一种大型固态储氢装置的制作方法

1.本实用新型属于储氢设备领域，具体涉及一种大型固态储氢装置。

背景技术：

2.随着社会各界对于清洁能源的需求增长，使用氢能装备逐渐走向市场，而在氢能产业中，储氢技术占据了重要的地位。使用合金储氢材料吸放氢的低压固态储氢装置，以其高安全性、高体积储氢密度和快速充氢特性，受到人们的广泛关注。
3.固态储氢装置应用最大的问题在吸放氢过程中需要大量换热，换热效率决定着系统的吸放氢压力、吸放氢速率、有效储氢量等等关键指标，当储氢装置单体规模扩大时，换热需求也随之不断提高。
4.目前国内10nm3h2以上规模的快响应固态储氢装置，主要使用列管水箱循环水换热方式。储氢合金被制成床体填装进不锈钢质的长筒储氢罐内，以密集列管方式排布于水箱当中，水箱中放置上下开口或者左右开口的折流板，每个折流板上开孔令列管穿过，确保循环水呈“s”形在水箱中流动，增加流道长度，提高换热效率和均匀性。折流板同时承担支撑板功能，令列管的储氢罐稳定地平行排布在水箱里。
5.但是当储氢装置规模超过500nm3h2时，换热量需求随装置体积呈立方增长，现有折流板形成的循环水流道长度仅随水箱长宽呈平方增长，逐渐无法跟上装置需求。而当储氢装置体积放大的同时，应用端对于储氢装置体积储氢密度的需求也随之提高，因此需要进一步增加列管的密集程度，压缩列管之间的距离，这也导致对循环水换热的需求不断提高。
6.同时，水箱中折流板还承担支撑列管重量的支撑板功能，在现有设计中总有部分或全部下层列管只能得到一半的支撑板支撑，当储氢装置高度增加时单位宽度内的上层列管数量也随之增加，下层折流板负担的重量随之增加，而如果列管密度也进一步增加，则列管之间的距离会随之减小，折流板开孔之间存留的板体厚度也就不断变窄，折流板可支撑的最大重量反而会下降。这就导致原本的折流板设计中的下层折流板开流道过水的设计不再合适，需要新的设计方案确保支撑力充足的同时，还能增加流道长度提高换热效率。
7.在现有设计中，《gb/t 151-2014热交换器》中就有通过螺旋水路增加循环水流道提高换热效率的设计思路，但其应用对象主要是圆柱形水箱和轻质换热管，其采用的斜面折流板设计在支撑结构方面不仅不能增加承重，反而会降低承重效果，因此适于大型固态储氢装置的设计方案。

技术实现要素：

8.针对上述已有技术存在的不足，本实用新型提供一种大型固态储氢装置。
9.本实用新型是通过以下技术方案实现的。
10.一种大型固态储氢装置，结构包括：水箱，多组交替间隔设置在水箱内的第一折流板、第二折流板；所述第一折流板为上部靠近一侧侧边的位置设有矩形流道口的立式板，所述第二折流板为上部靠近与第一折流板相反侧的侧边位置设有矩形流道口的立式板；相邻
的第一折流板的上部与第二折流板的上部之间均通过第一立式阻水板连接。
11.进一步地，靠近水箱进水口处的第一折流板的外侧上部板体与第二立式阻水板的一端垂直连接，所述第二立式阻水板为长方形立板。
12.进一步地，所述第二立式阻水板为多个，多个第二立式阻水板呈上下分布。
13.进一步地，相邻的第一折流板与第二折流板之间通过多个呈上下分布的第一立式阻水板连接。
14.进一步地，所述第一立式阻水板为长方形立板，所述长方形立板的一端与第一折流板的上部板体垂直连接，另一端与第二折流板的上部板体垂直连接。
15.进一步地，所述大型固态储氢装置为储氢规模在500nm3及以上，4000nm3以下的固态储氢装置。
16.进一步地，所述水箱为长方体，4000mm≥长度≥2400mm，2200mm≥宽度≥1600mm，2000mm≥高度≥1400mm。
17.进一步地，所述第一折流板与第二折流板之间间距在300mm～800mm之间。
18.进一步地，所述水箱外壳的下面焊接与第一折流板、第二折流板底部位置对应的支撑底座。
19.进一步地，所述第一折流板、第二折流板上均开有多个根据储氢罐列管排布的通孔，通孔孔径略大于储氢罐列管的外直径。
20.进一步地，插装在所述多组交替间隔设置的第一折流板、第二折流板上的储氢罐列管为长筒型，长度大于2000mm，外直径小于130mm，长径比大于15:1，储氢罐列管的间距在4mm～12mm之间。
21.本实用新型的有益技术效果：
22.(1)本实用新型针对现有大型固态储氢装置的内部折流板结构进行改进，可以在水箱内形成回形流道进行循环水换热。现有技术的上下折流板形成的流道长度为l(水箱长度)+d(水箱宽度)+n(折流板数量)h(水箱高度)，本实用新型设计的折流板形成的回形流道长度为l(水箱长度)+n(折流板数量)d(水箱宽度)+2nh(水箱高度)，根据不同的长宽高比例和折流板数量，流道长度可增加到原本的200％～300％左右。
23.(2)本实用新型的折流板下端无开口，因此水箱内下半部储氢罐列管可以得到所有折流板的支撑，在同等宽度的情况下对储氢罐列管的支撑力是已有技术折流板的200％，可以承载两倍高度的储氢罐列管。
24.(3)本实用新型的折流板之间通过立式阻水板焊接相连，此设计可以大幅度增强折流板稳定性，在可以有效降低安装和运输过程中的震动颠簸影响，并在长时间循环水进出过程中保持折流板的稳定性，减少板体歪斜造成的结构损伤。
附图说明
25.图1为已有的储氢装置水箱的上下开口折流板及形成的“s”形流道结构示意图；
26.图2为本实用新型的储氢装置水箱中带有立式阻水板的折流板及形成回形流道结构示意图；
27.图3为已有的储氢装置水箱的上下开口折流板结构示意图；
28.图4为本实用新型的储氢装置中带有立式阻水板的折流板结构示意图；
29.图5为固态储氢装置使用“s”形流道和回形流道换热时的放氢换热效果对比图。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
31.本实用新型所述的大型固态储氢装置为储氢规模在500nm3及以上，4000nm3以下的固态储氢装置。
32.如图2、4所示，一种大型固态储氢装置，结构包括：水箱1，多组交替间隔设置在水箱1内的第一折流板2、第二折流板3；
33.水箱1为长方体，4000mm≥长度≥2400mm，2200mm≥宽度≥1600mm，2000mm≥高度≥1400mm，进水口设置在箱体1一端的下部，出水口设置在箱体1另一端的上部，可根据安装需要调整；
34.第一折流板2为上部靠近一侧侧边的位置设有矩形流道口4的立式板，第二折流板3为上部靠近与第一折流板2相反侧的侧边位置设有矩形流道口4的立式板，材质均为不锈钢板；相邻的第一折流板2的上部与第二折流板3的上部之间均通过第一立式阻水板5连接；第一立式阻水板5为长方形立板，长方形立板的一端与第一折流板2的上部板体垂直连接，另一端与第二折流板3的上部板体垂直连接，第一折流板2上的矩形流道口4与第二折流板3上的矩形流道口4分别处于第一立式阻水板5的两侧。第一立式阻水板5的长度根据第一折流板2与第二折流板3之间的距离设计，确保相邻的第一、第二折流板之间可以通过第一立式阻水板5焊接相连。第一、第二折流板之间的第一立式阻水板5均保持在同一水平位置。
35.进一步地，相邻的第一折流板2与第二折流板3之间通过多个呈上下分布的第一立式阻水板5连接，优选3个。
36.进一步地，靠近水箱1进水口处的第一块第一折流板2的外侧上部板体与第二立式阻水板6的一端垂直连接，第二立式阻水板6为长方形立板。第二立式阻水板可以为多个，多个第二立式阻水板呈上下分布，优选3个。
37.进一步地，第一折流板2与第二折流板3之间的间距在300mm～800mm之间。
38.进一步地，水箱1外壳的下面焊接与第一折流板2、第二折流板3底部位置对应的支撑底座，以便将折流板的承重传到地面。
39.进一步地，第一折流板2、第二折流板3上均开有多个根据储氢罐列管排布的通孔7，通孔7孔径略大于储氢罐列管的外直径。在多组交替间隔设置的第一折流板2、第二折流板3的通孔中插入储氢罐列管，储氢罐列管与通孔间的缝隙可用橡胶圈堵住，以免循环水从缝隙透过，储氢罐列管为长筒型，长度大于2000mm，外直径小于130mm，长径比大于15:1，储氢装置的储氢罐列管的间距在4mm～12mm之间。
40.当储氢装置工作时，循环水从一端注入水箱1后，水流受第二阻水板6的阻隔，从遇到的第一组的第一折流板2开有的矩形流道口4穿过，经相邻第一折流板2、第二折流板3之间的第一立式阻水板5的下面穿过，然后从第二折流板3开有的矩形流道口4穿过，再经第一立式阻水板5的下面穿过，从第二组的第一折流板2的矩形流道口4穿过，重复以上过程，直至流出水箱1。
41.实施例
42.对使用本实用新型的500nm3固态储氢装置进行放氢测试，并与使用现有技术形成“s”形换热水路的500nm3固态储氢装置放氢测试结果进行对比(如图5)。
43.首先对两组固态储氢装置充氢至充满，然后各自开始放氢。放氢过程中，向储氢装置水箱1入口通入60℃恒温热水，循环水泵流量为20m3/小时，扬程为15米。放氢速率恒定为2nm3h2/分钟，记录放氢压力变化和出口水温变化。
44.在实验过程中，已有“s”形水路的固态储氢装置的出口温度在初期下降后恢复稳定在55℃左右，压力下降较快，在97分钟时已经下降到1mpa以下，194分钟时降低至0.1mpa，流量不足2nm3h2/分钟，累计放氢量392.4nm3。而本实用新型的固体储氢装置的出口水温则降低至50℃左右，放氢压力明显高于现有技术的固态储氢装置，在204分钟时压力降低至1mpa，到238分钟后降低至0.1mpa，压力不足2nm3h2/分钟，累计放氢量477nm3。
45.结果显示，使用本实用新型设计的固态储氢装置，对比已有的固态储氢装置折流板形成的“s”形流道，循环热水的换热效率明显提高了一倍以上，固态储氢装置的大流量放氢过程中的压力和有效放氢量都有明显提高，这种设计可以大幅降低储氢装置的充放氢效率，进而满足提高储氢装置储氢规模和体积储氢密度的双向设计需求。
46.以上所述的仅是本实用新型的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本实用新型所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本实用新型的目的，都应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种大型固态储氢装置，其特征在于，所述装置包括：水箱，多组交替间隔设置在水箱内的第一折流板、第二折流板；所述第一折流板为上部靠近一侧侧边的位置设有矩形流道口的立式板，所述第二折流板为上部靠近与第一折流板相反侧的侧边位置设有矩形流道口的立式板；相邻的第一折流板的上部与第二折流板的上部之间均通过第一立式阻水板连接。2.根据权利要求1所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，靠近水箱进水口处的第一折流板的外侧上部板体与第二立式阻水板的一端垂直连接，所述第二立式阻水板为长方形立板。3.根据权利要求2所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，所述第二立式阻水板为多个，多个第二立式阻水板呈上下分布。4.根据权利要求1-3任一所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，所述第一立式阻水板为长方形立板，所述长方形立板的一端与第一折流板的上部板体垂直连接，另一端与第二折流板的上部板体垂直连接。5.根据权利要求4所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，相邻的第一折流板与第二折流板之间通过多个呈上下分布的第一立式阻水板连接。6.根据权利要求1-3任一所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，所述大型固态储氢装置为储氢规模在500nm3及以上，4000nm3以下的固态储氢装置。7.根据权利要求1-3任一所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，所述水箱为长方体，4000mm≥长度≥2400mm，2200mm≥宽度≥1600mm，2000mm≥高度≥1400mm。8.根据权利要求1-3任一所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，所述第一折流板与第二折流板之间间距在300mm～800mm之间。9.根据权利要求1-3任一所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，所述水箱外壳的下面焊接与第一折流板、第二折流板底部位置对应的支撑底座。10.根据权利要求1-3任一所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，所述第一折流板、第二折流板上均开有多个根据储氢罐列管排布的通孔，通孔孔径略大于储氢罐列管的外直径。11.根据权利要求10所述的一种大型固态储氢装置，其特征在于，插装在所述多组交替间隔设置的第一折流板、第二折流板上的储氢罐列管为长筒型，长度大于2000mm，外直径小于130mm，长径比大于15:1，储氢罐列管的间距在4mm～12mm之间。

技术总结

本实用新型公开了一种大型固态储氢装置，结构包括：水箱，多组交替间隔设置在水箱内的第一折流板、第二折流板；所述第一折流板为上部靠近一侧侧边的位置设有矩形流道口的立式板，所述第二折流板为上部靠近与第一折流板相反侧的侧边位置设有矩形流道口的立式板；相邻的第一折流板的上部与第二折流板的上部之间均通过第一立式阻水板连接。采用本实用新型循环热水的换热效率明显提高，大流量放氢过程中的压力和有效放氢量都有明显提高，这种设计可以大幅降低储氢装置的充放氢效率，进而满足提高储氢装置储氢规模和体积储氢密度的双向设计需求。计需求。计需求。