专利名称：氢存储单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氢存储单元并且更具体地涉及ー种能用于固体金属氢化物吸收/吸附和氢脱附的单元。
背景技术：
氢可以被存储用于作为燃料或用作其它目的。一些氢存储单元包括ー个封闭的容积，该容积承载氢存储材料比如催化的MgH2或其它高温金属氢化物(以及不同合金)的一个床层。
有大量的热学上的挑战与这些存储单元相关。典型的氢存储材料必须保持在365 摄氏度周围的很窄的操作温度区间内才能有效地工作。
典型地，在吸收/吸附的过程中，ー种氢存储材料的床层内要求一个小于20摄氏度的温度梯度，以确保所有材料吸收/吸附它在化学上可以吸收/吸附的全部量的氢。如果在该床层中，最冷材料的温度比最热材料的温度低20摄氏度以上，该催化剂将与氢发生化学反应以形成氢化物，从而減少它的效力。正如通常在最靠近外壁的材料上所发生的，如果这个温差显著超过20摄氏度，所导致的动力学过程将实质地减慢并且吸收/吸附将不会在ー个实际时间内继续完成。
由于该存储单元被填充，氢通过该氢存储材料被吸收/吸附。这个反应是放热反应，即脱附热量。该反应的热能添加到压缩的热能上并且必须被消散出去，以便把氢存储材料保持在期望的操作温度范围内。
当该存储单元为空吋，即当输送氢时，氢被从该氢存储材料中脱附。这个反应是吸热反应，即吸收热量。
一些存储单元结合一个加热器以在该存储单元输送氢的过程中，使氢存储材料保持在期望的操作温度的区间内。由于期望操作温度典型地远远高于环境温度，所希望的是使从该存储单元到大气环境的热损失最小化，以最小化从该加热器要求的能量输入，也就是最大化热效率。
氢存储材料产生压カ并且由于当它吸收/吸附氢时该材料膨胀，可能变形或破坏该容器。作为细的粉碎粒子掉落到该容器的底部进入多个间隙的结果，在高填充密度情况下在氢化物床层中也可能发生应カ累积，因此引起该容器的底部的氢化物填充碎片的逐渐增加。
图I示例性地表示了现有技术中处于ー个存储罐形式的氢存储単元10，该存储罐包括ー个外壁14，包含处于氢化物形式的氢存储材料床层12。外壁14被一个净向外的力Fk机械性地施加应力。该净向外的力Fk等于该膨胀カ(即，由氢化物产生的机械性应力)加上流体静カ(即，氢的压力)。
图2示出了现有技术中在金属氢化物的床层中使温度梯度最小化的方法。图2是一个轴向的横截面视图，示出了通过ー个围绕它的外部的隔层30而绝热的ー个外容器20。
外容器20负载了铝泡沫18，、分隔器32以及金属氢化物颗粒34。这些金属氢化物颗粒填充到铝泡沫18的这些孔隙空间内。铝泡沫18和这些金属氢化物颗粒34的混合物可令人期望地具有比ー种金属氢化物颗粒的固体床层更高的导热性能。分隔器32横向地跨越外容器20延伸，并且被沿着该外容器纵向间隔开，以最小化这些金属氢化物颗粒34的移动(这些金属氢化物颗粒典型地以ー种粉碎的粉末的形式存在)以消除致密点。分隔器32使这些金属氢化物颗粒34能够移动的距离最小化。
一根管线22在外容器20的内部纵向地延伸。管线22是ー个带有多个透气壁的管状结构，这些透气壁形成ー个多孔金属过滤器。
从而管线22与外容器20的内部处于流体连通，以限定可逆的流通路径24，通过该流通路径氢被从该外容器20的内部接收进入其中并且从其中被输送出去。希望的是，管线22被定位在这些金属氢化物颗粒34的ー个上部范围的上方。
存储单元16包括ー个冷却管28，该冷却管以U型环路方式在外容器20的内部沿着存储单元16的整个长度延伸。冷却管28包括ー个入口 26和ー个出ロ 25。冷却剂通过入口 26进入管28并且在它从出口 25出来之前横穿外容器20的内部，从铝泡沫18和金属氢化物颗粒34中吸收热量。
图3示出了图2中的现有技术中的存储单元16的ー个横向的截面视图。
该现有技术的这些不同结构具有明显的缺陷。
铝泡沫非常昂贵。它的成本典型地至少为金属氢化物的三倍。此外，铝泡沫的使用要求金属氢化物以很细的粉末形式存在以便有效地填充该泡沫中的多个孔并且达到高填充密度。非常细的粉末的生产由于増加了工具的需求而显著增加了材料的生产成本。
分隔器能减少气瓶壁上的应カ但是不能消除这种应力。结果加载在气瓶壁与分隔器上的应カ仍能够远远超过由气态氢施加的流体静应力。因此，该气瓶壁需要比其它存储罐壁厚很多以抵抗这样的力。
采用带有用于消除热量的内置热连通器的ー个高度绝热的钢瓶的缺点是需要用在用于提取热量的安全热传递流体上的成本，例如，在350摄氏度。可用的流体典型地都较昂贵，在空气中自动可燃并且有剧毒。
除此之外，这些可用流体的工作温度被典型地限制在400摄氏度，该温度涉及ー个3到5大气压的极限脱附压力，该压カ进而限制从该单元可以输送的氢的速率。为了达到高压脱附，在高温氢化物中，需要显著的高温。通过电热器元件可以达到直到600摄氏度甚至以上的高温。
上述对现有技术的參照并非意在承认这些信息构成了本领域技术人员的一般常识的一部分。发明内容
本发明的ー个方面提供了ー种氢存储单元，该氢储存单元包括
ー个流体连通端ロ ；
ー个外容器壁；以及
一个用于氢存储材料的内隔室，该内隔室与该流体连通端ロ处于流体连通，该内隔室被从该外容器分隔开以限定一个在该内隔室与外容器壁之间的ー个外周空间。
在本发明的一种优选的形式中，该内隔室与该外周容积处于流体连通并且该流体
全文摘要
一种氢容器包括一个流体连通端口、一个外容器和一个内隔室。该内容器包含一种氢存储材料，比如一种金属氢化物。在一个实施案例中，该内容器是与该外容器机械地隔离的。在该外和内容器之间的隔离提供了每个容器之间一个外周容积。围绕该内隔室的外周容积可以是与该内隔室流体地隔离的。该氢存储单元进一步包括与该外周容积相连通的一个流体压力装置；以及用于在脱附和吸收的过程中控制该流体压力装置的一个控制器。
文档编号F17C3/08GK102782389SQ201180010530
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月24日
发明者乔丹·克里斯托弗·皮尔斯, 本杰明·大卫·盖梅尔, 马修·坎贝尔·格里夫斯 申请人:海德瑞克斯亚股份有限公司