一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器的制作方法
未命名
08-03
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1.本发明涉及氢能源制备领域,特别涉及一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器。
背景技术:
2.目前为止,制取氢气的方法主要包括传统的化石燃料转换制氢、电解水制氢、新型的生物制氢、光催化分解制氢以及金属制氢等,其中以铝、铝合金等为代表的金属材料作为制氢材料引起了人们的关注,一方面铝是地壳中含量最丰富的金属元素,来源广泛,价格低廉;另一方面铝水解制氢具有很高的氢气产量,储氢值为11.1%,反应过程不产生含碳和氮的有害物质,产物环境友好,副产物可实现完全的循环利用。
3.铝水反应制氢是一种具有独特优势的供氢方式,通过合适的反应装置可以提供可靠的氢源。然而铝表面致密的氧化层阻止了铝水的接触反应产生氢气,在目前的一些除去钝化层的方法中,如加碱法、熔融法、合金法等,加入一定浓度的碱溶液是一种快速、比较行之有效的方法。然而碱的强腐蚀性以及反应过程的放热效应,反应放出的热量如果不能得到有效控制,存在因反应仓内部温度过高而引起爆炸的危险。
4.现有技术中针对反应仓内的铝水反应散热处理多为独立装置,其次产氢速率与碱浓度、反应温度以及反应面积有关,要控制该反应并获得稳定流量的氢气,一个重要措施是控制固液反应的面积和及时移除反应热。
5.因此为了适应和满足铝水反应制氢对反应器提出的耐碱性、耐高温环境要求,且进一步提高制氢反应器的空间利用率从而增强其实用性,设计一种结果简单、安全可靠、轻量化的集成铝水制氢反应器是主要的发展方向。
技术实现要素:
6.针对现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,具有提高空间利用率从而增强其实用性,实现轻量化、集成化设计的效果。
7.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,包括:
8.内胆,其内部形成供铝水反应的反应腔;
9.外罩,罩设在所述内胆外部;
10.连接框,固定于所述内胆和所述外罩的上端;
11.所述内胆、所述外罩以及所述连接框之间形成夹层,同时所述内胆和所述外罩之间设置有支撑层。
12.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述支撑层上贯穿设置有通孔,使得所述夹层内形成相互连通的散热流道。
13.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述支撑层包括若干侧板和若干底板,所述侧板和所述底板均呈角钢状设置,且两侧与所述内胆固定,折角位置与所述外罩固
定。
14.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述内胆和所述外罩的底部位置呈圆弧状设置,所述内胆和所述外罩的拐角位置处设置有圆弧形的连接板。
15.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:其中两侧的所述连接板的一端连接所述侧板的折角位置,且另一端连接所述底板的折角位置,另外两侧的所述连接板的一端连接所述侧板的折角位置,且另一端连接所述底板的侧壁。
16.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述内胆和所述外罩的四周拐角位置呈圆弧状设置,所述内胆和所述外罩的拐角位置处设置有加强板。
17.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述加强板呈角钢状设置,且两侧与所述内胆固定,折角位置与所述外罩固定。
18.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述加强板内部设置有加强筋,所述加强筋的一端固定于所述加强板的折角位置,且另一端固定于所述内胆的拐角位置。
19.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述侧板、所述底板以及所述加强板的夹角均为锐角。
20.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为:所述内胆、所述外罩、所述连接框以及所述支撑层均为钛合金材质。
21.综上所述,本发明具有以下有益效果:
22.1.通过采用轻量化刚度结构设计,可有效实现减重,减小了反应器整体体积和重量,实现了反应器轻量化、集成化设计;
23.2.通过采用钛合金材质,使得整个反应器可满足耐碱性、耐高温环境要求,提高制氢反应器的空间利用率从而增强其实用性;
24.3.通过在反应器内设置搞结构强度的支撑层,起刚性支撑作用,实现共同承载,可耐受反应过程产生的氢气以及放热效应综合形成的内压;
25.4.通过在支撑层上开设通孔,使支撑层可作为冷却水的循环流道,增大散热面积,提高散热效率,提高反应器空间利用率;
26.5.通过根据流体及热仿真结果设置进水口和出水口的位置,并通过调整控制阀开度控制冷却水循环速度,从而实现内胆内温度控制。
附图说明
27.图1是实施例的结构示意图;
28.图2是实施例的连接关系示意图;
29.图3是实施例的支撑层的结构示意图;
30.图4是实施例的加强板和加强筋的结构示意图。
31.附图标记:1、内胆;2、外罩;3、连接框;4、支撑层;41、侧板;42、底板;5、通孔;6、连接板;7、加强板;8、加强筋。
具体实施方式
32.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
33.如图1、图2所示,一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,包括内胆1、外罩2
以及连接框3,内胆1、外罩2以及连接框3均采用钛合金材质,利用钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能好的优点,使得整个反应器满足耐碱性、耐高温的环境要求。
34.如图1、图2所示,内胆1的内部形成供铝水反应的反应腔,外罩2罩设在内胆1外部,连接框3固定于内胆1和外罩2的上端,使得内胆1、外罩2以及连接框3之间形成密闭的夹层。
35.如图1、图2所示,内胆1和外罩2之间设置有钛合金材质的支撑层4,支撑层4起刚性支撑作用,可耐受反应过程产生的氢气以及放热效应综合形成的内压。支撑层4上贯穿设置有若干通孔5,使得夹层内形成相互连通的散热流道,同时外罩2上具有进水口和出水口,以利用冷水对反应器进行循环散热。
36.因此在反应器使用之前,先给内胆1和外罩2之间的夹层中注入冷却水,内胆1中可直接填装固态制氢混合填料。使用时,内腔固态制氢材料与水反应生成氢气,此时反应器中的氢气通过上部的出气口输出至其它储存或供氢单元。
37.与此同时,打开进水口上的控制阀通过水循环实现控温,冷却水在外部的循环泵的作用下在夹层中进行循环,可将铝水反应器在水解反应过程中产生的热量导出。
38.其中在进水口和出水口的位置选择过程中,根据流体及热仿真结果,利用有限元分析确定水循环过程中各处的温度值,根据温度值的变化选择进水口和出水口的位置,从而选择最优的水路。并且在水流循环冷却过程中,可通过调整控制阀的开度控制冷却水循环速度,从而实现内胆1内的温度控制。
39.如图3、图4所示,支撑层4包括若干侧板41和若干底板42,侧板41和底板42均呈角钢状设置,且两侧与内胆1固定,折角位置与外罩2固定,同时相邻的侧板41或底板42之间相抵接,满足整个内胆1与外罩2之间的支撑。
40.如图3、图4所示,其中通孔5开设在侧板41和底板42的两侧,且相互对应,并沿着侧板41和底板42的长度方向均匀分布,从而在水循环过程中,能够多通路实现水流的流动,使水流发生湍流,提高水流的流动路径和流动时间,增大散热面积,提高散热效率,提高反应器空间利用率。
41.侧板41和底板42夹角均为锐角,优选为85
°
,由于侧板41和底板42呈角钢状,因此其截面构成一个三角形,能够对内胆1和外罩2进行稳定支撑。同时由于夹角为锐角,且受到的作用力由内向外,因此将作用于侧板41和底板42的开口位置,同时在受力后,能够尽可能的避免侧板41和底板42向外张开,防止形变,从而提高结构强度。
42.如图3、图4所示,内胆1和外罩2的底部位置呈圆弧状设置,内胆1和外罩2的拐角位置处设置有圆弧形的连接板6,以用于增大底部位置的结构强度和承载能力,充分克服反应过程产生的氢气以及放热效应综合形成的内压。
43.如图3、图4所示,由于底板42的长度方向相同,因此在连接板6的固定过程中,其中两侧的连接板6的一端连接侧板41的折角位置,且另一端连接底板42的折角位置,另外两侧的连接板6的一端连接侧板41的折角位置,且另一端连接底板42的侧壁。
44.由于连接板6位于底板42折角位置与侧板41的折角位置以及底板42侧壁与侧板41的折角位置,因此能够防止底板42和侧板41作用时产生的应力集中,将点受力分散至面受力,使得整个内胆1和外罩2共同承载所需承受的内力,从而有效的提高结构强度。
45.如图3、图4所示,内胆1和外罩2的四周拐角位置呈圆弧状设置,内胆1和外罩2的拐
角位置处设置有加强板7。加强板7呈角钢状设置,且两侧与内胆1固定,折角位置与外罩2固定。
46.如图3、图4所示,加强板7的夹角为锐角,且优选为55
°
。加强板7的内部设置有加强筋8,加强筋8的一端固定于加强板7的折角位置,且另一端固定于内胆1的拐角位置。
47.因此通过在内胆1和外罩2的四周拐角位置增设加强板7,并在加强板7中设置加强筋8,能够有效的对内胆1和外罩2的拐角位置进行支撑,由于拐角位置所受的内力比较大,因此增设加强筋8,恰好顶住拐角位置,将直接冲击拐角的力进行分散,防止出现变形,提高结构强度。
48.加强板7的夹角为55
°
,因此所构成等腰三角形,因此当将作用力作用于加强板7的开口位置后,能够尽可能的避免侧板41和底板42向外张开,防止形变,从而提高结构强度。
49.具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
技术特征:
1.一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:包括:内胆(1),其内部形成供铝水反应的反应腔;外罩(2),罩设在所述内胆(1)外部;连接框(3),固定于所述内胆(1)和所述外罩(2)的上端;所述内胆(1)、所述外罩(2)以及所述连接框(3)之间形成夹层,同时所述内胆(1)和所述外罩(2)之间设置有支撑层(4)。2.根据权利要求1所述的一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:所述支撑层(4)上贯穿设置有通孔(5),使得所述夹层内形成相互连通的散热流道。3.根据权利要求2所述的一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:所述支撑层(4)包括若干侧板(41)和若干底板(42),所述侧板(41)和所述底板(42)均呈角钢状设置,且两侧与所述内胆(1)固定,折角位置与所述外罩(2)固定。4.根据权利要求3所述的一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:所述内胆(1)和所述外罩(2)的底部位置呈圆弧状设置,所述内胆(1)和所述外罩(2)的拐角位置处设置有圆弧形的连接板(6)。5.根据权利要求4所述的一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:其中两侧的所述连接板(6)的一端连接所述侧板(41)的折角位置,且另一端连接所述底板(42)的折角位置,另外两侧的所述连接板(6)的一端连接所述侧板(41)的折角位置,且另一端连接所述底板(42)的侧壁。6.根据权利要求3所述的一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:所述内胆(1)和所述外罩(2)的四周拐角位置呈圆弧状设置,所述内胆(1)和所述外罩(2)的拐角位置处设置有加强板(7)。7.根据权利要求6所述的一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:所述加强板(7)呈角钢状设置,且两侧与所述内胆(1)固定,折角位置与所述外罩(2)固定。8.根据权利要求7所述的一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:所述加强板(7)内部设置有加强筋(8),所述加强筋(8)的一端固定于所述加强板(7)的折角位置,且另一端固定于所述内胆(1)的拐角位置。9.根据权利要求7所述的一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:所述侧板(41)、所述底板(42)以及所述加强板(7)的夹角均为锐角。10.根据权利要求1所述的一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,其特征在于:所述内胆(1)、所述外罩(2)、所述连接框(3)以及所述支撑层(4)均为钛合金材质。
技术总结
本发明公开了一种用于铝水反应制氢的轻量化集成反应器,包括:内胆,其内部形成供铝水反应的反应腔;外罩,罩设在内胆外部;连接框,固定于内胆和外罩的上端;内胆、外罩以及连接框之间形成夹层,同时内胆和外罩之间设置有支撑层。本发明具有以下优点和效果:通过采用轻量化刚度结构设计,可有效实现减重,减小了反应器整体体积和重量,实现了反应器轻量化、集成化设计。通过采用钛合金材质,使得整个反应器可满足耐碱性、耐高温环境要求,提高制氢反应器的空间利用率从而增强其实用性。通过在支撑层上开设通孔,使支撑层可作为冷却水的循环流道,增大散热面积,提高散热效率,提高反应器空间利用率。空间利用率。空间利用率。
技术研发人员:贺乐 陈业华
受保护的技术使用者:北京华创慧氢科技有限公司
技术研发日:2023.05.26
技术公布日:2023/8/2
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