专利名称：氢储存容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及氢储存容器，并特别地涉及用于容纳能够形成金属氢化物的金属粒子的容器。
背景技术：
以金属粒子为形式的金属氢化物用于在许多不同尺寸和形状的容器内储存氢。为了促进氢的充吸和释放，需要对金属氢化物并从而对容器进行冷却或加热。为促进容器的良好性能(解吸速率、装填时间等)，容器的内部需要有效的热交换装置以改善充吸/释放动力过程。
反复的吸收和解吸循环通常导致金属氢化物粒子的爆裂。由于这一爆裂，观察到金属粒子填充比率的局部增加。与在吸收过程中的粒子膨胀相伴随的这一填充比率的增加潜在地产生容器上的局部应力。期望在容器内部具有用于吸收这一体积膨胀的一部分的装置，从而减轻或避免容器上的应力。
发明内容
本发明提供一种设置用于至少容纳金属粒子的容器，这些金属粒子能够吸收氢，使得这些金属粒子在吸收氢时膨胀，该容器包括内表面，该容器包括衬垫，该衬垫放置在该容器内，使得在所述衬垫与所述内表面之间提供空隙空间；其中所述衬垫与所述内表面接合以在金属粒子容纳在所述容器内时大致防止金属粒子进入所述空隙空间内。
在另一广泛的方面中，本发明提供一种设置用于至少容纳金属粒子的容器，这些金属粒子能够吸收氢，使得这些金属粒子在吸收氢时膨胀，该容器形成容器空间并包括内表面，该容器包括衬垫，该衬垫放置在该容器空间内并与所述内表面接合，用于形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间，其中，在所述金属粒子容纳在所述储存空间内时，所述衬垫与所述内表面的接合限制所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
在又一广泛的方面中，本发明提供一种设置用于至少容纳金属粒子和气态氢的容器，这些金属粒子能够吸收氢，使得这些金属粒子在吸收氢时膨胀，该容器包括内表面，该容器包括衬垫，该衬垫放置在该容器内，使得在所述衬垫与所述内表面之间提供空隙空间，其中所述衬垫与所述内表面接合以在所述金属粒子容纳在所述容器内时限制金属粒子进入所述空隙空间内。
在又一广泛的方面中，本发明提供一种设置用于至少容纳气态氢和金属粒子的容器，这些金属粒子能够吸收氢，使得这些金属粒子在吸收氢时膨胀，该容器形成容器空间并包括内表面，该容器包括衬垫，该衬垫放置在该容器空间内并与所述内表面接合，用于形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间，其中，在所述金属粒子容纳在所述储存空间内时，所述衬垫与所述内表面的接合大致防止所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
在一个方面中，本发明提供所述容器，其中所述衬垫是足够柔性的以响应金属粒子的膨胀而变形。
在另一方面中，本发明提供所述容器，其中对所述衬垫成形以形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间。
在另外又一方面中，本发明提供所述容器，其中所述衬垫支靠壁，以在储存空间容纳金属粒子时大致防止或限制所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
在又一方面中，本发明提供所述容器，其中所述衬垫与壁邻接，以在储存空间容纳金属粒子时大致防止或限制所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
在另外又一方面中，本发明提供所述容器，其中将所述衬垫推压在壁上以在所述储存空间容纳金属粒子时大致防止或限制所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
在另外又一方面中，本发明提供所述容器，其中所述衬垫是足够弹性的，使得所述衬垫具有对从金属粒子中释放氢作出响应而逆转至少一部分变形的倾向。
在又一方面中，本发明提供所述容器，其中该容器包括侧壁和轴线，该侧壁形成所述内表面的至少一部分，并与该轴线隔开且在平面内绕该轴线延伸360°，而且其中所述衬垫的至少一部分置于该侧壁和该轴线之间并在该平面内绕该轴线延伸360°。
在另一方面中，本发明提供所述容器，其中所述衬垫的所述至少一部分与所述侧壁对置。
在另外又一方面中，本发明提供所述容器，其中所述空隙空间的至少一部分置于所述侧壁和所述衬垫的所述至少一部分之间。
在又一方面中，本发明提供所述容器，其中所述侧壁和所述衬垫中的每一个大致为管状。
在另外一个方面中，本发明提供所述容器，其中所述衬垫包括由交替的隆起和凹槽形成的皱褶，这些隆起和凹槽中的每一个相对于所述平面横向延伸。
在另外又一方面中，本发明提供所述容器，其中所述隆起中的至少一个隆起设置成在金属粒子容纳在所述储存空间内时与所述侧壁接触。
在另一个方面中，本发明提供所述容器，该容器进一步包括置于所述储存空间内并与所述衬垫接触的热传导结构，构造该热传导结构用于实现在所述金属粒子和所述衬垫之间的传热。
在另一个方面中，本发明提供所述容器，其中所述衬垫比所述容器刚硬。
本发明还提供一种对用于容纳能够吸收氢而变得充吸有氢的金属粒子的储存系统进行装配的方法，该方法包括提供容器，该容器包括进口和形成容器空间的内表面；通过所述进口将磁响应衬垫插入容器空间；以及施加足够的磁性力以将所述衬垫推压在所述容器的所述内表面上。
在另一方面中，本发明提供所述方法，其中在所述容器之外产生所述磁性力。
在另一方面中，本发明提供所述方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
在另一方面中，本发明提供所述方法，该方法进一步包括在所述磁性力作用在所述衬垫上时通过所述进口将多个管插入所述容器空间内的步骤。
在另一广泛的方面中，本发明提供一种对用于容纳能够吸收氢而变得充吸有氢的金属粒子的容器进行装配的方法，该方法包括提供容器，该容器包括进口和形成容器空间的内表面；通过所述进口将磁响应衬垫插入容器空间；施加足够的磁性力以将所述衬垫推压在所述容器的所述内表面上；在所述磁性力作用在所述衬垫上时通过所述进口将多个管插入所述容器空间内，以将所述衬垫推压至与所述内表面接合，从而形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间；终止施加所述磁性力；以及将多个金属粒子注入至所述储存空间内。
关于这一方面，在一个方面中，本发明提供所述方法，其中在所述容器之外产生所述磁性力。
在另一方面中，本发明提供所述方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
在另外又一广泛的方面中，本发明提供一种对用于容纳能够吸收氢而变得充吸有氢的金属粒子的容器进行装配的方法，该方法包括提供容器，该容器包括进口和形成容器空间的内表面；绕心轴卷起磁响应衬垫，使得所述衬垫呈现绕所述心轴的螺旋结构；在所述衬垫绕所述心轴卷起时，通过所述进口将所述衬垫插入所述容器空间内；将所述衬垫从所述心轴松开；通过所述进口将所述心轴从所述容器空间移开；以及施加足够的磁性力以将所述衬垫推压在所述容器的所述内表面上。
在另一方面中，本发明提供所述方法，其中在所述容器之外产生所述磁性力。
关于这一方面，在一个方面中，本发明提供所述方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
在另一方面中，本发明提供所述方法，该方法进一步包括在所述磁性力作用在所述衬垫上时通过所述进口将多个管插入所述容器空间内的步骤。
本发明还提供一种对用于容纳能够吸收氢而变得充吸有氢的金属粒子的容器进行装配的方法，该方法包括提供容器，该容器包括进口和形成容器空间的内表面；绕心轴卷起磁响应衬垫，使得所述衬垫呈现绕所述心轴的螺旋结构；在所述衬垫绕所述心轴卷起时，通过所述进口将所述衬垫插入所述容器空间内；将所述衬垫从所述心轴松开；通过所述进口将所述心轴从所述容器空间移开；施加足够的磁性力以将所述衬垫推压在所述容器的所述内表面上；在所述磁性力作用在所述衬垫上时通过所述进口将多个管插入所述容器空间内，以将所述衬垫推压至与所述内表面接合，从而形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间；终止施加所述磁性力；以及将多个金属粒子注入至所述储存空间内。
在另一方面中，本发明提供所述方法，其中在所述容器之外产生所述磁性力。
在另一方面中，本发明提供所述方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
结合附图参考以下对本发明的详细描述将更好地理解本发明，在附图中图1为本发明的容器的前视立面图；图2为注入金属粒子之前的图1中的容器的剖视侧视立面图，并为了清楚的目的将衬垫皱褶移开；图3为金属粒子已经注入后的容器沿图2的直线A-A的横截面平面图；图4a和4b分别为注入金属粒子之前的容器沿图2的直线A-A和C-C的横截面平面图；图5为根据图11至15中示出的方法装配的容器的一个实施例的处于“未卷起状态”的衬垫的顶视透视图；图6为图4中示出的容器的衬垫在衬垫的唇缘之间的横截面图；图7为图2示出的容器的横截面平面图，其中已经注入并充吸金属粒子；图8示出了用于本发明的容器的典型阀布置；图9为本发明的浸在用于传热的液池内的容器的一个实施例的示意图；图10为本发明的容器的一个实施例的示意图，其中机械风扇产生的空气流实现所需的传热；而图11至15为对本发明的一个实施例进行装配的方法的示意图。
图16为用于在根据图11至15中示出的方法对本发明的一个实施例进行装配的过程中施加磁性力的设备的顶视透视图；图17为图16中示出的设备的顶视剖视平面图；图18为图16中示出的设备沿直线A-A的剖视立面图；而图19a和19b分别为在注入金属粒子之前的容器的另一实施例的沿图2中的直线A-A和C-C的横截面平面图。
具体实施例方式
参考图1和2，本发明提供一种用于容纳能够形成金属氢化物的金属粒子12的容器10。
容器10的内部空间20容纳能够形成金属氢化物的金属粒子12。金属粒子12以粉末为形式。粉末的合适粒子大小的实例在1微米至3000微米的范围内。金属粒子12必须能够吸收氢(也称为“充吸”)以实现以金属氢化物为形式储存氢。进而，在这些金属粒子12已经吸收氢以后，在有来自单元操作的要求时，如在需要用作为燃料电池内或内燃机内的燃料时，(以金属氢化物为形式的)这些金属粒子12必须能够解吸氢(也称为“释放”)。在吸收氢时，金属粒子12膨胀，并从而增加占用的体积。在解吸过程中，金属粒子12收缩并从而减小占用的体积。理解到并非所有的金属粒子12一定必须已经将氢吸收到它们的最大容量才将容纳在容器10内的金属粒子12描述为“已充吸”。还理解到一旦已充吸并非一定必须已经将所有以前吸收的氢解吸才将容纳在容器10内的金属粒子12描述为“已释放”。用氢对金属粒子12进行充吸是放热过程。相反，从金属粒子12中释放被吸收的氢是吸热过程。
由金属粒子12吸收氢是指氢与金属粒子12缔合。缔合的可能机理包括溶解、共价键合或离子键合。溶解描述将氢原子结合在金属或金属间合金的晶格结构的空隙内的过程。这些金属氢化物的实例包括氢化钒、氢化钛和钒-钛合金氢化物。共价键合氢化物的实例为二氢化镁。离子键氢化物的实例是氢化钠和氢化钾。配位氢化物为显示出在准金属原子和氢原子之间如下键合的金属氢化物，该键合的特征在于部分共价的和部分离子的。实例包括氢化铝钠和氢化铝锂。
容器10包括形成具有容器体积的容器空间20的内表面16。内表面16包括第一端161、第二端162和大致管状的侧壁163，该侧壁163在第一和第二端161、162之间延伸，并还绕容器的轴线11延伸360°。第一端161包括圆形肩部169，该圆形肩部169从侧壁163延伸并在形成孔241的喷嘴24处终止。孔241实现在容器空间20和容器10的外部(如下游操作例如燃料电池或内燃机，只要这种单元操作合适地流体连接至孔241)之间的流体连通。在充吸过程中孔241起到进口的作用，而在释放时起到出口的作用。通过连接至喷嘴24的阀300对通过孔241的流体连通进行有选择地控制。阀300可在打开和关闭的状态之间操作以分别实现和密封该流体连通。第二端162从侧壁163伸并封闭。
弹性衬垫22放置在容器10内。如这里进一步描述的那样，在衬垫和内表面16之间提供空隙空间202以适应金属粒子12的膨胀。参考图3和4，衬垫22在容器空间20内形成储存空间201。储存空间201设置成容纳金属粒子12。金属粒子12的布置通常向上延伸至圆形肩部169并一直到喷嘴24。在容器空间20内并在衬垫22与内表面16之间提供空隙空间202。空隙空间202不容纳金属粒子12。空隙空间202具有空隙空间体积以适应衬垫22的移位，如以下将要描述的那样。理解到空隙空间202并非仅仅指紧密填充的金属粒子12之间的空间。
衬垫22与内表面16接合或邻接，以形成空隙空间202并限制金属粒子12从储存空间201进入空隙空间202。在这一方面，将衬垫22推压至与内表面16接触(或支靠)，以形成空隙空间202并限制上述进入空隙空间202。衬垫22的第一端221支靠在容器的第二端162上，而衬垫22的第二端222支靠在侧壁163或肩部169上，从而形成空隙空间202。
理解到尽管在离散的时间间隔内阻止这一进入，但是衬垫22与内表面16的接合或邻接不必完全阻止金属粒子12进入在衬垫22和内表面16之间的空间。作为衬垫22暂时从内表面16移位的结果，可能发生非常少量的金属粒子12的进入，从而提供如下通道，金属粒子12能够通过该通道从储存空间201迁移至空隙空间202。在根据以下描述的并在图11至15中示出的方法制造容器10的实施例的情形下，也可能发生相对不显著的进入。在这一方面，在衬垫22和内表面16之间的空间可能不一定完全由空隙空间202构成。而且理解到，在使用容器10的过程中，由于金属粒子12的周期性进入，在衬垫22和内表面16之间的空间的由空隙空间202构成的部分在容积上可能变小。在这一方面，将衬垫22与内表面16的接合或邻接称为大致防止或限制金属粒子12从储存空间201进入空隙空间202。
因为空隙空间202不容纳任何金属粒子12，所以空隙空间202对衬垫22在金属粒子12施加至衬垫22上的力的作用下向内表面16的任何移位提供相对少的阻力。在这一方面，空隙空间202促进衬垫22的这一移置，从而至少部分地将容器10从这些力和机械应力中隔离，否则容器10将经受这些力和机械应力。金属粒子12由于充吸有氢而引起的膨胀可能引起这些力。由于金属粒子12的爆裂(金属粒子12粉碎，导致金属粒子12的尺寸减小)和金属粒子12的浓缩而引起的金属粒子12的填充密度的局部增加加重了这一情形。进一步理解到尽管衬垫22是弹性的，一旦金属粒子在释放氢时收缩，衬垫22并不必须恢复到它精确的最初状态。
在对金属粒子12进行充吸时(即在吸收氢的过程中)，空间202对由金属粒子12施加至衬垫22上的力作出响应而收缩。这是因为金属粒子12在吸收氢时膨胀，引起衬垫22变形并发生移位而变得更加靠近内表面16。随着填充密度的增加，在金属粒子12之间的用于适应金属粒子12的膨胀的可用空间减小，导致向衬垫22施加应力。通过(i)衬垫22的弹性变形和(ii)通过衬垫22的应力分布，至少部分地消除了这一应力。在金属粒子12正被释放的同时(即在解吸氢的过程中)，金属粒子12在体积上收缩，从而消除在以前金属粒子12处于已充吸状态时已经由金属粒子12施加的力中的至少一些力。结果，而且由于衬垫22的弹性，在释放的过程中衬垫22对它的变形(即由于以前金属粒子12的充吸而引起的变形)的至少一部分进行逆转。
衬垫22放置在容器空间20内，使得空隙空间202的至少一部分布置在侧壁163和衬垫22的至少一部分之间。在示出的实施例中，衬垫22具有大致管状的形式。在这一方面，衬垫22布置在侧壁163和容器10的轴线11之间，并绕轴线11延伸360°。衬垫22的至少一部分与侧壁163对置。在这一方面，侧壁163在与轴线11垂直的平面13内绕轴线11延伸360°，并且衬垫22的至少一部分布置在侧壁163和轴线11之间并在平面13内绕轴线11延伸360°。
参考图1、2和6，在示出的实施例中，在将衬垫22布置在容器空间20内时，衬垫22包括形成皱褶2202的侧壁223。通过交替的隆起2204和凹槽2206形成皱褶2202，隆起2204和凹槽2206中的每一个相对于平面13横向延伸。在将衬垫22布置在容器10的容器空间20内时，隆起2204与侧壁163接触，从而改善在金属粒子12与侧壁163之间的热连通和传热。在将衬垫22布置在容器空间20内时，凹槽2206在内壁16和衬垫22之间留出空间。在金属粒子12膨胀时，金属粒子12就向衬垫22施加力，引起皱褶2202变平(见图7)。
参考图1、4a和4b，为了支靠在容器侧壁163或肩部169上，衬垫22的第一和第二端221、222的每一端包括从衬垫侧壁223的周界径向向外凸出并绕衬垫侧壁223的周界延伸的各个唇缘224a、224b。唇缘224a、224b与内表面16接触并实现衬垫22与内表面16的接合或支靠，用于实现空隙空间202的形成。唇缘224a、224b与内表面16的接合大致防止金属粒子12以上述方式从储存空间201进入空隙空间202。
衬垫22由弹簧钢(低碳钢)SAE1010(具有50至60ksi的抗拉强度、30至40ksi的屈服强度、约29,000,000psi的弹性模量以及约11,000,000psi的刚性模量)构成。由于包括皱褶2202在内的这些特征和几何形状的组合，衬垫22设置成促进在容器10内的应力分布(相对于没有衬垫22的情形而言)。
设置喷嘴24用于流体连接至导管，以实现将正从金属粒子12释放的氢从容器空间20内输送至下游操作，如燃料电池或内燃机。该导管还促进向容器10供应氢以实现金属粒子12的充吸。图8示出了用于容器10的典型阀布置。阀300安装至喷嘴24，以实现对储存空间201与下游操作或供氢源之间的流体连通进行控制。除此之外，提供在阀300与内部空间20之间的喷嘴24内布置的过滤器元件，该过滤器元件包括316L不锈钢固体烧结过滤器。该过滤器元件起到用于将金属粒子12保持在空间20内的保持器的作用。
通过使容器10与根据需要起到散热件或热源作用的流体(液体或气体，如水或环境空气)接触，将热传递至容器10或使热从容器10耗散。必须冷却容器10以实现充吸，并且必须加热容器10以实现释放。图9示出了浸在用于实现必需的传热的液池400内的容器10。图10示出了由空气流实现的容器10必需的热传入和传出，通过机械风扇500产生该空气流，然后引导空气流在与容器10的外表面接触之前穿过传热介质510(如容纳加热或冷却流体的管道)。
参考图2、3、4a和4b，将结构18布置在空间201内，并将结构18设置成实现或改善在内表面16和布置在储存空间201内的金属粒子12之间的热连通。结构18包括多个细长的铝管30。管30从容器10的第二端162延伸并终止在第一端161的正下方。由衬垫22将管30与内表面16隔离，而且管30通过衬垫22与内表面16热连通。相对于管30，金属粒子12占用管30内的空间以及这些管30之间的空间。金属粒子12还占用容器10的第一端161内的空间。为了促进金属粒子12与内表面16之间的传热，这些管30被紧密填充而且与衬垫22直接物理接触以促进衬垫22与金属粒子12之间的传热。管30的紧密填充的结构推压衬垫22特别是唇缘224a、224b与内表面16接触接合。
这些管30在容纳膨胀的金属粒子12的膨胀力的一部分膨胀力中起到作用，从而减小在衬垫22及因此在容器10上的应力。在这一方面，这些管减小了膨胀的金属粒子12对容器10的影响。
这些管30还在限制储存空间201内产生的金属粒子12局部填充密度的差异中起到作用。这是因为管30起到限制金属粒子迁移的物理屏障的功能。
为了在充吸和释放过程中促进氢气的迁移，管30中的每一个管能够包括多个非常小的孔或穿孔301。优选地，这些孔或穿孔具有1/32”或更小的最大直径。这些孔足够小以允许氢气的迁移，但防止管30内的金属粒子12迁移到管30的外部并由此在膨胀过程中向相邻的材料或表面施加额外的力。
所述多个管30中的至少一个管能够以固体烧结过滤器筒为形式，该固体烧结过滤器筒将提供可透过的固体，以在不允许金属粒子12迁移的同时有助于氢气的吸收和解吸。在一个实施例中，固体烧结过滤器筒包括316L不锈钢。
参考图19a和19b，在一个实施例中，所述多个管30中的至少一个管包括流体通道管3001，该流体通道管3001相对于所述至少一个管30以大致同心的关系布置在所述至少一个管30内。流体通道管3001基本不容纳金属粒子12。金属粒子12占用在管30和3001之间的空间3003。流体通道管3001大致沿管30的整个长度延伸。将流体通道管3001设置成提供相对较低压力的流体通道，用于实现在孔241和至少在管30与3001之间的金属粒子12之间的氢气连通。
现在将描述一种对容器10的一个实施例进行装配的方法。提供容器10，该容器10具有由容器10的由图2中的附图标记101、102标识的终端之间的距离形成的355mm的长度；89mm的外部最大直径；和3.68mm的壁厚；而且该容器10由铝SAE 6061-T6构成。然后通过喷嘴24的孔241将衬垫22插入容器空间20内。
参考图5，以具有0.15mm厚度的273mm×268mm的片的形式提供衬垫22，用于与具有上述尺寸的容器10配合。进一步由第一和第二侧缘225、226形成衬垫22。分别在第一和第二端161、162处没有皱褶地形成唇缘224a、224b。衬垫22由弹簧钢(低碳钢)SAE1010构成。
参考图11，为了能够将衬垫插入，将衬垫22的侧缘225、226中的一个侧缘插入到在心轴700内设置的凹槽702内。随着将侧缘225或226中的一个侧缘布置在凹槽702内，然后通过人工操作者用手绕心轴700紧紧地卷起衬垫22。心轴700以具有圆柱形表面的杆状结构为形式，并起到用于促进卷起衬垫22的装置的作用。通过绕心轴700卷起衬垫22，对衬垫22进行调整以实现第一和第二侧缘225、226的重叠。优选地，将衬垫22调整成螺旋结构，并且在以下面描述的方式将衬垫22置于容器10内时维持第一和第二侧缘225、226的重叠。
参考图12，随着通过人工操作者的手将衬垫22紧紧地缠绕在心轴700上并维持(即挤压)在这一状态，通过喷嘴24将心轴700与衬垫22一起插入容器空间20内。一旦衬垫22的大约50％的长度已经通过喷嘴24插入，能够将施加来维持衬垫22处于在心轴700上的卷起状态的力解除，因为在这一位置，在衬垫22从心轴700松开时，衬垫不能够从容器空间20内松开。一旦维持衬垫22在心轴700上卷起的力被去除，衬垫22就呈现绕心轴700的径向膨胀状态(图13)。然后通过喷嘴24将心轴700从容器空间20中移开。衬垫22被推入至容器空间20内(见图4)，并且一旦不受喷嘴24的限制就进一步在径向方向上膨胀。
随着将衬垫22布置在容器空间20内，向容器10施加磁性力以使衬垫靠着容器10的内壁16的定位得以实现。在这一方面，这些磁性力向着内壁16吸引衬垫22(见图15)。
在图16-18内示出了一种用于施加上述磁性力的设备600。该设备600是超高分子量聚乙烯的塑料管602，该塑料管602形成用于容纳容器10的通道604。该管602具有311mm的长度、162mm的外径和89mm的内径，以适应根据当前正描述的方法装配的系统8的一个实施例。在该塑料管的外表面中提供用于容纳磁性材料608的凹槽606。提供磁性材料608用于实现上述磁性力。合适的磁性材料608的一个实例为由美国俄亥俄州西尔韦尼亚的Dura Magnetics公司(DuraMagnetics，Inc.of Sylvania，Ohio，U.S.A.)生产的稀土磁体(钕铁硼)(见www.duramag.com)。一旦布置在塑料管602的通道604内，由磁性材料608施加的磁性力就将衬垫22推压在容器10的内表面16上。
在继续向衬垫22施加磁性力时，通过喷嘴24将管30插入容器空间20内。随着容器10具有以上指定的尺寸，将每根具有12.7mm的外径、0.8mm的壁厚和263mm的长度的28根管30插入容器空间20内。一旦所有的31根管30布置在容器空间20内，管30就置于紧密填充的结构并将衬垫22压在容器10的内表面16上。结果，不再需要由磁性材料608施加的磁性力来将衬垫22推压在衬垫22上并由此实现衬垫22靠着内壁16的布置(即，唇缘224a、224b支靠在内壁16上)。现在能够将容器10从塑料管602的通道604中移开。
在这一状态中，衬垫22的唇缘224a、224b与内表面16接合用于(i)形成设置为容纳金属粒子12的储存空间201，并且还(ii)用于形成设置成随着金属粒子12在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间202，使得衬垫22与内表面16的接合大致防止并限制金属粒子12从储存空间201进入空隙空间202内。此时，根据刚才描述的方法装配的容器10的一个实施例大致呈现图2中示出的状态。在衬垫22处于这一状态时，通过喷嘴24用金属粒子12装填容器10的储存空间201。继续向容器10装填金属粒子12，直到储存空间201内的金属粒子12的水平面达到喷嘴24。
理解到通过以上述方法对容器10的一个实施例的装配，衬垫22与内表面16的接合基本上防止金属粒子进入空隙空间202内，但不完全防止进入空隙空间202内。这是因为即使在将管30插入至容器空间20内并从而压在衬垫22上后，特别是在同时相互挤压衬垫22的在相对边缘225、226处的部分以实现边缘225、226的重叠时将第一和第二端221、222压在内表面16上后，在衬垫22和内表面16之间的非常小的一个或一些空间继续存在并形成用于金属粒子12从储存空间201进入空隙空间202的潜在的一个或一些通道。然而在金属粒子12足够大时(如其中77％的金属粒子12具有大于150微米的粒子大小，而且更具体地，其中20％在1000至2800微米的范围内，23％在500至1000微米的范围内，34％在150微米的范围内，而其余在150微米以下)，在由上述方法产生的容器10的一个实施例中形成的这一或这些空间是足够小的使得任何周期性的进入是相对不显著的。在这一方面，这一进入也能够描述为被大致防止的或限制的。
尽管本公开内容描述并示出了本发明的优选实施例，应理解本发明不限于这些特定的实施例。对本发明范围内的熟练技术人员而言，可以出现许多变化和改变。关于本发明的限定，参考所附权利要求。
权利要求
1.一种设置用于至少容纳金属粒子的容器，这些金属粒子能够吸收氢，使得这些金属粒子在吸收氢时膨胀，该容器包括内表面，该容器包括衬垫，该衬垫放置在该容器内，使得在所述衬垫与所述内表面之间提供空隙空间；其中所述衬垫与所述内表面接合以在所述金属粒子容纳在所述容器内时大致防止金属粒子进入所述空隙空间内。
2.如权利要求1所述的容器，其中所述衬垫是足够柔性的以响应金属粒子的膨胀而变形。
3.如权利要求1所述的容器，其中对所述衬垫成形以形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)所述空隙空间，其中所述空隙空间设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩。
4.如权利要求3所述的容器，其中所述衬垫支靠在壁上，以在储存空间容纳金属粒子时大致防止所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
5.如权利要求3所述的容器，其中所述衬垫与壁邻接，以在所述储存空间容纳金属粒子时大致防止所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
6.如权利要求3所述的容器，其中将所述衬垫推压在壁上以在所述储存空间容纳金属粒子时大致防止所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
7.如权利要求4、5或6中的任何权利要求所述的容器，其中所述衬垫是足够弹性的，使得该衬垫具有对从金属粒子中释放氢作出响应而逆转至少一部分变形的倾向。
8.如权利要求7所述的容器，其中所述容器包括侧壁和轴线，该侧壁形成所述内表面的至少一部分，并与该轴线隔开且在平面内绕该轴线延伸360°，而且其中所述衬垫的至少一部分置于该侧壁和该轴线之间并在该平面内绕该轴线延伸360°。
9.如权利要求8所述的容器，其中所述衬垫的所述至少一部分与所述侧壁对置。
10.如权利要求9所述的容器，其中所述空隙空间的至少一部分置于所述侧壁和所述衬垫的所述至少一部分之间。
11.如权利要求10所述的容器，其中所述侧壁和所述衬垫中的每一个大致为管状。
12.如权利要求10或11所述的容器，其中所述衬垫包括由交替的隆起和凹槽形成的皱褶，这些隆起和凹槽中的每一个相对于所述平面横向延伸。
13.如权利要求12所述的容器，其中所述隆起中的至少一个隆起设置成在金属粒子容纳在所述储存空间内时与所述侧壁接触。
14.如权利要求13所述的容器，进一步包括置于所述储存空间内并与所述衬垫接触的热传导结构，构造该热传导结构用于实现在所述金属粒子和所述衬垫之间的传热。
15.如权利要求4、5或6中的任何权利要求所述的容器，其中所述衬垫包括由交替的隆起和凹槽形成的皱褶。
16.如权利要求15所述的容器，其中所述隆起中的至少一个隆起与所述侧壁接触。
17.如权利要求16所述的容器，进一步包括置于所述储存空间内并与所述衬垫接触的热传导结构，构造该热传导结构用于实现在所述金属粒子和所述衬垫之间的传热。
18.如权利要求17所述的容器，其中所述热传导结构将所述衬垫推压在壁上。
19.如权利要求4、5或6中的任何权利要求所述的容器，进一步包括置于所述储存空间内并与所述衬垫接触的热传导结构，构造该热传导结构用于实现在所述金属粒子和所述衬垫之间的传热。
20.如权利要求19所述的容器，其中所述热传导结构将所述衬垫推压在壁上，并且实现所述衬垫与所述内表面的接合或邻接或支靠。
21.如权利要求7所述的容器，其中所述衬垫比所述容器刚硬。
22.一种设置用于至少容纳金属粒子和气态氢的容器，这些金属粒子能够吸收氢，使得这些金属粒子在吸收氢时膨胀，该容器包括内表面，该容器包括衬垫，该衬垫放置在该容器内，使得在所述衬垫与所述内表面之间提供空隙空间；其中所述衬垫与所述内表面接合以在所述金属粒子容纳在所述容器内时限制金属粒子进入所述空隙空间内。
23.如权利要求22所述的容器，其中所述衬垫是足够柔性的以响应金属粒子的膨胀而变形。
24.如权利要求22所述的容器，其中对所述衬垫成形以形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)所述空隙空间，其中所述空隙空间设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩。
25.如权利要求22所述的容器，其中所述衬垫支靠在壁上，以在储存空间容纳金属粒子时大致防止所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
26.如权利要求22所述的容器，其中所述衬垫与壁邻接，以在所述储存空间容纳金属粒子时大致防止所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
27.如权利要求22所述的容器，其中将所述衬垫推压在壁上以在所述储存空间容纳金属粒子时大致防止所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
28.如权利要求25、26或27中的任何权利要求所述的容器，其中所述衬垫是足够弹性的，使得该衬垫具有对从金属粒子中释放氢作出响应而逆转至少一部分变形的倾向。
29.如权利要求28所述的容器，其中所述容器包括侧壁和轴线，该侧壁形成所述内表面的至少一部分，并与该轴线隔开且在平面内绕该轴线延伸360°，而且其中所述衬垫的至少一部分置于该侧壁和该轴线之间并在该平面内绕该轴线延伸360°。
30.如权利要求29所述的容器，其中所述衬垫的所述至少一部分与所述侧壁对置。
31.如权利要求30所述的容器，其中所述空隙空间的至少一部分置于所述侧壁和所述衬垫的所述至少一部分之间。
32.如权利要求31所述的容器，其中所述侧壁和所述衬垫中的每一个大致为管状。
33.如权利要求31或32所述的容器，其中所述衬垫包括由交替的隆起和凹槽形成的皱褶，这些隆起和凹槽中的每一个相对于所述平面横向延伸。
34.如权利要求33所述的容器，其中所述隆起中的至少一个隆起设置成在金属粒子容纳在所述储存空间内时与所述侧壁接触。
35.如权利要求34所述的容器，进一步包括置于所述储存空间内并与所述衬垫接触的热传导结构，构造该热传导结构用于实现在所述金属粒子和所述衬垫之间的传热。
36.如权利要求4、5或6中的任何权利要求所述的容器，其中所述衬垫包括由交替的隆起和凹槽形成的皱褶。
37.如权利要求36所述的容器，其中所述隆起中的至少一个隆起与所述侧壁接触。
38.如权利要求37所述的容器，进一步包括置于所述储存空间内并与所述衬垫接触的热传导结构，构造该热传导结构用于实现在所述金属粒子和所述衬垫之间的传热。
39.如权利要求38所述的容器，其中所述热传导结构将所述衬垫推压在壁上。
40.如权利要求25、26或27中的任何权利要求所述的容器，进一步包括置于所述储存空间内并与所述衬垫接触的热传导结构，构造该热传导结构用于实现在所述金属粒子和所述衬垫之间的传热。
41.如权利要求40所述的容器，其中所述热传导结构将所述衬垫推压在壁上，并且实现所述衬垫与所述内表面的接合或邻接或支靠。
42.如权利要求28所述的容器，其中所述衬垫比所述容器刚硬。
43.一种设置用于至少容纳金属粒子的容器，这些金属粒子能够吸收氢，使得这些金属粒子在吸收氢时膨胀，该容器形成容器空间并包括内表面，该容器包括衬垫，该衬垫放置在该容器空间内并与所述内表面接合，用于形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间；其中，在所述金属粒子容纳在所述储存空间内时，所述衬垫与所述内表面的接合大致防止所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
44.一种设置用于至少容纳气态氢和金属粒子的容器，这些金属粒子能够吸收氢，使得这些金属粒子在吸收氢时膨胀，该容器形成容器空间并包括内表面，该容器包括衬垫，该衬垫放置在该容器空间内并与所述内表面接合，用于形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间；其中，在所述金属粒子容纳在所述储存空间内时，所述衬垫与所述内表面的接合限制所述金属粒子从所述储存空间进入所述空隙空间内。
45.一种对用于容纳能够吸收氢的金属粒子的容器进行装配的方法，包括提供容器，该容器包括进口和内表面并形成容器空间；通过所述进口将磁响应衬垫插入容器空间；以及施加足够的磁性力以将所述衬垫推压在所述容器的所述内表面上。
46.如权利要求45所述的方法，其中在所述容器之外产生所述磁性力。
47.如权利要求46所述的方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
48.如权利要求47所述的方法，进一步包括在所述磁性力作用在所述衬垫上时通过所述进口将多个管插入所述容器空间内的步骤。
49.如权利要求48所述的方法，其中在所述容器之外产生所述磁性力。
50.如权利要求49所述的方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
51.一种对用于容纳能够吸收氢的金属粒子的容器进行装配的方法，包括提供容器，该容器包括进口和内表面并形成容器空间；通过所述进口将磁响应衬垫插入容器空间；施加足够的磁性力以将所述衬垫推压在所述容器的所述内表面上；在所述磁性力作用在所述衬垫上时通过所述进口将多个管插入所述容器空间内，以将所述衬垫推压至与所述内表面接合，从而形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间；终止施加所述磁性力；以及将多个金属粒子注入至所述储存空间内。
52.如权利要求51所述的方法，其中在所述容器之外产生所述磁性力。
53.如权利要求52所述的方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
54.一种对用于容纳能够吸收氢的金属粒子的容器进行装配的方法，包括提供容器，该容器包括进口和内表面并形成容器空间；绕心轴卷起磁响应衬垫，使得所述衬垫呈现绕所述心轴的螺旋结构；在所述衬垫绕所述心轴卷起时，通过所述进口将所述衬垫插入所述容器空间内；将所述衬垫从所述心轴松开；通过所述进口将所述心轴从所述容器空间移开；以及施加足够的磁性力以将所述衬垫推压在所述容器的所述内表面上。
55.如权利要求54所述的方法，其中在所述容器之外产生所述磁性力。
56.如权利要求55所述的方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
57.如权利要求56所述的方法，进一步包括在所述磁性力作用在所述衬垫上时通过所述进口将多个管插入所述容器空间内的步骤。
58.如权利要求57所述的方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
59.一种对用于容纳能够吸收氢的金属粒子的容器进行装配的方法，包括提供容器，该容器包括进口和内表面并形成容器空间；绕心轴卷起磁响应衬垫，使得所述衬垫呈现绕所述心轴的螺旋结构；在所述衬垫绕所述心轴卷起时，通过所述进口将所述衬垫插入所述容器空间内；将所述衬垫从所述心轴松开；通过所述进口将所述心轴从所述容器空间移开；施加足够的磁性力以将所述衬垫推压在所述容器的所述内表面上；在所述磁性力作用在所述衬垫上时通过所述进口将多个管插入所述容器空间内，以将所述衬垫推压至与所述内表面接合，从而形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间；终止施加所述磁性力；以及将多个金属粒子注入至所述储存空间内。
60.如权利要求59所述的方法，其中在所述容器之外产生所述磁性力。
61.如权利要求60所述的方法，其中正被插入所述容器空间内的所述衬垫具有螺旋结构，而且磁性力的施加实现所述衬垫从所述螺旋结构的膨胀。
全文摘要
一种设置用于至少容纳金属粒子(12)的容器(10)，这些金属粒子(12)能够吸收氢，使得这些金属粒子(12)在吸收氢时膨胀，该容器(10)包括内表面(16)，该容器包括衬垫(22)，该衬垫放置在该容器(10)内，使得在所述衬垫(22)与所述内表面(16)之间提供空隙空间(202)；其中所述衬垫(22)与所述内表面(16)接合以在所述金属粒子(12)容纳在所述容器(10)内时大致防止金属粒子(12)进入所述空隙空间(202)内。提供一种对用于容纳能够吸收氢的金属粒子(12)的容器(10)进行装配的方法，该方法包括容器(10)，该容器(10)包括进口和形成容器空间(202)的内表面(16)；绕心轴卷起磁响应衬垫，使得所述衬垫呈现绕所述心轴的螺旋结构；在所述衬垫绕所述心轴卷起时，通过所述进口将所述衬垫插入所述容器空间内；将所述衬垫从所述心轴松开；通过所述进口将所述心轴从所述容器空间移开；施加足够的磁性力以将所述衬垫推压在所述容器的所述内表面上；在所述磁性力作用在所述衬垫上时通过所述进口将多个管插入所述容器空间内，以将所述衬垫推压至与所述内表面接合，从而形成(i)设置为容纳金属粒子的储存空间和(ii)设置成随着金属粒子在吸收氢时膨胀而收缩的空隙空间；终止施加所述磁性力；以及将多个金属粒子注入至所述储存空间内。
文档编号B65D81/28GK1784571SQ200480011843
公开日2006年6月7日 申请日期2004年4月30日 优先权日2003年5月1日
发明者弗雷德里克·加格农, 罗伯特·舒尔茨, 帕特里克·拉罗谢勒, 斯蒂芬妮·根德龙 申请人:赫拉氢存储系统公司