本發(fā)明涉及氫氣壓縮領(lǐng)域，特別是一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

1、氫氣具有能量密度高、分布廣、可再生、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),被視為一種潛在的能源。氫燃料電池汽車的發(fā)展以及車載氣態(tài)增壓罐壓力的提升，對(duì)加氫技術(shù)提出更高的要求。目前比較成熟的技術(shù)是機(jī)械式氫壓縮機(jī)，適用于大規(guī)模、高壓(可達(dá)1000bar)的場(chǎng)景，如加氫站、工業(yè)制氫。但是也有著噪聲大，機(jī)械部件易磨損、能耗高等缺點(diǎn)。

2、相比于機(jī)械式氫壓縮機(jī)，金屬氫化物氫壓縮機(jī)是一種利用金屬氫化物的可逆吸放氫特性來(lái)實(shí)現(xiàn)氫氣壓縮的設(shè)備。依靠熱驅(qū)動(dòng)的吸/放氫反應(yīng)，無(wú)需活塞、膜片等機(jī)械部件，因此無(wú)機(jī)械磨損、低噪音、免維護(hù)，適合長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。以外金屬氫化物對(duì)氫氣具有選擇性吸附特性，壓縮過程中可去除雜質(zhì)(如水、氧氣)，輸出氫氣純度極高(>99.999％)。氫氣以固態(tài)形式儲(chǔ)存在金屬氫化物中，泄露風(fēng)險(xiǎn)低，安全性高。

3、實(shí)驗(yàn)室研究中通常使用的氫氣量較少，對(duì)氫氣純度、靜音、安全性有要求。因此，亟需設(shè)計(jì)一種用于實(shí)驗(yàn)室高壓氫氣制備的金屬氫化物壓縮機(jī)，以滿足上述需求。

4、綜上，如何利用合金實(shí)現(xiàn)低壓氫氣的回收和高壓氫氣制備和純化的需求成為了本領(lǐng)域研究人員急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何利用合金實(shí)現(xiàn)低壓氫氣的回收和高壓氫氣制備和純化的需求；

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明是一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置，包括：進(jìn)氫接頭，其與所述單向閥進(jìn)氣端連接；第一三通閥，其第一端與所述單向閥出氣端連接，其第二端通過球閥與出氫接頭連接，其第三端與第二三通閥的第一端連接；壓力傳感器，其與所述第二三通閥的第二端連接；增壓罐，其通過直角接頭與所述第二三通閥的第三端連接；加熱套，其套設(shè)在所述增壓罐外；儲(chǔ)氫合金粉末，其置于所述增壓罐內(nèi)。

4、進(jìn)一步，所述增壓罐內(nèi)還有膨脹石墨。

5、進(jìn)一步，所述儲(chǔ)氫合金粉末為鈦系ab2型儲(chǔ)氫合金或稀土系ab5型儲(chǔ)氫合金或鈦鐵系儲(chǔ)氫合金或釩基儲(chǔ)氫合金，所述儲(chǔ)氫合金粉末的粒徑范圍為0.2mm～1.2mm；儲(chǔ)氫合金粉末與膨脹石墨的質(zhì)量比為7/3～99/1。

6、進(jìn)一步，所述增壓罐內(nèi)軸向設(shè)置有濾芯，所述濾芯與所述增壓罐之間設(shè)置有儲(chǔ)氫合金粉末、膨脹石墨，所述濾芯的內(nèi)徑為3mm～5mm，所述濾芯的孔隙率為1μm～5μm。

7、進(jìn)一步，所述單向閥與所述第一三通閥之間設(shè)置有第三三通閥，所述第三三通閥的第一端與所述單向閥連接，所述第三三通閥的第二端與所述第一三通閥連接，所述第三三通閥的第三端與所述泄壓閥連接，所述泄壓閥與排空接頭連接。

8、進(jìn)一步，所述增壓罐內(nèi)設(shè)置有周向設(shè)置的導(dǎo)熱管，位于所述導(dǎo)熱管端部外側(cè)設(shè)置有第一風(fēng)扇。

9、進(jìn)一步，所述增壓罐徑向外側(cè)設(shè)置有至少設(shè)置有一第二風(fēng)扇；所述增壓罐內(nèi)設(shè)置有軸向的熱電偶，所述熱電偶與溫度控制器、繼電器、開關(guān)、第二風(fēng)扇連接。

10、本方案還公開了一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置的使用方法，當(dāng)需要對(duì)裝置內(nèi)的空氣進(jìn)行排空時(shí)，采用如下步驟：

11、a：將真空泵連接出氫接頭，然后進(jìn)行真空泵抽氣半小時(shí)，當(dāng)壓力傳感器示數(shù)接近真空時(shí)，關(guān)閉球閥；

12、b：選用氦氣瓶與進(jìn)氫接頭連接，將氦氣瓶輸出壓力調(diào)整至1mpa，打開氦氣瓶閥，向裝置內(nèi)進(jìn)行充氣；

13、c：充氣完成后關(guān)閉氦氣瓶閥，觀察壓力傳感器示數(shù)有無(wú)下降；保壓1小時(shí)示數(shù)無(wú)下降，打開球閥和真空泵；重復(fù)數(shù)次，拆除真空泵，裝置吹掃排空完成。

14、當(dāng)需要向增壓罐內(nèi)進(jìn)行充氫時(shí)，采用如下步驟：

15、a：氫氣瓶與進(jìn)氫接頭連接，打開氫氣瓶的瓶閥，負(fù)壓的增壓罐開始吸收氫氣；

16、b：打開第一風(fēng)扇、第二風(fēng)扇，向外排放增壓罐的內(nèi)部熱量，監(jiān)測(cè)壓力傳感器示數(shù)；

17、c：充氣完成后，裝置充氫完成。

18、當(dāng)增壓罐需要向外進(jìn)行放氫時(shí)，采用如下步驟：

19、s1：外部緩沖罐與出氫接頭連接；

20、s2：關(guān)閉第一風(fēng)扇、第二風(fēng)扇；

21、s3：加熱套對(duì)增壓罐進(jìn)行加熱，當(dāng)熱電偶27測(cè)得增壓罐的壁溫度到達(dá)約200℃，壓力傳感器測(cè)得氫氣壓力達(dá)到15mpa時(shí)，打開球閥，氫氣充入至緩沖罐中；

22、s4：完成放氫后，打開第一風(fēng)扇、第二風(fēng)扇，對(duì)增壓罐進(jìn)行散熱。

23、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明是一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置及使用方法，本方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

24、1、本方案通過導(dǎo)熱管冷卻的方式的方式，在不需要額外消耗能量的前提下，提升了增壓罐的充放氫性能，避免了采用水冷方式對(duì)金屬進(jìn)行加熱和冷卻需要配置循環(huán)水泵、換熱器等裝置，避免了換熱過程的能耗，降低了系統(tǒng)重量和體積；與直接氣冷方式對(duì)比，大幅提升了增壓罐的傳熱傳質(zhì)性能，避免了為了保證氣冷效果而需要將罐體直徑控制得很小，而導(dǎo)致系統(tǒng)體積密度和質(zhì)量密度大幅下降的問題。

25、2、本方案通過在增壓罐內(nèi)部將儲(chǔ)氫合金粉末與膨脹石墨混合填充，膨脹石墨具有較好的傳熱特性，可以大幅提升傳熱性能；同時(shí)，膨脹石墨的多孔結(jié)構(gòu)也避免材料吸氫膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力集中和壓實(shí)效應(yīng)對(duì)罐體的安全性能產(chǎn)生影響，也避免了壓實(shí)效應(yīng)導(dǎo)致的氫氣傳導(dǎo)效果變差。

26、3、本方案在增壓罐外設(shè)置有第二風(fēng)扇，在增壓罐吸氫的時(shí)候采用第二風(fēng)扇將吸氫過程中熱量的高效導(dǎo)出，降低裝置下一次氫氣壓縮所需時(shí)間。

27、4、本方案通過在增壓罐的出入口處設(shè)置有濾芯，在氫氣快速輸入和輸出增壓罐時(shí)，能夠避免膨脹石墨、儲(chǔ)氫合金粉末在進(jìn)入至管道內(nèi)從而損壞閥門和氣路，相對(duì)于使用貫穿式濾芯降低了成本。

28、5、本方案安裝了壓力傳感器、泄壓閥，方便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)合金增壓罐罐內(nèi)壓力的同時(shí)，避免出現(xiàn)氫氣超壓事件，提高了系統(tǒng)的安全性。

技術(shù)特征：

1.一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置，其特征在于，所述增壓罐內(nèi)還有膨脹石墨。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)氫合金粉末為鈦系ab2型儲(chǔ)氫合金或稀土系ab5型儲(chǔ)氫合金或鈦鐵系儲(chǔ)氫合金或釩基儲(chǔ)氫合金，所述儲(chǔ)氫合金粉末的粒徑范圍為0.2mm～1.2mm；儲(chǔ)氫合金粉末與膨脹石墨的質(zhì)量比為7/3～99/1。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置，其特征在于，所述增壓罐內(nèi)的進(jìn)出口處設(shè)置有濾芯，所述濾芯的內(nèi)徑為3mm～5mm，所述濾芯的孔隙率為1μm～5μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置，其特征在于，所述單向閥與所述第一三通閥之間設(shè)置有第三三通閥，所述第三三通閥的第一端與所述單向閥連接，所述第三三通閥的第二端與所述第一三通閥連接，所述第三三通閥的第三端與所述泄壓閥連接，所述泄壓閥與排空接頭連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置，其特征在于，所述增壓罐內(nèi)設(shè)置有周向設(shè)置的導(dǎo)熱管，位于所述導(dǎo)熱管端部外側(cè)設(shè)置有第一風(fēng)扇。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置，其特征在于，所述增壓罐徑向外側(cè)設(shè)置有至少設(shè)置有一個(gè)第二風(fēng)扇；

8.一種根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置的使用方法，其特征在于，當(dāng)需要對(duì)裝置內(nèi)的空氣進(jìn)行排空時(shí)，采用如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置的使用方法，其特征在于，當(dāng)需要向增壓罐內(nèi)進(jìn)行充氫時(shí)，采用如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置的使用方法，其特征在于，當(dāng)增壓罐需要向外進(jìn)行放氫時(shí)，采用如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明是一種實(shí)驗(yàn)室用的金屬氫化物氫壓縮裝置及使用方法，在本方案中，當(dāng)需要充氫時(shí)，外部的氫氣瓶與進(jìn)氫接頭連接，氫氣經(jīng)單向閥、第一三通閥的第三端、第二三通閥進(jìn)入至增壓罐內(nèi)，第二三通閥處的壓力傳感器用于檢測(cè)增壓罐內(nèi)氣體的壓力，氫氣進(jìn)入至增壓罐內(nèi)后被儲(chǔ)氫合金粉末吸收，完成裝置的沖氫；當(dāng)需要增壓罐放氫時(shí)，通過加熱套對(duì)增壓罐加熱，儲(chǔ)氫合金粉末會(huì)釋放氫氣，當(dāng)增壓罐內(nèi)的溫度、壓力達(dá)到一定數(shù)值后，打開球閥，氫氣經(jīng)第二三通閥、第一三通閥的第二端、出氫接頭與外部的緩沖罐連接，完成裝置的放氫。

技術(shù)研發(fā)人員：潘秋陽(yáng),潘太軍,劉雪瑩,徐林華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8