本發(fā)明屬于氫氣固態(tài)存儲，具體涉及一種儲熱式維持反應(yīng)床層溫度穩(wěn)定的鎂基儲氫裝置。
背景技術(shù)：
1、隨著煤、石油、天然氣等石化能源的消耗減少和環(huán)境污染的加劇，氫能源作為一種易得的純綠色清潔能源，越來越受到人們的關(guān)注。但對于氫能源安全、高效和經(jīng)濟地應(yīng)用，還有不少需要解決的技術(shù)問題，也逐漸成為人們關(guān)注的新熱點。
2、目前鎂基儲氫裝置在吸/放氫過程中會產(chǎn)生大量熱/冷量，導(dǎo)致裝置溫度升高或降低，會抑制材料的吸放氫性能，為解決這一問題，很多裝置選擇引入冷熱一體機，為裝置吸氫過程提供冷量，為裝置放氫過程提供熱量，但是僅使用冷熱一體機大量提高系統(tǒng)能耗，使系統(tǒng)經(jīng)濟性降低。
3、由于鎂基儲氫材料吸放氫過程中會出現(xiàn)材料晶格膨脹，導(dǎo)致材料體積變大，對儲氫裝置外壁面產(chǎn)生較大應(yīng)力，使儲氫裝置出現(xiàn)局部應(yīng)力聚集，縮短裝置壽命，容易造成事故。儲氫合金在吸放氫過程中會產(chǎn)生大量的熱量或冷量，如果無法將熱量或冷量轉(zhuǎn)移到合金外部，會嚴(yán)重影響合金的吸放氫效果，故儲氫容器大都添加導(dǎo)熱管或翅片等傳熱結(jié)構(gòu)。
4、現(xiàn)有技術(shù)的氫化鎂儲氫設(shè)備，使用梯形的氫化鎂粉盒儲存鎂基儲氫材料。同時使用導(dǎo)熱墊、泡沫鎳以及氫化鎂粉盒作為傳熱結(jié)構(gòu)向外界進行傳熱，防止溫度不均導(dǎo)致內(nèi)外層反應(yīng)速率不一致的現(xiàn)象。但是上述結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致鎂基儲氫裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜難制造，成本高，裝卸儲氫合金也變得困難。更為嚴(yán)重的問題是：所構(gòu)建的梯形氫化鎂粉盒、導(dǎo)熱墊以及泡沫鎳等傳熱結(jié)構(gòu)內(nèi)長時間受到高溫鎂儲氫系統(tǒng)吸放熱產(chǎn)生的高低溫影響，極易損壞，使裝置壽命縮短，甚至造成事故。
5、綜上，亟需一種裝置溫度穩(wěn)定、吸放氫效果優(yōu)異、使用壽命長的儲氫裝置。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明為解決如何使儲氫裝置吸放氫過程中溫度穩(wěn)定，保證吸放氫效率、增加裝置使用壽命的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種儲熱式維持反應(yīng)床層溫度穩(wěn)定的鎂基儲氫裝置，其中，所述鎂基儲氫裝置包括充放氫口、換熱流體管路、通氣管、n個儲氫儲熱單元、金屬殼體、底盤和封頭；
2、所述儲氫儲熱單元包括鎂基儲氫材料托盤、鎂基儲氫材料和儲熱相變材料密封箱；
3、所述充放氫口設(shè)置于封頭上，與封頭的法蘭盤連接；
4、所述換熱流體管路由m根換熱流體進液管和換熱流體出液管嵌套組成，換熱流體進液管設(shè)置于換熱流體出液管內(nèi)，換熱流體管路設(shè)置在以底盤圓心為圓心的同心圓上，換熱流體管路垂直設(shè)置于底盤上，相鄰換熱流體管路在底盤截面的圓心之間的距離相等；
5、所述換熱流體進液管雙側(cè)開口，換熱流體出液管單側(cè)開口，開口設(shè)置于靠近底盤的一側(cè)，換熱流體進液管管徑小于換熱流體出液管管徑，換熱流體出液管與底盤連接；
6、所述通氣管設(shè)置于底盤中心，通氣管為中空直管，管壁為多孔結(jié)構(gòu)，與底盤連接；
7、所述儲熱相變材料密封箱設(shè)置于鎂基儲氫材料上，儲熱相變材料密封箱設(shè)有圓孔，能夠穿過通氣管，設(shè)置m個穿過換熱流體管路的孔；
8、所述鎂基儲氫材料托盤中心設(shè)有圓孔，能夠穿過通氣管，設(shè)置m個穿過換熱流體管路的孔，還設(shè)置若干個垂直于托盤的通氣孔，儲氫裝置內(nèi)的最底層為鎂基儲氫材料托盤且與底盤相接觸，儲氫裝置內(nèi)的最頂層為鎂基儲氫材料托盤；
9、所述鎂基儲氫材料設(shè)置于鎂基儲氫材料托盤上，鎂基儲氫材料設(shè)有圓孔，能夠穿過通氣管，設(shè)置m個穿過換熱流體管路的孔，還設(shè)置若干個垂直于托盤的通氣孔；
10、所述鎂基儲氫材料托盤、鎂基儲氫材料和儲熱相變材料密封箱由下到上依次堆疊裝填于金屬殼體內(nèi)；
11、沿儲氫裝置的軸向方向，換熱流體管路高于通氣管，通氣管高于儲氫儲熱單元。
12、進一步地，所述鎂基儲氫裝置的高徑比為2.8-3.1:1。
13、進一步地，所述鎂基儲氫材料在所述鎂基儲氫材料托盤中的填充率為78％-82％。
14、進一步地，所述鎂基儲氫材料與儲熱相變材料密封箱的高度比為1:1.5-2.5。
15、進一步地，所述換熱流體管路軸心與底盤圓心的距離為底盤半徑的0.25-0.75倍。
16、進一步地，所述鎂基儲氫材料吸氫過程中放出熱量，所述儲熱相變材料密封箱受熱液化，儲存熱量。
17、進一步地，所述儲熱相變材料密封箱的相變材料為熔融鹽。
18、優(yōu)選地，所述儲熱相變材料密封箱的相變材料為nano3熔融鹽或kno3熔融鹽。
19、進一步地，所述鎂基儲氫材料托盤為銅質(zhì)。
20、進一步地，所述通氣管直徑范圍為10-12mm。
21、進一步地，所述換熱流體進液管直徑為6-8mm。
22、進一步地，所述換熱流體出液管直徑為10-12mm。
23、進一步地，所述m為4-8。
24、有益效果：
25、(1)本發(fā)明提供的儲氫裝置在吸氫和放氫過程中能夠減少熱損耗，吸氫過程中放出的熱量先由儲熱相變材料密封箱中的相變材料吸收，過量部分通過換熱管路移出裝置，能夠維持裝置的溫度在合適的溫度區(qū)間，在氫氣進入裝置后在軸向上均勻分布，通過通氣管的多孔結(jié)構(gòu)在徑向上均勻分布，避免傳統(tǒng)儲熱裝置在徑向上熱量驟變，引起儲氫材料失活的問題。
26、(2)本發(fā)明提供的鎂基儲氫裝置使用相變材料儲存箱，相變材料為熔融鹽，例如nano3、kno3，將熱量/冷量儲存起來，在吸/放氫過程中吸收/釋放熱量，維持反應(yīng)床層溫度場在最佳吸/放氫溫度(310-350℃)區(qū)間內(nèi)，同時降低鎂基儲氫瓶吸收和解吸過程產(chǎn)生的能耗，降低高低溫一體機功耗，減少了整體使用以及維護成本，提高了裝置的經(jīng)濟效益。
27、(3)本發(fā)明提供的鎂基儲氫裝置內(nèi)部換熱流體管路的布置，有效增加了換熱面積，使其罐體內(nèi)部換熱情況均勻，進一步使裝置在材料吸放氫過程中維持反應(yīng)溫度場在某一恒定范圍，并通過換熱管和托盤的結(jié)構(gòu)，使流體與儲氫裝置內(nèi)部材料換熱均勻，提高了熱管理效率，從而消除了鎂基儲氫裝置氫氣解吸和吸收過程中裝置內(nèi)部溫度場所產(chǎn)生的變化，銅質(zhì)鎂基儲氫材料托盤的布置防止了儲氫材料在裝置內(nèi)部由于吸放氫產(chǎn)生的板結(jié)，便于材料的裝卸，同時防止材料因吸放氫導(dǎo)致晶格膨脹進而產(chǎn)生對儲氫裝置外壁面的應(yīng)力集中，提高了鎂基儲氫裝置使用壽命以及安全性。
28、(4)在鎂基儲氫裝置內(nèi)部設(shè)置通氣管，改善了裝置內(nèi)部氫氣流動情況，使氫氣能夠直接到達裝置內(nèi)部，改善反應(yīng)傳遞慢以及材料升溫/降溫導(dǎo)致材料吸/放氫受抑制的現(xiàn)象，使得鎂基儲氫裝置氫氣解吸和吸收過程有效提升。
29、說明書附圖
30、圖1為本發(fā)明實施例中的鎂基儲氫裝置結(jié)構(gòu)圖。
31、圖2為本發(fā)明實施例中鎂基儲氫裝置內(nèi)部換熱流體管路結(jié)構(gòu)圖。
32、圖中：1充放氫口，2-1～2-6換熱流體出口管路，3-1～3-6換熱流體入口管路、4換熱流體管路、5通氣管、6儲熱相變材料密封箱、7鎂基儲氫材料托盤、8鎂基儲氫材料。
1.一種儲熱式維持反應(yīng)床層溫度穩(wěn)定的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲氫裝置包括充放氫口、換熱流體管路、通氣管、n個儲氫儲熱單元、金屬殼體、底盤和封頭；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲氫裝置的高徑比為2.8-3.1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲氫材料在所述鎂基儲氫材料托盤中的填充率為78％-82％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲氫材料與儲熱相變材料密封箱的高度比為1:1.5-2.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述換熱流體管路軸心與底盤圓心的距離為底盤半徑的0.25-0.75倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲氫材料吸氫過程中放出熱量，所述儲熱相變材料密封箱受熱液化，儲存熱量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述儲熱相變材料密封箱的相變材料為熔融鹽，優(yōu)選為nano3熔融鹽或kno3熔融鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述鎂基儲氫材料托盤為銅質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述通氣管直徑為10-12mm；
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基儲氫裝置，其特征在于，所述m為4-8。