本發(fā)明涉及儲氫，具體涉及一種固體儲氫反應(yīng)器和固體儲氫反應(yīng)器的儲氫/放氫方法。

背景技術(shù)：

1、氫能作為一種清潔、高效的二次能源，在應(yīng)用過程中，其安全儲存是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。其中，合金儲氫具備儲氫密度高、儲氫壓力低、吸放氫可控、氫氣純度高、系統(tǒng)安全性等優(yōu)勢，是儲氫技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。儲氫合金吸氫時產(chǎn)生大量熱量，放氫時需從外部吸收大量熱量，而溫度則嚴(yán)重影響儲氫合金的吸/放氫速率。由于儲氫合金在吸/放氫過程中劇烈的晶格膨脹/收縮，導(dǎo)致儲氫合金發(fā)生粉化，粉化后儲氫合金的傳熱性能極差，其有效熱導(dǎo)率只有約為1w/(m·k)左右，影響固體儲氫反應(yīng)器的傳熱性能。為了改善固體儲氫反應(yīng)器的傳熱問題，cn105289440a、cn114508695a分別公開了一種帶翅片與螺旋盤管式熱交換器耦合的儲氫反應(yīng)器及系統(tǒng)和一種內(nèi)熱式抗膨脹金屬儲氫裝置，在反應(yīng)床層中設(shè)置用于通過換熱流體的螺旋盤管式熱交換通道與直管，且在熱交換通道的外表面并列布置若干翅片，強化換熱流體與金屬氫化物之間的傳熱效果。但是由于螺旋盤管式換熱通道位于反應(yīng)器內(nèi)部，在吸氫脫氫的反應(yīng)過程中熱交換通道易受熱應(yīng)力影響破裂損壞。

2、cn111195808a采用在反應(yīng)床體之間固定多個較小直徑的銅-水熱管與翅片方式換熱，結(jié)構(gòu)簡單，空間利用率高，但由于熱交換器多為較小直徑的管束，換熱效率一般。

3、cn108131563a、cn113277467a分別在金屬氫化物儲氫罐內(nèi)部設(shè)置螺旋結(jié)構(gòu)件，外部設(shè)置活性炭隔板提高儲氫合金粉末床體的導(dǎo)熱性能，合金粉化沉積和循環(huán)壓縮效應(yīng)被大幅緩解，安全可靠性提升。但是這種金屬氫化物儲氫罐并未有換熱流體參與換熱耦合，換熱效率較為一般。

4、cn103883874a公開了一種帶有外換熱結(jié)構(gòu)的儲氫罐，由裝填金屬氫化物材料的罐體和設(shè)有換熱結(jié)構(gòu)的殼體組成。換熱結(jié)構(gòu)根據(jù)換熱需求可設(shè)置為直流形，折流形，單螺旋型以及多螺旋形，用以保證換熱均勻，但是這種外換熱結(jié)構(gòu)對導(dǎo)熱油的阻力較大，換熱效率較一般。

5、cn214500868u為增加換熱面積，將熱交換板微通道化，換熱效果好，但由于微通道加工復(fù)雜，氫化與脫氫過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力易損壞微通道熱交換板。

6、如何改進固體儲氫反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，進一步提升反應(yīng)器內(nèi)部的傳熱效率，成為了目前亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的固體儲氫反應(yīng)器傳熱有待進一步提高的問題，提供一種固體儲氫反應(yīng)器和固體儲氫反應(yīng)器的儲氫/放氫方法。該固體儲氫反應(yīng)器具有較高的換熱速率。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種固體儲氫反應(yīng)器，所述固體儲氫反應(yīng)器包括：反應(yīng)器外套、填充有儲氫材料的反應(yīng)器內(nèi)管和置于反應(yīng)器內(nèi)管內(nèi)部的氣管；

3、其中，所述氣管外側(cè)設(shè)置為內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)，所述氣管外側(cè)和所述反應(yīng)器內(nèi)管內(nèi)側(cè)形成螺旋狀氣體流道，用于氫氣的流通；

4、其中，所述反應(yīng)器外套內(nèi)側(cè)設(shè)置為外螺旋結(jié)構(gòu)；所述反應(yīng)器內(nèi)管外側(cè)設(shè)置為內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)器外套內(nèi)側(cè)和所述反應(yīng)器內(nèi)管外側(cè)形成螺旋狀導(dǎo)熱流體流道，用于導(dǎo)熱流體的流通。

5、本發(fā)明第二方面提供一種第一方面所述的固體儲氫反應(yīng)器的儲氫/放氫方法，所述方法包括：

6、儲氫過程中，將氫氣送入反應(yīng)器內(nèi)管內(nèi)側(cè)與氣管外側(cè)之間的螺旋狀氣體流道中，與儲氫材料進行吸氫反應(yīng)，將導(dǎo)熱流體送入反應(yīng)器內(nèi)管外側(cè)和反應(yīng)器外套內(nèi)側(cè)之間的螺旋狀導(dǎo)熱流體流道中，吸取吸氫反應(yīng)產(chǎn)生的熱量；

7、放氫過程中，吸附有氫氣的儲氫材料進行解吸反應(yīng)，將熱導(dǎo)熱流體送入導(dǎo)熱流體流道中為氫氣的解吸反應(yīng)提供熱量。

8、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果包括：

9、本發(fā)明提供的固體儲氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，通過在反應(yīng)器內(nèi)管、反應(yīng)器外套分別設(shè)置內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)與外螺旋結(jié)構(gòu)，形成雙螺旋狀導(dǎo)熱流體流道，提高換熱速率，有效增大固體儲氫反應(yīng)器的換熱面積，提高了換熱效果；通過在氣管外側(cè)設(shè)置內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)，與反應(yīng)器內(nèi)管內(nèi)側(cè)形成單螺旋狀氣體流道，有利于提高吸放氫速率，同時氫氣可快速通過，有效防止儲氫合金粉末對氫氣通道的堵塞。

技術(shù)特征：

1.一種固體儲氫反應(yīng)器，其特征在于，所述固體儲氫反應(yīng)器包括：反應(yīng)器外套(2)、填充有儲氫材料的反應(yīng)器內(nèi)管(3)和置于反應(yīng)器內(nèi)管(3)內(nèi)部的氣管(8)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體儲氫反應(yīng)器，其中，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體儲氫反應(yīng)器，其中，

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的固體儲氫反應(yīng)器，其中，

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的固體儲氫反應(yīng)器，其中，

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的固體儲氫反應(yīng)器，其中，

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的固體儲氫反應(yīng)器，其中，

8.一種權(quán)利要求1-7中任意一項所述的固體儲氫反應(yīng)器的儲氫/放氫方法，所述方法包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及儲氫技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種固體儲氫反應(yīng)器和固體儲氫反應(yīng)器的儲氫/放氫方法。所述固體儲氫反應(yīng)器包括：反應(yīng)器外套、填充有儲氫材料的反應(yīng)器內(nèi)管和置于反應(yīng)器內(nèi)管內(nèi)部的氣管；其中，所述氣管外側(cè)設(shè)置為內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)，所述氣管外側(cè)和所述反應(yīng)器內(nèi)管內(nèi)側(cè)形成螺旋狀氣體流道，用于氫氣的流通；其中，所述反應(yīng)器外套內(nèi)側(cè)設(shè)置為外螺旋結(jié)構(gòu)；所述反應(yīng)器內(nèi)管外側(cè)設(shè)置為內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)器外套內(nèi)側(cè)和所述反應(yīng)器內(nèi)管外側(cè)形成螺旋狀導(dǎo)熱流體流道，用于導(dǎo)熱流體的流通。該固體儲氫反應(yīng)器具有較高的換熱速率。

技術(shù)研發(fā)人員：李朝宇,楊雪,程濤,鄒亢
受保護的技術(shù)使用者：中國石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28