[发明专利]一种梯度填充膨胀石墨的金属氢化物反应器

说明书

本发明公开了一种梯度填充膨胀石墨的金属氢化物反应器，包括壳体、反应床、氢气进出口管、换热管，所述反应床为多层结构，所述反应床各层内填充膨胀石墨，所述反应床内各层膨胀石墨的质量含量呈梯度填充，本发明可以降低高导材料膨胀石墨的用量，使反应床层单位体积储热密度增加，与同等膨胀石墨添加量的金属氢化物反应器相比，本发明可使吸氢反应速率得到提升。

技术领域

本发明属于固定床反应器技术领域，特别是涉及一种梯度填充膨胀石墨的金属氢化物反应器。

背景技术

随着经济与社会的发展，能源问题成为制约社会发展的主要瓶颈之一。面对资源枯竭的压力，以太阳能为首的可持续新能源与废热的回收逐渐成为人们研究的热点。然而，太阳能、非连续生产的工业废热等都存在着能量不能连续供给的问题，因此，实施高效的蓄热技术是解决以上能源供需在时间与空间上不匹配矛盾的必要手段。

蓄热技术包括显热、相变潜热和热化学蓄热技术三种。其中，基于金属氢化物分解反应的蓄热技术属于热化学蓄热技术的一种，该技术具有反应可逆性好、反应热大、腐蚀性低和反应易于控制等优点，因此是一种十分具有潜力的蓄热技术。

金属氢化物反应器是蓄热系统的核心部件，反应器传热性能对整个蓄热系统的性能具有决定性的影响。金属氢化物蓄热技术面临的主要问题是金属氢化物床层的有效导热系数较低，影响了反应器的性能。目前，最常用的金属氢化物床层传热强化技术为在床层中添加膨胀石墨。例如，通过向镁氢化物压片中添加10％膨胀石墨，反应床径向导热系数高达8W/(m·K)，并且随着填充膨胀石墨含量的增加，反应床层导热系数也随之增加(CHAISE A,DE RANGO P,MARTY P,et al.Enhancement of hydrogen sorption in magnesiumhydride using expanded natural graphite[J].International Journal of HydrogenEnergy,2009,34(20):8589-8596)。但其不足之处在于，随着膨胀石墨填充量的增加，由于膨胀石墨不参与吸氢反应，反应床的单位体积储氢密度会下降，体积蓄热密度也会随之减小。例如：中国专利申请号为CN201610606744.7的专利中，公开了一种金属氢化物反应器，包括“多层反应床，每层所述反应床在所述多层反应床的叠加方向上具有上下两层结构，其中下层为复合材料层，所述复合材料层含有储氢合金和/或金属氢化物，所述储氢合金与氢气反应生成金属氢化物并放出热量，或者所述金属氢化物吸收热量反应生成所述储氢合金与所述氢气”，填充物填充量的增加，由于填充物不参与反应，反应床的单位体积储氢密度会下降。

因此，如何解决上述问题成为本领域的研究重点。

发明内容

本发明的目的就是提供一种梯度填充膨胀石墨的金属氢化物反应器，能有效解决上述随着膨胀石墨填充量的增加，反应床的单位体积储氢密度会下降的不足之处。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种梯度填充膨胀石墨的金属氢化物反应器，包括壳体、反应床、氢气进出口管、换热管，所述反应床设在壳体的内部形成反应腔，所述氢气进出口管设在壳体的外表面，所述换热管穿过反应床的中心，所述反应床是由多层金属氢化物与膨胀石墨混合压制的复合材料叠合而成，所述反应床从中心由内至外各层膨胀石墨的质量含量逐渐减小。

作为优选，所述反应床设为2-8层。

作为优选，所述反应床各层的膨胀石墨的质量含量范围为5％-30％。

作为优选，所述反应床设为2层，其中反应床的内层的膨胀石墨的质量含量为10％，反应床的外层的膨胀石墨的质量含量为5％。

作为优选，所述反应床设为3层，其中反应床的内层的膨胀石墨的质量含量为20％，反应床的中间层的膨胀石墨的质量含量为10％，反应床的外层的膨胀石墨的质量含量为5％。