專利名稱：一種金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氫能綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)氫合金具有較強(qiáng)的儲(chǔ)氫能力。在一定的溫度和壓力條件下能夠可逆的吸收和釋放氫氣，并且循環(huán)壽命性能優(yōu)異。利用儲(chǔ)氫合金的這一特性可以實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存和使用。反
應(yīng)方程式如下(式中M代表儲(chǔ)氫合金,MHx代表金屬氫化物)吸收氫氣過程Μ+ |//2—(I)釋放氫氣過程+(2)儲(chǔ)氫合金在實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存和使用過程必將伴隨熱量的釋放和吸收。熱交換強(qiáng)度不夠會(huì)導(dǎo)致金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的吸(放)氫性能顯著下降。對(duì)于儲(chǔ)氫過程，如果熱交換強(qiáng)度不夠，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)氫合金溫度上升，單位體積儲(chǔ)氫量下降，金屬氫化物儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)氫量下降；對(duì)于用氫過程，如果熱交換強(qiáng)度不夠，會(huì)導(dǎo)致金屬氫化物溫度下降，放氫速率和單位體積放氫量下降，影響實(shí)際使用。而且，現(xiàn)有換熱方式存在需要額外消耗能量、裝置比較復(fù)雜、換熱強(qiáng)度低等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法。本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、所占空間小、經(jīng)濟(jì)耐用、適用范圍廣的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法。本發(fā)明提供的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法能夠無需借助外加能源的自動(dòng)進(jìn)行。對(duì)于充氫過程，儲(chǔ)氫合金吸收氫氣的同時(shí)釋放熱量，自身溫度也隨之上升，使得冷卻熱管低端的部分工作介質(zhì)由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)，吸收大量熱量，氣態(tài)的工作介質(zhì)沿著向上傾斜的熱管上升至冷卻熱管的高端，在高端通過與之相連的翅片將工作介質(zhì)帶來的熱量釋放到環(huán)境中，工作介質(zhì)也由氣態(tài)冷凝為液態(tài)并在重力作用下返回低端，這樣循環(huán)往復(fù)，儲(chǔ)氫合金釋放的熱量被冷卻熱管由儲(chǔ)氫罐內(nèi)部傳遞至熱管高端的翅片并釋放到環(huán)境中，充氫過程得以持續(xù)進(jìn)行。而此時(shí)，由于儲(chǔ)氫罐內(nèi)部溫度較高，加熱熱管內(nèi)的工作介質(zhì)處于氣態(tài)，儲(chǔ)氫合金溫度上升對(duì)其影響較小，基本不工作，不會(huì)影響充氫過程。對(duì)于放氫過程，金屬氫化物釋放氫氣的同時(shí)吸收熱量，其自身溫度也隨之下降，使得加熱熱管高端的部分工作介質(zhì)由氣態(tài)冷凝為液態(tài)，放出大量熱量滿足放氫要求的同時(shí)在重力的作用下，沿著向下傾斜的熱管管壁流到加熱熱管的低端，在低端通過與之相連的翅片從環(huán)境中吸收熱量，工作介質(zhì)也由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)并重新均勻分布于加熱熱管內(nèi)，這樣往復(fù)循環(huán)，金屬氫化物吸收的熱量由加熱熱管從環(huán)境中吸取，并經(jīng)由加熱熱管高端不斷補(bǔ)充，放氫過程得以持續(xù)進(jìn)行。而此時(shí)，由于儲(chǔ)氫罐內(nèi)部溫度較低，冷卻熱管內(nèi)的工作介質(zhì)處于液態(tài)，金屬氫化物溫度下降對(duì)其影響較小，基本不工作，不會(huì)影響放氫過程?？梢?，對(duì)于充氫過程，冷卻熱管自動(dòng)的將儲(chǔ)氫合金產(chǎn)生的熱量向環(huán)境釋放，對(duì)于放氫過程，加熱熱管自動(dòng)的從環(huán)境中吸取熱量提供給金屬氫化物。這兩個(gè)過程都是自動(dòng)進(jìn)行的，不需借助外加能源。本發(fā)明提供的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境溫度為0°C 60°C。在此溫度范圍內(nèi)，冷卻熱管內(nèi)的工作介質(zhì)以液態(tài)為主，在重力的作用下聚集在熱管的低端，充氫過程中溫度上升時(shí)其正常工作，而放氫過程中溫度下降對(duì)其影響很小，基本不工作；加熱熱管內(nèi)的工作介質(zhì)以氣態(tài)為主，均勻分布在熱管內(nèi)，放氫過程中溫度下降時(shí)其正常工作，而充氫過程中溫度上升對(duì)其影響很小，基本不工作。這樣充氫和放氫過程中冷卻熱管和加熱熱管各自獨(dú)立工作，互不影響。環(huán)境溫度在0°C以下時(shí)，冷卻熱管與加熱熱管內(nèi)的工作介質(zhì)均為(或絕大部分為)液態(tài)，熱交換方法無法啟動(dòng)(或效率很低)。環(huán)境溫度在60°C以上時(shí)，冷卻熱管與加熱熱管內(nèi)的工作介質(zhì)均為(或絕大部分為)液態(tài)，熱交換方法無法啟動(dòng)(或效率很低)。 本發(fā)明金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法所采取的技術(shù)方案是一種金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是金屬氫化物儲(chǔ)氫罐同時(shí)設(shè)有充氫熱交換機(jī)構(gòu)和放氫熱交換機(jī)構(gòu)，充氫過程由充氫熱交換機(jī)構(gòu)將儲(chǔ)氫合金產(chǎn)生的熱量自動(dòng)釋放到環(huán)境中，放氫過程由放氫熱交換機(jī)構(gòu)自動(dòng)從環(huán)境中吸取熱量提供給金屬氫化物，釋放熱量和吸取熱量過程與環(huán)境進(jìn)行的熱交換均自動(dòng)完成。本發(fā)明金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法還可以采用如下技術(shù)方案所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是充氫熱交換機(jī)構(gòu)由冷卻熱管和翅片構(gòu)成，冷卻熱管低端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐內(nèi)，冷卻熱管高端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐外側(cè)，冷卻熱管高端裝有翅片。所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是充氫熱交換機(jī)構(gòu)的冷卻熱管充裝常溫常壓下為液態(tài)的工作介質(zhì)。所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是冷卻熱管充裝的工作介質(zhì)為水、甲醇或乙烷。所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是充氫熱交換機(jī)構(gòu)的冷卻熱管和翅片有2 8組，冷卻熱管安裝時(shí)向上傾斜30° 60°。所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是放氫熱交換機(jī)構(gòu)由加熱熱管和翅片構(gòu)成，加熱熱管高端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐內(nèi)，加熱熱管低端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐外側(cè)，加熱熱管低端裝有翅片。所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是放氫熱交換機(jī)構(gòu)的加熱熱管充裝常溫常壓下為氣態(tài)的工作介質(zhì)。所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是加熱熱管裝的工作介質(zhì)為氟利昂或氨。所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是放氫熱交換機(jī)構(gòu)的加熱熱管和翅片有2 8組，加熱熱管安裝時(shí)向下傾斜30° 60°。所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特點(diǎn)是充氫熱交換機(jī)構(gòu)的冷卻熱管和放氫熱交換機(jī)構(gòu)的加熱熱管同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法由于采用了本發(fā)明全新的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明特點(diǎn)I、熱交換方法對(duì)于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的實(shí)際應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。2、熱交換方法能夠自動(dòng)的向環(huán)境中釋放熱量或從環(huán)境中吸取熱量，滿足金屬氫化物儲(chǔ)氫罐充氫和放氫的要求，不需借助外加能源，適用場(chǎng)合更多范圍更廣。
3、熱交換方法的核心裝置是冷卻熱管和加熱熱管。因而，導(dǎo)熱能力強(qiáng)、熱交換強(qiáng)度大、熱量傳遞快，有助于提高金屬氫化物儲(chǔ)氫罐充(放)氫速率。4、熱交換方法在O °C 60 0C溫度范圍內(nèi)可以正常工作，適用溫度范圍寬。綜上所述，本發(fā)明提供的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐熱交換方法在較寬的溫度范圍內(nèi)自動(dòng)的向環(huán)境中釋放(或從環(huán)境中吸取)熱量，滿足金屬氫化物儲(chǔ)氫罐充氫(或放氫)過程的需求，保證了儲(chǔ)氫罐充(或放)氫速率。同時(shí)，本發(fā)明提供的熱交換方法所需裝置僅為熱管(包括冷卻和加熱)和翅片，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、所占空間小、經(jīng)濟(jì)耐用，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。


圖I是金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是冷卻熱管結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是加熱熱管結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I 閥門，2 進(jìn)出氣口，3 儲(chǔ)氫罐,4 導(dǎo)熱片，5 導(dǎo)熱片,6 儲(chǔ)氫合金，7 冷卻熱管,8 加熱熱管,9 翅片，10 翅片，11 甲醇，12 氨。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下參閱附圖I、圖2和圖3。實(shí)施例I一種金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其金屬氫化物儲(chǔ)氫罐同時(shí)設(shè)有充氫熱交換機(jī)構(gòu)和放氫熱交換機(jī)構(gòu)，充氫過程由充氫熱交換機(jī)構(gòu)將儲(chǔ)氫合金產(chǎn)生的熱量自動(dòng)釋放到環(huán)境中，放氫過程由放氫熱交換機(jī)構(gòu)自動(dòng)從環(huán)境中吸取熱量提供給金屬氫化物，釋放熱量和吸取熱量過程與環(huán)境進(jìn)行的熱交換均自動(dòng)完成。充氫熱交換機(jī)構(gòu)由冷卻熱管7和翅片9構(gòu)成，冷卻熱管7低端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐3內(nèi)，冷卻熱管7高端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐3外側(cè)，冷卻熱管7高端裝有翅片9。充氫熱交換機(jī)構(gòu)的冷卻熱管7充裝工作介質(zhì)甲醇11，冷卻熱管和翅片有2組，冷卻熱管7安裝時(shí)向上傾斜40°。放氫熱交換機(jī)構(gòu)由加熱熱管8和翅片10構(gòu)成，加熱熱管8高端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐3內(nèi)，加熱熱管低端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐3外側(cè)，加熱熱管8低端裝有翅片10。放氫熱交換機(jī)構(gòu)的加熱熱管8充裝工作介質(zhì)氨12。放氫熱交換機(jī)構(gòu)的加熱熱管和翅片有2組，加熱熱管8安裝時(shí)向下傾斜40°。
本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)及工作過程說明如下對(duì)于充氫過程，打開閥門1，氫氣由進(jìn)出口進(jìn)入儲(chǔ)氫罐3內(nèi)，穿過過濾器2(過濾掉灰塵、水分等)與罐體中的儲(chǔ)氫合金6發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬氫化物，同時(shí)釋放熱量。熱量經(jīng)由導(dǎo)熱片4和5等途徑傳導(dǎo)至冷卻熱管7，將冷卻熱管7低端的部分工作介質(zhì)由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)，氣態(tài)的工作介質(zhì)沿著向上傾斜的熱管上升至高端，由與高端相連的翅片9釋放到環(huán)境中。同時(shí)，氣態(tài)的工作介質(zhì)也被冷凝為液態(tài)，沿著冷卻熱管壁流回冷卻熱管低端。如此循環(huán)往復(fù)，熱量沿儲(chǔ)氫合金、熱管低端、熱管高端、翅片、環(huán)境這一路線自動(dòng)傳遞，充氫過程持續(xù)進(jìn)行。對(duì)于放氫過程，打開閥門1，金屬氫化物6發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的氫氣穿過過濾器2，經(jīng)由進(jìn)出口排出儲(chǔ)氫罐3。同時(shí)，金屬氫化物吸收周圍的熱量，經(jīng)由導(dǎo)熱片4和5等途徑吸取加熱熱管8高端附近區(qū)域的熱量，將加熱熱管高端的部分工作介質(zhì)由氣態(tài)冷凝為液態(tài)，液態(tài)的工作介質(zhì)沿向下傾斜的加熱熱管流至熱管低端，熱管低端的翅片10從環(huán)境中吸收熱量將液態(tài)的工作介質(zhì)加熱，蒸發(fā)為氣態(tài)，平均分布于加熱熱管。如此循環(huán)往復(fù)，熱量沿·環(huán)境、翅片、熱管低端、熱管高端、金屬氫化物這一路線自動(dòng)傳遞，放氫過程持續(xù)進(jìn)行。應(yīng)用實(shí)施例2金屬氫化物儲(chǔ)氫罐直徑100mm,高200mm,材質(zhì)為304不銹鋼，充裝約3kg儲(chǔ)氫合金。儲(chǔ)氫罐罐體右側(cè)設(shè)置冷卻熱管3個(gè)，向上傾斜角度為45°并將配套的翅片合為一體。儲(chǔ)氫罐罐體左側(cè)設(shè)置加熱熱管3個(gè)，向下傾斜角度為45°并將配套的翅片合為一體。冷卻熱管內(nèi)的工作介質(zhì)為氨氣，加熱熱管內(nèi)工作介質(zhì)為甲醇。在環(huán)境溫度為20°C時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無外部能源的充氫和放氫熱交換。應(yīng)用實(shí)施例3金屬氫化物儲(chǔ)氫罐直徑200mm,高500mm,材質(zhì)為招合金,充裝約15kg儲(chǔ)氫合金。儲(chǔ)氫罐罐體周向0°和180°兩個(gè)方向各設(shè)置冷卻熱管5個(gè)，向上傾斜角度為60°，每根冷卻熱管配10個(gè)翅片，每個(gè)翅片面積為IOOcm2(10X 10)，重疊排放。儲(chǔ)氫罐罐體周向90°和270°兩個(gè)方向各設(shè)置加熱熱管5個(gè)，向下傾斜角度為60°，每根冷卻熱管配10個(gè)翅片，每個(gè)翅片面積為IOOcm2 (10X 10)，重疊排放。冷卻熱管內(nèi)的工作介質(zhì)為氟利昂，加熱熱管內(nèi)工作介質(zhì)為水。在環(huán)境溫度為30°C時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無外部能源的充氫和放氫熱交換。
權(quán)利要求
1.ー種金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是金屬氫化物儲(chǔ)氫罐同時(shí)設(shè)有充氫熱交換機(jī)構(gòu)和放氫熱交換機(jī)構(gòu)，充氫過程由充氫熱交換機(jī)構(gòu)將儲(chǔ)氫合金產(chǎn)生的熱量自動(dòng)釋放到環(huán)境中，放氫過程由放氫熱交換機(jī)構(gòu)自動(dòng)從環(huán)境中吸取熱量提供給金屬氫化物，釋放熱量和吸取熱量過程與環(huán)境進(jìn)行的熱交換均自動(dòng)完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是充氫熱交換機(jī)構(gòu)由冷卻熱管和翅片構(gòu)成，冷卻熱管低端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐內(nèi)，冷卻熱管高端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐外側(cè)，冷卻熱管高端裝有翅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是充氫熱交換機(jī)構(gòu)的冷卻熱管充裝常溫常壓下為液態(tài)的工作介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是冷卻熱管充裝的工作介質(zhì)為水、甲醇或こ烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是充氫熱交換機(jī)構(gòu)的冷卻熱管和翅片有2 8組，冷卻熱管安裝時(shí)向上傾斜30° 60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是放氫熱交換機(jī)構(gòu)由加熱熱管和翅片構(gòu)成，加熱熱管高端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐內(nèi)，加熱熱管低端位于金屬氫化物儲(chǔ)氫罐外側(cè)，加熱熱管低端裝有翅片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是放氫熱交換機(jī)構(gòu)的加熱熱管充裝常溫常壓下為氣態(tài)的工作介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是加熱熱管充裝的工作介質(zhì)為氟利昂或氨。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是放氫熱交換機(jī)構(gòu)的加熱熱管和翅片有2 8組，加熱熱管安裝時(shí)向下傾斜30° 60°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是充氫熱交換機(jī)構(gòu)的冷卻熱管和放氫熱交換機(jī)構(gòu)的加熱熱管同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法。本發(fā)明屬于氫能綜合利用技術(shù)領(lǐng)域范疇。一種金屬氫化物儲(chǔ)氫罐的熱交換方法，其特征是金屬氫化物儲(chǔ)氫罐同時(shí)設(shè)有充氫熱交換機(jī)構(gòu)和放氫熱交換機(jī)構(gòu)，充氫過程由充氫熱交換機(jī)構(gòu)將儲(chǔ)氫合金產(chǎn)生的熱量自動(dòng)釋放到環(huán)境中，放氫過程由放氫熱交換機(jī)構(gòu)自動(dòng)從環(huán)境中吸取熱量提供給金屬氫化物，釋放熱量和吸取熱量過程與環(huán)境進(jìn)行的熱交換均自動(dòng)完成。本發(fā)明熱交換方法所需裝置僅為熱管和翅片，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、所占空間小、經(jīng)濟(jì)耐用、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在較寬的溫度范圍內(nèi)自動(dòng)的向環(huán)境中釋放或從環(huán)境中吸取熱量，很好地實(shí)現(xiàn)了金屬氫化物儲(chǔ)氫罐充氫和放氫過程。
文檔編號(hào)F17C7/00GK102954343SQ20121039246
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者黃岳祥, 王晉剛, 孫建雙, 楊宗揚(yáng), 龍洪 申請(qǐng)人:天津海藍(lán)德能源技術(shù)發(fā)展有限公司