一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于氨能领域的储氨技术，特别设及一种吸氨低应变金属氨化物储氨罐。
【背景技术】
[0002] 随着能源危机的加剧和环保意识的加强，氨能的利用越来越受到广泛的关注。在 氨的实用过程中，氨的存储一直是科学家们研究的重点。常用的储氨技术主要包括：高压气 态储氨、低溫液态储氨和W储氨材料为介质的固态储氨。
[0003] 高压气态储氨的主要缺点是体积储氨密度低，70MPa高压气态储氨罐的体积储氨 密度仅为28kgHz/m3,而美国DOE2015年的储氨系统目标为40kgHz/m3;受压力容器承压能 力及氨气密度的限制，通过进一步提高储氨压力来提高其体积储氨密度的空间有限，另外， 制作罐体复合材料碳纤维的价格太高，导致高压气态储氨罐成本较高，为18. 9$/kWh。液态 储氨商业化的难点是绝热要求导致的低溫储箱体积过大；此外，氨气液化成本高、耗能大， 液氨的蒸发问题也很难彻底消除。将储氨材料如金属氨化物装填入密闭容器中形成的固态 储氨系统，利用储氨材料的吸氨能力实现氨气的固态储存，具有体积储氨密度高的特点，其 储氨密度可W达到50kgHz/m3,是储氨技术发展的一个重要方向。
[0004]目前，各国科学家利用固态储氨技术的优势，开发出的金属氨化物固态储氨系统 已投入商业应用。但是，金属氨化物储氨材料在循环吸放氨过程中会因体积的膨胀和收缩 产生颗粒粉化的现象，堆积的细粉在吸氨过程中产生极大的内应力，该内应力若直接作用 于储氨罐体内壁，将会导致罐壁发生应力应变；若应变过大，则容器会发生变形甚至破裂， 引发安全事故。因此，亟需研制一种吸氨过程中产生低应变的金属氨化物储氨罐，W保证储 氨系统使用的安全性。
【发明内容】
阳〇化]本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种吸氨低应变金属氨化物储氨罐。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
[0007] 一种吸氨低应变金属氨化物储氨罐，包括罐体2、金属氨化物储氨合金床体1和弹 性缓冲层3 =部分；其中，弹性缓冲层3置于罐体2和金属氨化物储氨合金床体1之间。金 属氨化物储氨合金床体1内通有换热管4,将金属氨化物储氨合金床体1吸放氨过程中产生 的热量导出；同时金属氨化物储氨合金床体1中屯、位置设置导气管5,使氨气在金属氨化物 储氨合金床体1内部快速流动；在罐体2出口处安装氨气阀口 8,并在罐体2出口端设有氨 气过滤片9。
[0008] 所述罐体2的材料为侣合金、碳钢或不诱钢。
[0009] 所述的弹性缓冲层3为泡沫儀、泡沫侣或其他具有缓冲功能的弹性结构。
[0010] 所述金属氨化物储氨合金床体1的材料为Zr基氨化物、Ti基氨化物、V基氨化物 或La-Ni基氨化物。
[0011] 所述的Zr基氨化物为Zr-Co氨化物、Zr-Ni氨化物、Zr-Mn氨化物和Zr-Cr氨化物 中的一种或一种W上。
[0012] 所述的Ti基氨化物为Ti-Fe氨化物、Ti-Mn氨化物和Ti-化氨化物中的一种或一 种W上。
[0013] 所述换热管4进水部分为螺旋式盘管，回水部分为直管，进水口（6)和出水口 7均 为直管；进水口 6和出水口 7分别位于氨气阀口 8两侧，通过焊接方式与罐壁密封。
[0014] 所述换热管4的材料为不诱钢。
[0015] 热量导出采用内换热方式。
[0016] 所述的氨气过滤片9为铜粉或不诱钢粉的烧结体，焊接在罐体2出口，过滤精度 小于2. 5ym，防止金属氨化物合金床体1吸放氨过程中产生的极细颗粒随氨气进入输气管 路。
[0017] 本发明具有的有益效果为：所述的吸氨低应变金属氨化物储氨罐具有结构简单， 易于实现的特点；且在内部储氨合金床体与罐体内壁间采用弹性缓冲层填充，使得储氨合 金床体在吸放氨过程产生的应变不直接作用于罐体，罐体外壁产生的应变仅为气态氨产生 的低应变，保证金属氨化物储氨罐长期使用的安全性。
【附图说明】
[0018] 图1为一种吸氨低应变金属氨化物储氨罐剖视图；其中，图中标号分别为：1-金 属氨化物储氨合金床体；2-罐体；3-弹性缓冲层；4-换热管；5-导气管；6-换热管进水口； 7-换热管出水口；8-氨气阀口；9-氨气过滤片；
[0019] 图2为一种吸氨低应变金属氨化物储氨罐与普通储氨罐的吸氨应变变化比较图。
【具体实施方式】
[0020] 本发明提供了一种吸氨低应变金属氨化物储氨罐，下面结合附图并W-个储氨量 为10m3,公称工作压力4MPa，罐体外径为133mm和壁厚为4mm的低吸氨应变金属氨化物储 氨罐为例对本发明做进一步详细的说明。W下所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本 发明的保护范围并不局限于此。
[0021] 图1为一种吸氨低应变金属氨化物储氨罐剖视图。该吸氨低应变金属氨化物储氨 罐主要包括罐体2、金属氨化物储氨合金床体1和弹性缓冲层3 =部分，弹性缓冲层3置于 罐体2和金属氨化物储氨合金床体1之间；金属氨化物储氨合金床体1内通有换热管4,将 金属氨化物储氨合金床体1吸放氨过程中产生的热量导出；同时金属氨化物储氨合金床体 1中屯、位置设置导气管5,使氨气在床体内部快速流动；在罐体2出口处安装氨气阀口 8,并 在罐体2出口端设有氨气过滤片9。
[0022] 该吸氨低应变金属氨化物储氨罐的罐体2材料为侣合金。
[0023] 该吸氨低应变金属氨化物储氨罐的弹性缓冲层3为厚度为30mm的泡沫儀层，泡沫 儀层的孔隙率95 %，该泡沫儀层在金属氨化物储氨合金床体2装填之前先行铺设在罐体2 的内壁上。
[0024] 该吸氨低应变金属氨化物储氨罐的金属氨化物储氨合金床体1材料为ABz型 灯iZr)i(Mn化VFe)2合金，合金在25°C下的平台压力为1.IMPa,储氨量为1.9wt% (重量百 分数）。金属氨化物储氨合金床体1内装填的合金为50kg，并在金属氨化物储氨合金床体 I中屯、位置设置导气管5,供氨气在系统内的快速流通。
[00巧]该吸氨低应变金属氨化物储氨罐的换热管4为直径为取8巧妨的不诱钢管，换热管 4进水部分为螺旋式盘管，盘管螺径为40mm，螺距为50mm，回水部分为直管，进水口 6和出水 口 7均为直管，分别位于氨气阀口 8两侧，通过焊接方式与罐壁密封连接。 阳026] 该吸氨低应变金属氨化物储氨罐出气口端焊接一个(p30mmx5mm的不诱钢氨 气过滤片9,过滤精度为0. 5ym。
[0027] 为了测试弹性缓冲层3对金属氨化物储氨罐吸氨应变的缓解作用，分别在该吸氨 低应变金属氨化物储氨罐外壁和无弹性缓冲层的同规格普通金属氨化物储氨罐外壁中间 位置粘贴应变片，并采用TST3822型静态应变仪对两金属氨化物储氨罐吸氨过程中产生的 应变进行采集。分步骤将不同压力的氨气通入两金属氨化物储氨罐中，待压力平衡后，测试 两金属氨化物储氨罐外壁产生的应变。图2为两金属氨化物储氨罐外部中间位置粘贴的周 向应变片在不同压力下的应变曲线图。可见，无弹性缓冲层的金属氨化物储氨罐外壁产生 的应变随罐内压力的升高急剧增大，说明内部金属氨化物储氨合金吸氨后的体积膨胀对罐 壁产生了极大的应力作用；而吸氨低应变储氨罐外壁应变随罐内氨气压力呈线性变化，并 未因金属氨化物储氨合金床体吸氨后的膨胀而发生应变的突然增加，说明弹性缓冲层有效 缓解了金属氨化物储氨合金床体膨胀对罐壁产生的应力，大大提高了储氨罐长期使用的安 全性。
【主权项】
1. 一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，该储氢罐包括罐体（2)、金属氢化 物储氢合金床体（1)和弹性缓冲层（3)三部分，弹性缓冲层（3)置于罐体（2)和金属氢化 物储氢合金床体（1)之间；金属氢化物储氢合金床体（1)内通有换热管（4)，同时其中心位 置设置导气管（5);罐体（2)出口处安装氢气阀门（8)，同时罐体（2)出口端设有氢气过滤 片（9) 〇2. 根据权利要求1所述的一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述罐体 (2)的材料为铝合金、碳钢或不锈钢。3. 根据权利要求1所述的一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述的弹 性缓冲层（3)为泡沫镍、泡沫铝或其他具有缓冲功能的弹性结构。4. 根据权利要求1所述的一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述金属 氢化物储氢合金床体（1)的材料为Zr基氢化物、Ti基氢化物、V基氢化物或La-Ni基氢化 物。5. 根据权利要求4所述的一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述的Zr 基氢化物为Zr-Co氢化物、Zr-Ni氢化物、Zr-Mn氢化物和Zr-Cr氢化物中的一种或一种以 上。6. 根据权利要求4所述的一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述的Ti 基氢化物为Ti-Fe氢化物、Ti-Mn氢化物和Ti-Cr氢化物中的一种或一种以上。7. 根据权利要求1所述的一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述换热 管（4)进水部分为螺旋式盘管，回水部分为直管，进水口（6)和出水口（7)均为直管；进水 口（6)和出水口（7)分别位于氢气阀门（8)两侧，通过焊接方式与罐壁密封。8. 根据权利要求1所述的一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述换热 管（4)的材料为不锈钢。9. 根据权利要求1所述的一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，热量导出 采用内换热方式。10. 根据权利要求1所述的一种吸氢低应变金属氢化物储氢罐，其特征在于，所述的氢 气过滤片（9)为铜粉或不锈钢粉的烧结体，焊接在罐体（2)出口，过滤精度小于2.5μπι。
【专利摘要】本发明属于氢能领域的储氢技术，特别涉及一种吸氢低应变的金属氢化物储氢罐。该储氢罐主要包括罐体、金属氢化物储氢合金床体和弹性缓冲层三部分，弹性缓冲层置于罐体和储氢合金床体之间。金属氢化物储氢合金床体内通有换热管，将金属氢化物储氢合金床体吸放氢过程中产生的热量导出；罐体出口处安装氢气阀门，同时罐体出口端焊接氢气过滤片。本发明的吸氢低应变金属氢化物储氢罐结构简单，易于实现，可有效缓解金属氢化物储氢合金床体吸氢膨胀对罐体的破坏性影响，提高储氢罐的使用安全性。
【IPC分类】F17C13/00, F17C11/00
【公开号】CN105371105
【申请号】CN201510706560
【发明人】郭秀梅, 叶建华, 李志念, 邱昊辰, 袁宝龙, 王树茂, 刘晓鹏, 蒋利军
【申请人】北京有色金属研究总院
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年10月27日