一种振动回转式储氢合金快速反应装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种振动回转式储氢合金快速反应装置及方法，包括振动试验台，所述振动试验台与高频振动电机连接，振动试验台底部的支撑架上设置缓冲弹簧钢片；所述振动试验台的台面上安装支架，支架上设置旋转杆，旋转杆上固定旋转床，所述旋转杆通过联轴器与低速电机相连；所述振动试验台整体设置在绝热耐压外壳的内部；本发明专利技术的振动回转式储氢合金快速反应装置，最终可实现反应床内合金颗粒安全填充率更高，填充密度更均匀稳定，粉化合金板结现象明显好转，吸放氢动力学得到改善，大幅度降低反应床局部应力过大引起的塑变失效，提高反应床安全可靠性，不仅延长反应床的循环使用寿命同时提高了系统储氢密度和安全填充率。同时提高了系统储氢密度和安全填充率。同时提高了系统储氢密度和安全填充率。

【技术实现步骤摘要】
一种振动回转式储氢合金快速反应装置及方法


[0001]本专利技术涉及储氢合金
，具体涉及一种振动回转式储氢合金快速反应装置及方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]相比于传统能源，氢能源因其特有的优越性，受到国际社会的关注。储氢合金不仅重量储氢密度远高于高压气罐储氢和液态储氢，而且具备更高的安全可靠性，其储氢条件温和，对环境友好，且吸放氢过程中伴随着明显的显热效应，在能源储存利用和转换领域有巨大的发展潜力，加之我国镁镍和稀土资源丰富，为其发展提供强有力保障，储氢合金产业化应用前景广阔。目前储氢合金的应用仅在电池领域比较成熟，其他领域有待发展。储氢合金的应用不仅取决于合金本身的特性，储氢反应床的承受能力也是至关重要的，两者应协同发展。储氢合金吸氢后晶格体积发生膨胀，限制合金生长的反应床承受晶格膨胀带来的应变，包括轴向和周向应变，加之吸放氢过程中晶格不断涨缩，内部存在裂纹，经过多个吸放氢循环，合金粉化至微米级。
[0004]储氢反应床的性能直接取决于其反应床的材料和结构设计，其中结构设计更为主要，缓解合金粉化团聚是结构设计的主要任务，合金粉化团聚严重影响了反应床的使用寿命。专利技术人发现，现有的储氢反应床主要存在以下问题：
①
合金粉化团聚，沉积在反应床底部，增大与床体之间的摩擦，导致床体极易膨胀、变形和失效；
②/>合金粉化导致热导率降低，传热困难，阻碍吸放氢进程，降低吸放氢速率；
③
合金粉化团聚增加气体扩散阻力，阻碍床体内合金的传质过程；
④
合金粉化易造成管道堵塞，造成安全隐患。因此，亟需一种能够解决上述问题的储氢反应床，以提高储氢装置的可靠性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种振动回转式储氢合金快速反应装置及方法，能够提高系统传热传质性能、加快吸放氢进程以及有效提升床体可靠性。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]在本专利技术的第一方面，提供了一种振动回转式储氢合金快速反应装置，包括振动试验台，所述振动试验台与高频振动电机连接，振动试验台底部的支撑架上设置缓冲弹簧钢片；所述振动试验台的台面上安装支架，支架上设置旋转杆，旋转杆上固定旋转床，所述旋转杆通过联轴器与低速电机相连；所述振动试验台整体设置在绝热耐压外壳的内部。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述储氢反应床的内部设置有氢气主管，所述氢气主管经过氢气支管与导气管相连。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述储氢反应床内部氢气管道之间填充储氢合金、
导热剂和包裹相变材料。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述支架通过螺母固定在振动试验台的台面上，通过支架向储氢反应床传递振动，储氢反应床通过固定卡套固定在旋转杆上。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述旋转杆的内部设置管路通道，管路通道的氢气管道与储氢反应床的氢气主管相连。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，旋转杆内的氢气管路经过旋转接头与高压储氢装置或用氢仪器设备相连通。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述支撑架设置在底座上，所述底座通过螺栓固定在绝热耐压外壳上。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述绝热耐压外壳上设置PLC控制单元，通过PLC控制器控制低速电机和高频振动电机，实现储氢反应床的旋转和振动。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述储氢反应床在吸氢过程中呈高频150
‑
200Hz振动状态。
[0016]在本专利技术的第二方面，提供了一种振动回转式储氢合金快速反应方法，在吸放氢循环中，储氢反应床处于高频振动和低速旋转的状态，使储氢反应床内的合金颗粒在一定范围内进行无序跳动旋转，加快合金颗粒快速反应。
[0017]本专利技术一个或多个技术方案具有以下有益效果：
[0018]1、本专利技术中储氢反应床为振动圆周回旋式，长径比约为0.2～0.5，在吸氢工作过程中呈高频150～200Hz振动状态，通过振动向体系内引入能量，合金始终处于一定频率的振动状态，合金在反应床内“跳动旋转”，实际上加速了微颗粒的下沉降，通过反应床旋转，下部微颗粒位置发生变换，继续下沉降，颗粒在反应床内做回旋往复运动，可快速的使得合金颗粒混匀，从原理上克服了静态合金反应床吸放氢过程中产生的沉降效应和循环压缩效应。储氢合金呈固定频率的“跳动”以及低速旋转，有效阻止了合金的沉降板结，缓解了静置反应床内普遍存在的由合金吸氢膨胀引起的循环压缩效应、人工装填的不均匀度以及微米级颗粒的沉降效应，是新型、简单、可靠、高效的反应床体应力缓解措施，大幅度提升了床体的安全可靠性并改善吸放氢性能。
[0019]2、本专利技术选用Mg
‑
Ni系二元合金，其吸氢晶格体积膨胀率为15～20％，在一个吸放氢循环时间～600s内，静止反应床会产生沉降效应和循环压缩效应，即小尺寸颗粒充分沉降，合金相对密度由开口端(进氢侧)至封闭端(远离进氢侧)增加，对于横置反应床，合金颗粒主要聚集在床体下表面，合金密度由开口端沿轴向升高2.5～6％不等，而对于竖置反应床，床体底部的沉降严重。合金吸放氢循环中粉化至微米级颗粒，沉降至反应床底部，造成底部局部密度增加，合金再次吸氢时，合金膨胀空间不足，出现板结并伴随应力累计现象，反应床壁承受的应力升高，易导致静态横置反应床下表面或竖置反应床底部塑变失效甚至破裂。而本专利技术中合金始终处于旋转振动态，在反应床内保持无序运动克服沉降效应，使得合金能够充分利用反应床内的空间吸氢膨胀，同时反应床通过振动传递能量，抵消合金的重力势能以及和床壁摩擦损耗的内能，从原理上克服沉降效应和循环压缩效应，相比于传统反应床应力缓解技术手段(增加床体强度、牺牲系统储氢密度、严格控制储氢合金填充量和工作条件等)具有显著的优越性。
[0020]3、本专利技术通过将固定储氢反应床的夹具与振动试验台和低速电机连接，使得反应
床内合金颗粒始终处于无序“跳动旋转”状态，一方面克服合金自身的下降效应，有效防止微米级粉末沉积到反应床空间下部，反应床局部填充率更加均匀稳定，降低床体下部应力集中风险，合金颗粒在反应床内部的均匀分布使得反应床受力更加均匀，提升了反应床的整体安全性；另一方面可抵消吸氢循环过程中因与床壁的摩擦损耗的内能，很大程度上缓解了循环压缩效应，抑制合金颗粒的板结，使得合金可以充分膨胀完全吸氢，又由于合金颗粒不停的变换位置，反应床内部的空间得到充分利用，储氢合金自由膨胀，还能大大提高反应床的安全填充率。最终可实现反应床内合金颗粒安全填充率更高，填充密度更均匀稳定，粉化合金板结现象明显好转，吸放氢动力学得到改善，大幅度降低反应床局部应力过大引起的塑变失效，提高反应床安全可靠性，不仅延长反应床的循环使用寿命同时提高了系统储氢密度和安全填本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动回转式储氢合金快速反应装置，其特征在于，包括振动试验台，所述振动试验台与高频振动电机连接，振动试验台底部的支撑架上设置缓冲弹簧钢片；所述振动试验台的台面上安装支架，支架上设置旋转杆，旋转杆上固定旋转床，所述旋转杆通过联轴器与低速电机相连；所述振动试验台整体设置在绝热耐压外壳的内部。2.如权利要求1所述的振动回转式储氢合金快速反应装置，其特征在于，所述储氢反应床的内部设置有氢气主管，所述氢气主管经过氢气支管与导气管相连。3.如权利要求2所述的振动回转式储氢合金快速反应装置，其特征在于，所述储氢反应床内部氢气管道之间填充储氢合金、导热剂和包裹相变材料。4.如权利要求1所述的振动回转式储氢合金快速反应装置，其特征在于，所述支架通过螺母固定在振动试验台的台面上，通过支架向储氢反应床传递振动，储氢反应床通过固定卡套固定在旋转杆上。5.如权利要求2所述的振动回转式储氢合金快速反应装置，其特征在于，所述旋转杆的内部设置管路通道，管路通道的氢气管道与储氢反应床的氢气主管相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：常景彩，张鑫安，孙悦，田青柏，李一帆，张家豪，张连海，
申请(专利权)人：青达低碳绿氢产业技术研究院青岛有限公司山东大学威海工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：