小型氢储能金属氢化物反应器结构设计.pdfVIP

2024年第08期总第327期

小型氢储能金属氢化物反应器结构设计

方王刚1，2黄静1，2，3任兴海1，2符敏博1，2程腾飞1，2段象群1，2

1.合肥通用机械研究院有限公司，安徽合肥，230031

2.合肥通用机械研究院特种设备检验站有限公司，安徽合肥，230031

3.国机特种设备检验有限公司，安徽合肥，230031

摘要：金属氢化物固态储氢技术由于其体积储氢密度高、状态稳定和损耗低，适合于大规模、长时

间的能量存储。建立了小型氢储能金属氢化物反应器的有限元仿真模型，从结构设计的角度研究了不同

结构参数对金属氢化物反应器性能的影响规律。结果表明：在相同换热结构体积和合金质量的前提下，

翅片数量越多，反应器半径越细，冷却管半径越粗，传热能力越好，吸氢性能越好。

关键词：金属氢化物储氢反应器；翅片换热结构；燃料电池微电网；结构优化；性能仿真

中图分类号：TK91；TH122收稿日期：2024-06-28

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408023

1前言应器储氢性能的影响规律，以及最优结构的放氢性能，

氢能作为一种高效、清洁的能源储存和转换形式备为制氢-固态储氢-燃料电池耦合系统实践提供理论

［1］指导。

受关注，安全高效的氢储运技术是氢能利用的关键，

固态储氢与高压氢气和低温液氢相比，具有体积储能密2模型介绍

度高、储氢压力低、安全性高、运维成本低、操作简便等

21几何模型

优势，是最具潜力的规模化储氢解决方案。

本文针对带轴向翅片的换热结构的金属氢化物储

然而，金属氢化物在吸氢过程会释放热量，放氢过

氢容器进行研究。图1为储氢容器示意图，中心有换热

［2］

程会吸收热量，如果不能及时移除与供给这部分能

管，管中通过换热流体，管外换热翅片直接焊接在换热

量，则会严重影响金属氢化物吸/放氢性能，甚至会导致

管上，翅片式换热结构可以带走吸氢过程反应床合金化

金属氢化物的烧结。因此，实现金属氢化物高效储氢的

学反应产生的热量。

［3］

关键在于金属氢化物储氢装置的热管理。

近年来，众多学者利用软件模拟和数值分析的手

段，研究不同类型金属氢化物储氢装置性能。George

［4］

等利用有限元建模软件模拟NaAlH合金在类蜂窝型4

换热结构内的脱附和吸收过程并计算出最佳长厚比；

［5］

Wang等利用能积耗散原理优化变截面翅片结构和金

属氢化物储氢装置体的尺寸，得到最佳的传热效率；

［6］

Sharma等在不同气候条件下提高光伏电解制氢-固态

储氢-燃料电池微电网的性能和效率。图1轴向翅片换热结构储氢反应器示意图

综上所述，本文针对带轴向翅片换热结构的金属氢设定储氢反应器高度L为100mm，半径R为

化物储氢反应器建立了多物理场耦合数值模型，在储氢40mm，换热结构材质选用316L不锈钢，厚度100mm，

合金装填量、换热结构体积占比和运行参数等条件相同采用水作为换热流体，反应器内部填充的合金材料选用

的前提下，研究吸氢过程中装置不同结构参数下储氢反LaNi。5

基金项目基金项目：：安徽省重大产业创新计划