（对于lani5而言可达24%），并与金属内的各种缺陷相互作用，产生应力集中从而导致合金破碎粉化。随着吸放氢反应循环次数的增多，合金的粉化就越严重。下图为lani5合金在一定吸放氢循环次数后的颗粒尺寸的分布频率情况；图中黑色曲线表示未吸
氢前的颗粒尺寸分布，随着循环次数增加，小尺寸颗粒分布逐渐变多，当达到15个循环后，其平均颗粒尺寸已不到20微米。
28.本实用新型的储氢装置的储氢材料吸放氢过程为多相体系：氢气-储氢合金（α相）-金属氢化物（β相），在吸放氢相变时，存在氢气压力、相变温度两个自由度，即在吸氢过程，给定不同氢气压力时体系存在不同的相变温度；
29.以lani5储氢合金为例，其反应温度t与对应的氢气压力p如下所示；吸氢过程描述为：使储氢合金（α相）与氢气接触，并不断增加氢压，此时发生α-β相变，放出热量，系统温度升高（暂不考虑热量散失），随温度升高，需要给定更高的氢气压力以维持相变的继续进行，直至系统升温至60-80℃左右，此时需要的氢气压力为1.8
‑‑
2.4mpa，如果氢气压力不再升高，则需要将放出的热量快速导出，使系统温度维持在60-80℃，反应（相变）才可继续进行；相反，如果热量导出不及时，在外界给气压力继续升高的情况下，系统温度会继续升高；放氢过程描述为：对氢化物相（β相）进行加热，在密闭系统内（氢气不流出），容器内的压力随温度增加不断增高，如30-50℃，容器内压力为0.4-0.8mpa，升至60-80℃后，容器内压力为1-1.5mpa；如在80℃维持放氢，随氢气的释放，系统需要不断补充热量，如热量补充不及时，系统内温度下降则出气口压力下降，无法维持恒定的放氢压力；饱和吸氢后形成lani5h6氢化物相，吸放氢反应过程的热焓变化为：30.1kj
·
mol-1
h2。
30.上述实施例，仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。