[发明专利]一种强化换热合金储氢罐

说明书

本发明公开了一种外浸‑内嵌式强化换热合金储氢罐，主要由罐体、换热结构、合金粉床体、导气结构四个部分组成；罐体为双层壳体结构，内层壳体中填充有合金粉床体，床体中“内嵌”有换热结构；外层壳体中填充有换热介质，整个内层壳体“外浸”于换热介质中，换热结构由若干根正多边形排列的U形热管与若干栅格翅片焊接而成，U形热管的一段与栅格翅片焊接置于合金粉床体中，另一段插入外层壳体的换热介质中。合金储氢罐吸放氢过程中，热量通过U形热管进行传导，也可以通过内层壳体与外层壳体之间的换热介质直接进行交换。通过这种外浸‑内嵌式强化换热方式，显著增强了合金粉床体换热效率，极大提高了合金储氢罐的吸放氢性能。

技术领域

本发明属于合金储氢技术领域，特别是涉及一种外浸-内嵌式强化换热合金储氢罐。

背景技术

当今，氢能被认为是解决资源枯竭和环境压力等问题的理想能源。合金粉储运具有吸放氢条件温和、储运压力低、安全性能好、放氢纯度高等优点，因此被认为是一种较为理想的氢能储运方式。

但是，由于合金粉本身导热性差，吸氢过程放出大量的热，使得合金粉床层温度急剧上升，吸氢过程减缓甚至停止；放氢过程需要吸收大量的热，使得合金粉床层温度急剧下降，放氢速率和放氢量均下降，这都将造成合金储氢罐性能下降甚至失效。此外，合金粉在吸放氢过程粉化后的合金细粉的传热性能极差，这也将导致合金储氢罐性能下降。

因此，为了防止合金储氢罐性能衰减，改善合金粉床层的传热性能，提高合金储氢罐吸放性能，可以通过在合金储氢罐外壁设置翅片增加换热面积，或者将合金罐体浸入换热介质中，来改善合金储氢罐的换热性能；也可以在合金粉床层中设置一定数量的换热管，通过管内工作介质与合金床体直接换热来提高热交换效率。

然而，对于径向厚度较大的合金储氢罐来说，单一靠外设翅片或者外浸换热介质这种外部热交换的方式，或者是床层内嵌换热管的热交换方式，都无法满足吸放氢热量需求，势必导致合金储氢罐性能下降。

为了保证合金罐径向热量分布均衡，增加翅片、换热介质或者换热管的量，必然造成罐体体积增大、内部结构复杂等。

发明内容

针对上述技术中存在的单一换热形式热交换效率低、系统占用体积大等问题，本发明提供了一种外浸-内嵌式强化换热合金储氢罐。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种强化换热合金储氢罐，包括罐体、合金粉床体、换热结构和导气结构；所述的罐体为内层壳体和外层壳体构成的双层壳体结构，内层壳体的封头处设置有氢气进出口，且有开关阀与之相连，以控制氢气进出床体，所述的外层壳体上分别连接有换热介质入口和换热介质出口，外层壳体与内层壳体之间充填换热介质；所述的换热结构由正多边形阵列的若干根U形热管与栅格翅片连接而成，所述U形热管中心轴线位于正多边形的边角点位置，而角点处于栅格翅片圆周上，U形热管的一段与若干栅格翅片钎焊连接，作为合金粉床体的支撑结构，U形热管的另一段插入外层壳体的换热介质中，所述的合金粉床体由均匀装填在栅格翅片中间的合金粉构成；所述的导气结构由贯通于合金粉床体中心部位的导气管和设于氢气进出口处的过滤器组成，导气管截面圆的直径内切于栅格翅片的中心栅格，并且通过钎焊进行固接。

所述的一种强化换热合金储氢罐，其U形热管由管壳、吸液芯和端盖组成，包括蒸发段、冷凝段以及中间的绝热段。

所述的一种强化换热合金储氢罐，其换热介质为水、酒精或者丙酮，流向与U形热管中工作介质呈逆向流动，U形热管内工作介质为水。

所述的一种强化换热合金储氢罐，其U形热管管壳材质为不锈钢、铝、无氧铜或者磷脱氧铜，吸液芯为沟槽型、粉末烧结型、丝网烧结型或者其复合型。

所述的一种强化换热合金储氢罐，其栅格翅片是由冲孔的薄铜片经焊接拼成许多的“口”字形栅格构成，栅格的大小外接于U形热管的截面圆，并且两者之间通过钎焊固接，栅格翅片的直径略小于内层壳体内径，二者呈间隙配合装配。