[发明专利]一种固态合金储氢快速传热结构及储氢系统

说明书

本发明涉及氢能源储存设备技术领域，一种固态合金储氢快速传热结构，其中内部同心管和外部同心管同心设置，内部同心管和外部同心管的第一端通过法兰密封端盖封闭，外部同心管第二端为与外部同心管同心设置的螺纹管，螺纹密封端盖通过螺纹与螺纹管密封连接，内部同心管与外部同心管之间形成氢气空间，套筒套装在外部同心管的内侧，且套筒的外壁与外部同心管相邻，同心管的外环面设置有若干个翅片组，翅片组为环形结构且表面穿孔，翅片组与内部同心管通过压接连接，翅片组的直径与所述套筒的内径匹配。该传热结构可在金属储存氢气时快速转移反应所释放的热量，并在金属释放氢气时快速提供反应所需的热量。本发明还提出一种储氢系统。

技术领域

本发明涉及氢能源储存设备技术领域，特别是一种固态合金储氢快速传热结构及储氢系统。

背景技术

氢气作为一种能源载体，已日益引起各国学术界和工业界的极大兴趣，其具有高能量热值密度、循环利用、且排放无污染的优点，已成为现阶段替代碳氢燃料的最佳选择，特别是能为氢燃料电池汽车提供动力，大幅降低对燃油的依赖，具有广泛的应用前景。

氢气的储运是影响其有效开发的关键问题，目前具有代表性的储氢方式主要有三种，包括高压气态储存、低温液态存储以及固态储存。

高压气态储存是目前应用较为成熟的技术，其储氢方式是将氢气压缩至高压气瓶中，特点是结构简单、成本低、充放氢方便，但其质量储氢密度指标较低，且氢气气瓶内部工作状态为高压，泄露或爆炸为其安全隐患。低温液态储存是将液化后的氢气储存在低温绝热的容器中，由于液氢密度远大于气态氢，故其质量储氢密度较高，然而液氢的制备需要压缩和降温并保存在绝热低温箱内，耗能极大，且低温箱占地面积大，维护成本高，输运过程也难以避免氢气的挥发与汽化。

在氢气的各种储运方式中，固态储氢将氢气转化为固态形式并存储在固体材料中，其原理是氢气通过与合金储氢材料形成金属氢化物进行储存，再通过加热或降压等操作，氢气就会从氢化物中被释放出来。相比起高压气态储存和低温液态存储，固态储氢在吸放氢过程中收化学反应速率的影响，爆炸风险低，且储存压力不高，不需要高压容器，因此其安全性更高。其次，固态储氢的体积储氢密度更高，还具有氢气纯度大、操作方便等优点。因此，研制能方便、安全、高效地储氢的固态储氢材料与储氢容器结构是氢能发展的重要方向。

根据固态储氢的原理，在储氢材料吸收氢气时系统会释放热量，当金属释放氢气时系统会吸收热量。基础的储氢容器为一般钢制压力容器，将储氢合金放置于其中，通过进气管与出气管实现充放氢功能，容器传热速度慢、自然换热效率较低，容器内材料受热不均，合金充放氢过程中的热效应对储氢效率影响较大，且合金在充放氢过程中会产生粉末堆积效应，难以控制吸放氢时的热效应，影响吸放氢的速率与吸放氢量效果。现有的改进方式一般在提高储氢材料的吸放氢能力(中国专利202010053415.0)或改善储氢材料的空间分布(中国专利202010129942.5)，不过这样的结构传热效果一般，吸放氢受温度约束较大；或者有些结构对容器的内部构造做了改善，利用换热介质的对流加强传热(中国专利201920706509.6)等，虽然能改善储氢容器的储氢性能，但是其结构导致加工较为复杂，技术要求较高且缺少整个储氢结构。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种固态合金储氢快速传热结构，该传热结构可在金属储存氢气时快速转移反应所释放的热量，并在金属释放氢气时快速提供反应所需的热量。本发明还提出一种储氢系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：