本發(fā)明屬于氫氣固態(tài)存儲(chǔ)，具體涉及一種儲(chǔ)熱式維持反應(yīng)床層溫度穩(wěn)定的鎂基儲(chǔ)氫裝置。
背景技術(shù)：
1、隨著煤、石油、天然氣等石化能源的消耗減少和環(huán)境污染的加劇，氫能源作為一種易得的純綠色清潔能源，越來越受到人們的關(guān)注。但對(duì)于氫能源安全、高效和經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用，還有不少需要解決的技術(shù)問題，也逐漸成為人們關(guān)注的新熱點(diǎn)。
2、目前鎂基儲(chǔ)氫裝置在吸/放氫過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱/冷量，導(dǎo)致裝置溫度升高或降低，會(huì)抑制材料的吸放氫性能，為解決這一問題，很多裝置選擇引入冷熱一體機(jī)，為裝置吸氫過程提供冷量，為裝置放氫過程提供熱量，但是僅使用冷熱一體機(jī)大量提高系統(tǒng)能耗，使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性降低。
3、由于鎂基儲(chǔ)氫材料吸放氫過程中會(huì)出現(xiàn)材料晶格膨脹，導(dǎo)致材料體積變大，對(duì)儲(chǔ)氫裝置外壁面產(chǎn)生較大應(yīng)力，使儲(chǔ)氫裝置出現(xiàn)局部應(yīng)力聚集，縮短裝置壽命，容易造成事故。儲(chǔ)氫合金在吸放氫過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量或冷量，如果無法將熱量或冷量轉(zhuǎn)移到合金外部，會(huì)嚴(yán)重影響合金的吸放氫效果，故儲(chǔ)氫容器大都添加導(dǎo)熱管或翅片等傳熱結(jié)構(gòu)。
4、現(xiàn)有技術(shù)的氫化鎂儲(chǔ)氫設(shè)備，使用梯形的氫化鎂粉盒儲(chǔ)存鎂基儲(chǔ)氫材料。同時(shí)使用導(dǎo)熱墊、泡沫鎳以及氫化鎂粉盒作為傳熱結(jié)構(gòu)向外界進(jìn)行傳熱，防止溫度不均導(dǎo)致內(nèi)外層反應(yīng)速率不一致的現(xiàn)象。但是上述結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致鎂基儲(chǔ)氫裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜難制造，成本高，裝卸儲(chǔ)氫合金也變得困難。更為嚴(yán)重的問題是：所構(gòu)建的梯形氫化鎂粉盒、導(dǎo)熱墊以及泡沫鎳等傳熱結(jié)構(gòu)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間受到高溫鎂儲(chǔ)氫系統(tǒng)吸放熱產(chǎn)生的高低溫影響，極易損壞，使裝置壽命縮短，甚至造成事故。
5、綜上，亟需一種裝置溫度穩(wěn)定、吸放氫效果優(yōu)異、使用壽命長(zhǎng)的儲(chǔ)氫裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明為解決如何使儲(chǔ)氫裝置吸放氫過程中溫度穩(wěn)定，保證吸放氫效率、增加裝置使用壽命的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種儲(chǔ)熱式維持反應(yīng)床層溫度穩(wěn)定的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其中，所述鎂基儲(chǔ)氫裝置包括充放氫口、換熱流體管路、通氣管、n個(gè)儲(chǔ)氫儲(chǔ)熱單元、金屬殼體、底盤和封頭；
2、所述儲(chǔ)氫儲(chǔ)熱單元包括鎂基儲(chǔ)氫材料托盤、鎂基儲(chǔ)氫材料和儲(chǔ)熱相變材料密封箱；
3、所述充放氫口設(shè)置于封頭上，與封頭的法蘭盤連接；
4、所述換熱流體管路由m根換熱流體進(jìn)液管和換熱流體出液管嵌套組成，換熱流體進(jìn)液管設(shè)置于換熱流體出液管內(nèi)，換熱流體管路設(shè)置在以底盤圓心為圓心的同心圓上，換熱流體管路垂直設(shè)置于底盤上，相鄰換熱流體管路在底盤截面的圓心之間的距離相等；
5、所述換熱流體進(jìn)液管雙側(cè)開口，換熱流體出液管單側(cè)開口，開口設(shè)置于靠近底盤的一側(cè)，換熱流體進(jìn)液管管徑小于換熱流體出液管管徑，換熱流體出液管與底盤連接；
6、所述通氣管設(shè)置于底盤中心，通氣管為中空直管，管壁為多孔結(jié)構(gòu)，與底盤連接；
7、所述儲(chǔ)熱相變材料密封箱設(shè)置于鎂基儲(chǔ)氫材料上，儲(chǔ)熱相變材料密封箱設(shè)有圓孔，能夠穿過通氣管，設(shè)置m個(gè)穿過換熱流體管路的孔；
8、所述鎂基儲(chǔ)氫材料托盤中心設(shè)有圓孔，能夠穿過通氣管，設(shè)置m個(gè)穿過換熱流體管路的孔，還設(shè)置若干個(gè)垂直于托盤的通氣孔，儲(chǔ)氫裝置內(nèi)的最底層為鎂基儲(chǔ)氫材料托盤且與底盤相接觸，儲(chǔ)氫裝置內(nèi)的最頂層為鎂基儲(chǔ)氫材料托盤；
9、所述鎂基儲(chǔ)氫材料設(shè)置于鎂基儲(chǔ)氫材料托盤上，鎂基儲(chǔ)氫材料設(shè)有圓孔，能夠穿過通氣管，設(shè)置m個(gè)穿過換熱流體管路的孔，還設(shè)置若干個(gè)垂直于托盤的通氣孔；
10、所述鎂基儲(chǔ)氫材料托盤、鎂基儲(chǔ)氫材料和儲(chǔ)熱相變材料密封箱由下到上依次堆疊裝填于金屬殼體內(nèi)；
11、沿儲(chǔ)氫裝置的軸向方向，換熱流體管路高于通氣管，通氣管高于儲(chǔ)氫儲(chǔ)熱單元。
12、進(jìn)一步地，所述鎂基儲(chǔ)氫裝置的高徑比為2.8-3.1:1。
13、進(jìn)一步地，所述鎂基儲(chǔ)氫材料在所述鎂基儲(chǔ)氫材料托盤中的填充率為78％-82％。
14、進(jìn)一步地，所述鎂基儲(chǔ)氫材料與儲(chǔ)熱相變材料密封箱的高度比為1:1.5-2.5。
15、進(jìn)一步地，所述換熱流體管路軸心與底盤圓心的距離為底盤半徑的0.25-0.75倍。
16、進(jìn)一步地，所述鎂基儲(chǔ)氫材料吸氫過程中放出熱量，所述儲(chǔ)熱相變材料密封箱受熱液化，儲(chǔ)存熱量。
17、進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)熱相變材料密封箱的相變材料為熔融鹽。
18、優(yōu)選地，所述儲(chǔ)熱相變材料密封箱的相變材料為nano3熔融鹽或kno3熔融鹽。
19、進(jìn)一步地，所述鎂基儲(chǔ)氫材料托盤為銅質(zhì)。
20、進(jìn)一步地，所述通氣管直徑范圍為10-12mm。
21、進(jìn)一步地，所述換熱流體進(jìn)液管直徑為6-8mm。
22、進(jìn)一步地，所述換熱流體出液管直徑為10-12mm。
23、進(jìn)一步地，所述m為4-8。
24、有益效果：
25、(1)本發(fā)明提供的儲(chǔ)氫裝置在吸氫和放氫過程中能夠減少熱損耗，吸氫過程中放出的熱量先由儲(chǔ)熱相變材料密封箱中的相變材料吸收，過量部分通過換熱管路移出裝置，能夠維持裝置的溫度在合適的溫度區(qū)間，在氫氣進(jìn)入裝置后在軸向上均勻分布，通過通氣管的多孔結(jié)構(gòu)在徑向上均勻分布，避免傳統(tǒng)儲(chǔ)熱裝置在徑向上熱量驟變，引起儲(chǔ)氫材料失活的問題。
26、(2)本發(fā)明提供的鎂基儲(chǔ)氫裝置使用相變材料儲(chǔ)存箱，相變材料為熔融鹽，例如nano3、kno3，將熱量/冷量?jī)?chǔ)存起來，在吸/放氫過程中吸收/釋放熱量，維持反應(yīng)床層溫度場(chǎng)在最佳吸/放氫溫度(310-350℃)區(qū)間內(nèi)，同時(shí)降低鎂基儲(chǔ)氫瓶吸收和解吸過程產(chǎn)生的能耗，降低高低溫一體機(jī)功耗，減少了整體使用以及維護(hù)成本，提高了裝置的經(jīng)濟(jì)效益。
27、(3)本發(fā)明提供的鎂基儲(chǔ)氫裝置內(nèi)部換熱流體管路的布置，有效增加了換熱面積，使其罐體內(nèi)部換熱情況均勻，進(jìn)一步使裝置在材料吸放氫過程中維持反應(yīng)溫度場(chǎng)在某一恒定范圍，并通過換熱管和托盤的結(jié)構(gòu)，使流體與儲(chǔ)氫裝置內(nèi)部材料換熱均勻，提高了熱管理效率，從而消除了鎂基儲(chǔ)氫裝置氫氣解吸和吸收過程中裝置內(nèi)部溫度場(chǎng)所產(chǎn)生的變化，銅質(zhì)鎂基儲(chǔ)氫材料托盤的布置防止了儲(chǔ)氫材料在裝置內(nèi)部由于吸放氫產(chǎn)生的板結(jié)，便于材料的裝卸，同時(shí)防止材料因吸放氫導(dǎo)致晶格膨脹進(jìn)而產(chǎn)生對(duì)儲(chǔ)氫裝置外壁面的應(yīng)力集中，提高了鎂基儲(chǔ)氫裝置使用壽命以及安全性。
28、(4)在鎂基儲(chǔ)氫裝置內(nèi)部設(shè)置通氣管，改善了裝置內(nèi)部氫氣流動(dòng)情況，使氫氣能夠直接到達(dá)裝置內(nèi)部，改善反應(yīng)傳遞慢以及材料升溫/降溫導(dǎo)致材料吸/放氫受抑制的現(xiàn)象，使得鎂基儲(chǔ)氫裝置氫氣解吸和吸收過程有效提升。
29、說明書附圖
30、圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的鎂基儲(chǔ)氫裝置結(jié)構(gòu)圖。
31、圖2為本發(fā)明實(shí)施例中鎂基儲(chǔ)氫裝置內(nèi)部換熱流體管路結(jié)構(gòu)圖。
32、圖中：1充放氫口，2-1～2-6換熱流體出口管路，3-1～3-6換熱流體入口管路、4換熱流體管路、5通氣管、6儲(chǔ)熱相變材料密封箱、7鎂基儲(chǔ)氫材料托盤、8鎂基儲(chǔ)氫材料。
1.一種儲(chǔ)熱式維持反應(yīng)床層溫度穩(wěn)定的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲(chǔ)氫裝置包括充放氫口、換熱流體管路、通氣管、n個(gè)儲(chǔ)氫儲(chǔ)熱單元、金屬殼體、底盤和封頭；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲(chǔ)氫裝置的高徑比為2.8-3.1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲(chǔ)氫材料在所述鎂基儲(chǔ)氫材料托盤中的填充率為78％-82％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲(chǔ)氫材料與儲(chǔ)熱相變材料密封箱的高度比為1:1.5-2.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述換熱流體管路軸心與底盤圓心的距離為底盤半徑的0.25-0.75倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲(chǔ)氫材料吸氫過程中放出熱量，所述儲(chǔ)熱相變材料密封箱受熱液化，儲(chǔ)存熱量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)熱相變材料密封箱的相變材料為熔融鹽，優(yōu)選為nano3熔融鹽或kno3熔融鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲(chǔ)氫材料托盤為銅質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述通氣管直徑為10-12mm；
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲(chǔ)氫裝置，其特征在于，所述m為4-8。