專利名稱：金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氫能領(lǐng)域的儲(chǔ)氫技術(shù)，特別是關(guān)于與野外用便攜式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(即移動(dòng)電源)配套使用的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置。
背景技術(shù)：
隨著人類物質(zhì)文明的發(fā)展，對(duì)煤、石油、天然氣等礦物能源的需求量日益增大，而這些傳統(tǒng)能源的消耗產(chǎn)物，又嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，例如溫室效應(yīng)和酸雨等。而且煤、石油、天然氣等是不可再生能源，在地球上的儲(chǔ)量是有限的，人類不可能長(zhǎng)期依賴于它們。目前許多國(guó)家都在研究和開發(fā)新的可替代能源，譬如太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能、核能、潮汐能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能等等。
氫的燃料熱值高，無(wú)毒；氫燃燒的產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，真正實(shí)現(xiàn)零排放；氫的來(lái)源廣泛，在地球的儲(chǔ)量極其豐富，可再生和重復(fù)利用，因此氫能被認(rèn)為是人類最理想、最長(zhǎng)遠(yuǎn)的能源。
氫的使用方式主要有兩種一是用于燃燒，將氫能轉(zhuǎn)化為熱能或電能；二是通過(guò)先進(jìn)的發(fā)電裝置(如燃料電池)，將氫能轉(zhuǎn)化為電力。燃料電池是氫能應(yīng)用的重要途徑，其特點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換率高，燃料多樣化，排氣干凈，噪音低，對(duì)環(huán)境污染少，可靠性及維修性好等。燃料電池按電解質(zhì)劃分，共有五大類堿性型、磷酸型、固體氧化物型、熔融碳酸鹽型和質(zhì)子交換膜型。其中質(zhì)子交換膜燃料電池具有可室溫快速啟動(dòng)、無(wú)電解液流失、壽命長(zhǎng)、比功率與比能量高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合作為可移動(dòng)動(dòng)力源，也可以作為分布式電站和家庭動(dòng)力源。目前，燃料電池技術(shù)已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，有望在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。燃料電池工作時(shí)所需的燃料氣體為氫氣(高純氫)，氧化劑為氧氣，氫和氧通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)生成水，同時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。氫氣作為燃料電池的氫源，其儲(chǔ)存方式大致有四種(1)金屬氫化物儲(chǔ)氫；(2)液化儲(chǔ)氫；(3)吸附儲(chǔ)氫；(4)壓縮儲(chǔ)氫。金屬氫化物儲(chǔ)氫是一種固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)，與其它方式相比，具有安全性好、體積儲(chǔ)氫密度高、氫氣純度高等優(yōu)點(diǎn)，其單位體積貯氫的密度是相同溫度、壓力條件下氣態(tài)氫的1000倍。
金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置應(yīng)用于野外用便攜式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，具有以下主要功能1)野外業(yè)時(shí)，安全性好，罐體遭受破壞時(shí)，無(wú)爆炸危險(xiǎn)；2)與蓄電池相比，作為通信設(shè)備電源，具有向通信設(shè)備連續(xù)供電的功能，不會(huì)因更換電池而斷電；3)與傳統(tǒng)柴油發(fā)電系統(tǒng)相比，噪音小，隱蔽性好。
金屬氫化物儲(chǔ)氫器內(nèi)裝有金屬氫化物儲(chǔ)氫材料，金屬氫化物儲(chǔ)氫材料吸氫時(shí)，其晶胞體積變大，放氫時(shí)晶胞體積收縮，儲(chǔ)氫容器也將隨之發(fā)生膨脹收縮變形，如填料不均，還將導(dǎo)致容器不同部位，受力不均勻，因此容器殼體材料除應(yīng)滿足抗氫脆性能外，還應(yīng)滿足高強(qiáng)度、變形量低的要求。
金屬氫化物儲(chǔ)氫材料吸放氫的過(guò)程是一熱交換的過(guò)程，吸氫時(shí)放熱，放氫時(shí)則吸熱。金屬氫化物儲(chǔ)氫材料吸放氫時(shí)，主要利用容器表面與外界進(jìn)行熱交換，而現(xiàn)有的儲(chǔ)氫器未能有效增大容器表面積，導(dǎo)致金屬氫化物儲(chǔ)氫材料吸放氫時(shí)不能與外界環(huán)境進(jìn)行充分的熱交換，影響了其動(dòng)力學(xué)性能，吸放氫速率減慢。在儲(chǔ)氫器整體體積不變的情況下，若能增大容器的表面積，則可以提高儲(chǔ)氫材料的熱交換效率，從而保證氫氣的穩(wěn)定輸出。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種新型結(jié)構(gòu)的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，該儲(chǔ)氫裝置可在野外條件下連續(xù)穩(wěn)定供氫，保證通訊設(shè)備用電的需要。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置主要由框架外殼、儲(chǔ)存容器構(gòu)成，儲(chǔ)存容器置于框架外殼內(nèi)，框架外殼為分體式，由主體及上蓋組成，外形為腰挎形，在該金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的外部裝有自鎖截止閥和快速接頭，在儲(chǔ)存容器之間及與框架外殼之間帶有散熱片，在儲(chǔ)存容器上部帶有進(jìn)放氫集流管；進(jìn)放氫集流管安裝于瓶口接頭上，儲(chǔ)存容器內(nèi)安裝多孔導(dǎo)氣管，多孔導(dǎo)氣管的一端定位于儲(chǔ)存容器中，另一端與儲(chǔ)存容器的進(jìn)放氫集流管相通，儲(chǔ)存容器通過(guò)氣路管與自鎖截止閥和快速接頭相連，儲(chǔ)存容器內(nèi)裝有金屬氫化物儲(chǔ)氫合金粉末。
本實(shí)用新型的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置至少包括兩個(gè)儲(chǔ)存容器。
本實(shí)用新型的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的框架殼體上分布有散熱孔，從而改善儲(chǔ)氫裝置的熱交換效率。
本實(shí)用新型的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的瓶口接頭內(nèi)設(shè)置有過(guò)濾片，防止合金細(xì)粉進(jìn)入氣路。
本實(shí)用新型的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置中的散熱片上分布有與儲(chǔ)存容器相對(duì)應(yīng)的在同一方向翻邊的沖孔，沖孔內(nèi)徑略大于儲(chǔ)存容器的外徑，翻邊可將散熱片之間彼此分隔開來(lái)，同時(shí)又起到支撐的作用。
本實(shí)用新型的儲(chǔ)存容器中的導(dǎo)氣管為多孔不銹鋼管。
本實(shí)用新型的儲(chǔ)存容器中的導(dǎo)氣管可以為一根或一根以上。
為方便攜帶，本實(shí)用新型的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的框架外殼上帶有背帶環(huán)。
本實(shí)用新型的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置中的儲(chǔ)存容器由輕質(zhì)、高強(qiáng)度的鋁合金或不銹鋼材料制成。
本實(shí)用新型中儲(chǔ)存容器內(nèi)的金屬氫化物為AB5、AB2型或TiV固溶體合金，合金經(jīng)真空感應(yīng)熔煉而成；將熔煉后的鑄錠作為中間合金，放入真空快凝爐中，重熔后，在旋轉(zhuǎn)單棍上進(jìn)行熔體快冷(甩帶法)，制備出帶厚為300-500μm的儲(chǔ)氫合金，破碎成粉末，；將破碎成粉末的儲(chǔ)氫合金與導(dǎo)熱劑和抗板結(jié)劑按一定比例混合，置于儲(chǔ)存容器中。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是(1)該容器具有較高的耐壓性，極限耐壓為25MPa；(2)選用的儲(chǔ)氫材料能在較寬的溫度區(qū)間工作，即使是在甚至-13℃時(shí)也能穩(wěn)定放氫；(3)采用導(dǎo)熱劑，改善儲(chǔ)氫材料的熱傳導(dǎo)率，使儲(chǔ)氫材料與容器、散熱片進(jìn)行充分的熱交換；通過(guò)散熱孔，使容器、散熱片與大氣進(jìn)行熱交換；(4)采用抗板結(jié)劑，減緩材料在吸放氫過(guò)程中粉化而導(dǎo)致板結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生；利用儲(chǔ)氫材料吸氫時(shí)造成的容器的體積膨脹，使散熱片與容器達(dá)到緊密配合，由此增大了容器的表面積，使得儲(chǔ)氫裝置與外界環(huán)境的熱交換效率明顯提高，該儲(chǔ)氫裝置在無(wú)熱交換介質(zhì)、空氣不流動(dòng)的情況下，仍能穩(wěn)定供氫，即使在-13℃時(shí)仍可穩(wěn)定地輸出氫氣，與此同時(shí)，散熱片與容器的緊密結(jié)合也進(jìn)一步提高了容器的抗變形能力；(5)采用的截止閥具有自鎖功能，只有打開保險(xiǎn)方能使用，可有效防止氫氣泄漏；(6)依據(jù)人體工學(xué)要求，將儲(chǔ)氫裝置設(shè)計(jì)成腰挎形，使用者可以像攜帶水壺那樣將其斜挎于腰部，便于攜帶；采用快速接頭，與燃料電池系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫裝置與移動(dòng)電源的快速連接，使儲(chǔ)氫裝置應(yīng)用于野外用便攜式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，滿足野外通信設(shè)備供電，同時(shí)具有隱蔽性，保證連續(xù)的用電需要。
(7)本實(shí)用新型的儲(chǔ)氫裝置的框架外殼為分體式，便于維修及更換內(nèi)部組件；并且?guī)в斜硯Лh(huán)，便于攜帶。
金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置除應(yīng)用于燃料電池外，還可應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏技術(shù)、半導(dǎo)體生產(chǎn)用高純氫源、熱泵及壓縮機(jī)制冷等其它方面。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的剖面視圖；圖2為儲(chǔ)氫容器的剖面視圖；圖3為腰子形散熱片的俯視圖圖4為本實(shí)用新型的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的外形示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，其主要包含三個(gè)如圖2所示的儲(chǔ)存容器10；散熱片11；導(dǎo)氣管12；瓶口接頭13；氣路管14、截止閥16及快速接頭17。
儲(chǔ)氫裝置的框架外殼如圖4所示，為腰挎形，且為分體式，由上蓋25及殼體23構(gòu)成，儲(chǔ)存容器10置于框架外殼內(nèi)，導(dǎo)氣管12安置于儲(chǔ)存容器10中，儲(chǔ)存容器10中的剩余空間填充AB2型鈦系儲(chǔ)氫材料與導(dǎo)熱劑及抗板結(jié)劑20，瓶口接頭13內(nèi)安置過(guò)濾片22，若干片散熱片11置于儲(chǔ)存容器10外，每一散熱片11具有三個(gè)向同一方向翻邊的沖孔21，如圖3所示，沖孔的內(nèi)徑略大于儲(chǔ)存容器外徑Do，翻邊既可將若干個(gè)散熱片彼此分隔開，也可起到支撐的作用。
為方便制作本實(shí)用新型的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，儲(chǔ)存容器10預(yù)先成形體可選用輕質(zhì)、高強(qiáng)度的鋁合金材料，較佳者，是采用旋壓工藝制成、并經(jīng)過(guò)熱處理及時(shí)效處理后的鋁合金，其極限耐壓可達(dá)25MPa。
導(dǎo)氣管12為采用粉末冶金方法制成的多孔金屬管，其一端固定于儲(chǔ)存容器底端，另一端與容器端口19相通，保證氣路的通暢。
接頭13中的過(guò)濾片22，可由不同粒度的金屬粉末經(jīng)壓制、燒結(jié)而成，經(jīng)由壓制、燒結(jié)制得的多孔金屬片為最佳，孔徑約為1～5微米，可防止儲(chǔ)氫材料的細(xì)粉進(jìn)入氣路管14中。
散熱片11安裝于儲(chǔ)存容器10之間及儲(chǔ)存容器10與框架外殼之間，散熱片11由輕質(zhì)、且具有一定強(qiáng)度的金屬經(jīng)沖壓而成，沖孔內(nèi)徑略大于儲(chǔ)存容器外徑Do，儲(chǔ)氫材料吸氫后造成容器的膨脹變形，使沖孔21與儲(chǔ)存容器10達(dá)到緊密配合，使得散熱片11與儲(chǔ)存容器10的有效接觸面積增大，從而提高了儲(chǔ)氫裝置的熱交換效率，同時(shí)每個(gè)散熱片的翻邊可分隔、支撐相鄰的散熱片。
截止閥16以螺釘24固定在框架上蓋25上，其由輕質(zhì)、耐壓金屬制成，具有進(jìn)氣接口28和出氣接口29；該閥還設(shè)有保險(xiǎn)開關(guān)，操作簡(jiǎn)單，具有自鎖功能，可有效防止因意外碰撞造成的氫氣泄漏。
制作本實(shí)用新型的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置時(shí)，先將導(dǎo)氣管12一端定位于儲(chǔ)存容器10中，導(dǎo)氣管12的另一端與儲(chǔ)存容器10的端口19相通，為氣體提供通暢的擴(kuò)散通道；然后填充一定量的未活化的儲(chǔ)氫材料、以及一定比例的導(dǎo)熱劑和抗板結(jié)劑20；以螺紋方式將接頭13固定于容器開口處19，再將若干片腰子形散熱片11裝配于儲(chǔ)存容器10外，散熱片11和容器10采取過(guò)盈配合；將不銹鋼管14的一端焊接于瓶口處的接頭13，另一端通過(guò)卡套15連接于截止閥16的進(jìn)氣接口28，截止閥16的出氣接口29以軟管27與快速接頭17相連，截止閥17以螺釘24固定在框架上蓋25上，快速接頭17位于上蓋25的外部。
為方便挎于肩上攜帶，在框架外殼的外側(cè)焊接有背帶環(huán)26，用于安裝背帶。
使用該金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置之前，先將高純氫氣經(jīng)由快速接頭17、軟管27、截止閥16、氣路管14、容器10的端口19及導(dǎo)氣管12導(dǎo)引給儲(chǔ)氫材料，然后將儲(chǔ)存在金屬氫化物內(nèi)的氫氣完全釋放，依此重復(fù)2～3次，待材料完全活化后，再充入高純氫氣以備使用。
本實(shí)用新型攜帶方便，可在較惡劣的野外環(huán)境下穩(wěn)定供氫，且適用的溫度環(huán)境較寬，能夠保證通信等用電的需要。
本實(shí)用新型為一種突破現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)方案，也可用其它的特定形式實(shí)現(xiàn)，因此，上述所列實(shí)施例為非限制性實(shí)施例，而其它合乎本實(shí)用新型權(quán)利要求書所定義的范圍或?yàn)槠浼夹g(shù)實(shí)施方案等效者，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范疇內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，主要由框架外殼、多個(gè)儲(chǔ)存容器構(gòu)成，儲(chǔ)存容器置于框架外殼內(nèi)，其特征是框架外殼為分體式，由主體及上蓋組成，外形為腰子形，在該金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的外部裝有自鎖截止閥和快速接頭，在儲(chǔ)存容器之間及儲(chǔ)存容器與框架外殼之間裝有散熱片，在儲(chǔ)存容器上部帶有進(jìn)放氫集流管；進(jìn)放氫集流管安裝于瓶口接頭上，儲(chǔ)存容器內(nèi)安裝多孔導(dǎo)氣管，多孔導(dǎo)氣管的一端定位于儲(chǔ)存容器中，另一端與儲(chǔ)存容器的進(jìn)放氫集流管相通，儲(chǔ)存容器通過(guò)進(jìn)放氫集流管與自鎖截止閥和快速接頭相連，儲(chǔ)存容器內(nèi)裝有金屬氫化物儲(chǔ)氫合金粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，其特征是包括至少兩個(gè)儲(chǔ)存容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，其特征是框架外殼體上分布有散熱孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，其特征是瓶口接頭內(nèi)設(shè)置有過(guò)濾片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，其特征是散熱片上分布有與儲(chǔ)存容器相對(duì)應(yīng)的、在同一方向翻邊的沖孔，沖孔內(nèi)徑略大于儲(chǔ)存容器的外徑，翻邊可將散熱片之間彼此分隔開來(lái)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，其特征是導(dǎo)氣管為多孔不銹鋼管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，其特征是本實(shí)用新型的儲(chǔ)存容器中的導(dǎo)氣管可以為一根或一根以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置，其特征是框架外殼上帶有背帶環(huán)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一野外用便攜式儲(chǔ)氫裝置，主要由框架外殼、多個(gè)儲(chǔ)存容器構(gòu)成，儲(chǔ)存容器置于框架外殼內(nèi)，其框架外殼為分體式，由主體及上蓋組成，外形為腰子形，在該金屬氫化物儲(chǔ)氫裝置的外部裝有自鎖截止閥和快速接頭，在儲(chǔ)存容器之間及儲(chǔ)存容器與框架外殼之間裝有散熱片，在儲(chǔ)存容器上部帶有進(jìn)放氫集流管；進(jìn)放氫集流管安裝于瓶口接頭上，儲(chǔ)存容器內(nèi)安裝多孔導(dǎo)氣管，多孔導(dǎo)氣管的一端定位于儲(chǔ)存容器中，另一端與儲(chǔ)存容器的進(jìn)放氫集流管相通，儲(chǔ)存容器通過(guò)進(jìn)放氫集流管與自鎖截止閥和快速接頭相連，儲(chǔ)存容器內(nèi)裝有金屬氫化物儲(chǔ)氫合金粉末。
文檔編號(hào)F17C11/00GK2861702SQ200520127709
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月8日
發(fā)明者詹鋒, 蔣利軍, 鄭強(qiáng), 苑鵬, 李國(guó)斌, 王樹茂, 劉小鵬 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院