理论教育 储氢容器分类及优缺点:了解氢与氢能

储氢容器分类及优缺点:了解氢与氢能

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:金属氢化物储氢容器尽管承受压力远低于高压储氢容器,但也有严格的要求。表14-1 不同储氢材料及储氢容器使用热交换方式对照表1)内部间隔型储氢装置。储氢材料填充于换热器和多孔金属袋之间。图14-4 单元层叠型储氢装置1,2,3—换热器 4,5—多孔金属袋 6—储氢材料3)双螺旋管式热交换器储氢容器。图14-5所示为一种汽车用金属氢化物储氢容器。

储氢容器分类及优缺点:了解氢与氢能

金属氢化物储氢容器尽管承受压力远低于高压储氢容器,但也有严格的要求。基于储氢材料的特性具体要求有:传热性能,许多储氢材料在吸放氢过程中伴随有明显的热效应,为了使其在理想的温度工作,对储氢器的传热能力有较高的要求;内部结构合理,储氢填料通常为粉体,一方面其在储氢容器中容易流动,另一方面其吸放氢过程中可能有较大的体积变化,因此需要特殊的设计使其能够良好分散,同时又能适应储氢材料的体积循环变化;安全可靠,储氢容器要满足密封、耐压、抗氢脆的要求;经济,耐用。

根据不同的储氢材料的特性,储氢容器可选用不同的结构模式。根据储氢材料传热性能的差异,要以选用不同的热交换方式,表14-1列举了几种热交换方式的储氢容器。针对不同热交换模式,储氢容器可选用不同的内部间隔形式,如单元层叠型、双螺旋管式、分割型及套筒翅片型等。

表14-1 不同储氢材料及储氢容器使用热交换方式对照表

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1)内部间隔型储氢装置。图14-3为内部间隔型储氢装置结构简图。密闭容器内一定间隔平行固定两块多孔板,其外侧隔一定距离平行安装加热冷却器,储氢合金分别填充在多孔板和加热冷却器的间隔内。当向2块多孔板组成的小隔室内导入氢气时,氢就会沿着整个多孔板的板面向吸氢合金内扩散,并被存储起来。这时产生的热量经多孔板对面的加热冷却器排出。这种结构的特点是合金的厚度总保持一定,合金在吸氢和放氢过程中没有任何传热损失,有利于规模进一步扩大。因此,合金层厚度取决于合金的热特性和合金层的传热状况。

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图14-3 内部间隔型储氢装置

2)单元层叠型储氢装置。图14-4为单元层叠型储氢装置简图。图右侧有氢气管B,左侧有加热、冷却水管A、A′容器为圆柱形,其内部有间隔一定距离平行固定的3只换热器和位于其中间的两只多孔金属袋。换热器与循环冷、热水相连,多孔金属袋与通氢气管相连。储氢材料填充于换热器和多孔金属袋之间。吸氢时,经管道B进入容器的氢,由多孔金属袋的表面向合金层扩散,被储氢材料吸收,所产生的热量利用流经换热单位的冷水经左侧配管A带走;释放氢时,向换热器内送入热水,使合金层升温放氢。所释放的氢气,进入多孔金属袋收集后,经氢气管道输出。该装置可以在0.8MPa氢压下,在同一装置内进行活化和吸放氢操作,而且氢的吸收和释放速度均可满足要求。

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图14-4 单元层叠型储氢装置

1,2,3—换热器 4,5—多孔金属袋 6—储氢材料

3)双螺旋管式热交换器储氢容器。图14-5所示为一种汽车用金属氢化物储氢容器。该装置为SUS钢制卧式圆筒形,直径320mm,长2100mm,内部容积为140L,储氢合金采用LaNi5Al0.1,合金充填量为480kg(约60L),容器质量183kg,总质量663kg,热交换形式为温水加热式内部热交换器,传热面积21.5m3。该储氢桶的储氢量约为80Nm3,但有效储氢量为70Nm3。在2.5MPa下,填充时间为1.5h。(www.daowen.com)

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图14-5 金属氢化物储氢容器

4)分割型氢化物储氢容器。分割型金属氢化物储氢容器可以改善氢化物供氢汽车的特性及提高安全性,其结构如图14-6所示。该装置由铝合金制的冷媒通路和冷却翅构成的隔离结构。

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图14-6 分割型储氢容器

5)套筒形翅片热交换储氢容器。在蓄热器中为了进行热交换采用单管套筒形翅片热交换储氢容器,其结构如图14-7所示。该容器是由外2层套管,外加若干翅片所构成的。内管为一烧结多孔管,供氢吸放扩散之用。外管为一环形热管,两者之间填充金属氢化物。

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图14-7 套筒形翅片热交换储氢容器

1—阀 2—环形热管 3—烧结多孔管 4—氢气通路 5—热交换翅片 6—金属氢化物

实际应用中可采用的形式多种多样,但基本上大同小异,基本的原则是保证材料储氢量大;热交换充分、方便;合理利用可选用的废热;体积小;质量轻,安全可靠。

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