[发明专利]一种超低速旋转低应变高填充率储氢合金反应装置

说明书

本发明涉及一种超低速旋转低应变高填充率储氢合金反应装置，属于储氢合金装置技术领域。上述装置包括绝热耐压外壳、设置在所述绝热耐压外壳外表面上的PLC控制显示单元以及设置在所述绝热耐压外壳内部的低速电机和储氢反应床，所述储氢反应床为圆形回转式，并通过联轴器与所述低速电机连接；所述储氢反应床还连通带气体密封结构的旋转接头；所述储氢反应床内部填充导热剂、包裹相变材料以及储氢合金。本发明通过导热剂和包裹相变材料，实现吸放氢过程的热量传递和循环，省略常规体系中热量传递装置，使得储氢反应床结构简化，保证储氢反应床低速旋转，能够显著缓解床体应力集中、明显增加合金填充率和系统储氢密度、有效提升床体可靠性。

技术领域

本发明涉及储氢合金装置技术领域，具体提供一种超低速旋转低应变高填充率储氢合金反应装置。

背景技术

氢能源以其优越的性能为人类所重视。储氢合金单位体积的储氢密度远大于高压瓶装方式，亦高于液氢的储存密度，储氢条件平和，且吸放氢过程中伴随明显热效应，在能源转换和利用领域有巨大应用潜力，加上我国镍和稀土资源优势，储氢合金产业化应用前景广阔。但目前储氢合金的应用仅在电池领域相对比较成熟，其它应用领域尚待开发。储氢合金吸氢后，体积将发生明显膨胀(～15～20％vol％)，晶格周期性的胀缩使合金承受应力诱导内部产生裂纹，加上制造过程残存的内部裂纹和热应力，经过几个吸放氢循环后合金即开始粉化成数微米到数十微米的粉末，吸氢粉化成为储氢合金固有特性。储氢合金反应设备的性能，直接取决于其反应床的设计水平，合金粉化是反应床设计的主要瓶颈，危害巨大表现在：①粉末合金易板结、流动性差，极易导致床体膨胀、塑变和失效；②粉末合金热导率较初始原颗粒可下降一个数量级，阻碍吸放氢过程热流传递从而减缓吸放氢速度；③合金粉化趁机会增加床体气阻，抑制床体内合金吸放氢的传质过程；④易导致放气针阀堵塞，为系统安全带来重大隐患。

鉴于此，在保障床体结构强度的前提下提高反应床传热、传质性能，成为储氢合金应用研究中最关键的一环。当前，针对储氢合金反应床装置的发明主要集中在以下两个方面：①致力于开发减缓局部应力集中的标准单元储氢罐：CN1752506A提出了一种适用于小型储氢结构简单的无内嵌输气管的圆形储氢罐，并内置铝丝网来强化传热；CN104100834A、CN202048351U、CN106813101A分别提出了一种采用多孔金属颗粒、高导热率镀层蜂巢式泡沫铝、泡沫镍与储氢合金混装的圆形储氢罐；CN105371105A提出了一种内置螺旋式不锈钢盘管和泡沫镍层的弹性缓冲层圆形储氢罐；CN105387341A、CN107859871A、CN108131563A分别提出了一种内置10层导气隔离板、多层细径隔网和纯铝螺旋的圆形储氢罐；CN105715953A提出了一种便携式多层复合材料外壳的小型储氢容器，利用连接到储氢器外部且放置到外壳最里层金属箔，实现储氢器内部和外界的热交换；CN107270120A提出了一种车载轻质高压复合式(高压气态+金属结合)的圆形储氢罐，以提高体积储氢密度。②致力于强化传热的快速吸放氢储氢反应床系统：CN1609499A、CN200310101758.6提出了一种由内置导热剂和抗板结剂储氢罐组成的反应床，罐体间由强化传热的翅片金连接；CN106594518A提出了一种反应床，除罐体间由强化传热的翅片连接外，翅片交错布置还构成循环水通路用来强化传热；CN205480185U提出了一种由循环水管道和细径铜网共同构成内部传热结构的反应床；CN103185196A提出了一种可与燃料电池进行热量配合的模块化的金属氢化物储氢反应床结构，减小储氢系统放氢对环境温度的依赖；CN102865453A提出了一种具有自动充放氢气功能的金属氢化物储氢反应床，内充水、甲醇或乙烷的独立制冷管和内充氟利昂或氨的独立加热管，分别释放储氢热量到环境中和吸收环境热量用于放氢过程；CN105202365A提出了一种两个金属氢化物储氢罐间自动循环充放氢的反应床，该装置将两个相连通的金属氢化物储氢罐交替地浸入高温水浴槽和低温水浴槽中，来实现升温的金属氢化物储氢罐放氢，降温的金属氢化物储氢罐充氢；CN203248985U提出了一种罐体间金属支撑板连接且带有铜制的翅片散热器的反应床结构；CN102942159A提出了一种结合固态储氢和高压气态储氢的复合储氢系统反应床，实现了装置内部的热交换。