[发明专利]一种模块化装填复合压实单元体的金属氢化物反应器

说明书

本发明提供一种模块化装填复合压实单元体的金属氢化物反应器，其构成包括反应器壳体、位于壳体内部的反应床、设置在壳体上的氢气进出口管和位于反应床中心的换热管；所述反应床由金属氢化物与膨胀石墨复合压实的单元体模块化装填构成，单元体设有上下贯通的用于氢气吸收与释放的通孔，构成反应床的单元体模块化装填结构，在径向呈圈层结构，相邻圈层的单元体，位于内圈的单元体其外缘面与外圈的单元体内缘面贴合，最内一圈的单元体其内缘面与换热管外缘面贴合，且单元体的膨胀石墨质量含量由内圈层向外圈层逐渐减小。本发明解决了现有技术存在的随着膨胀石墨填充量的增加，反应床的单位体积储氢密度会下降的问题。

技术领域

本发明属于固定床反应器技术领域，特别是涉及一种模块化装填膨胀石墨含量随热流变化而含量不同的复合压实单元体的金属氢化物反应器。

背景技术

储氢合金吸收氢气生成金属氢化物的反应过程会放出热量。而金属氢化物在被加热后会分解为储氢合金和氢气。利用这个特点，金属氢化物可应用于热化学蓄热领域，具有可逆性好、反应热大、腐蚀性低和反应易于控制等优点。此外，金属氢化物在制冷、空调和热泵等热利用领域也具有很大的应用潜力。

金属氢化物反应器是蓄热系统的核心部件，整个蓄热系统的性能取决于反应器的传热性能。强化金属氢化物反应器的传热性能有利于提高吸放氢反应速率和蓄热功率。其中，在金属氢化物床层中添加膨胀石墨是一种非常有效的反应器传热强化措施。例如，在镁氢化物中添加质量含量为10wt.％的膨胀石墨并压制为复合压实单元体，则其床层径向有效导热系数与粉末状床层相比有大幅提高，达到8W/(m·K)。并且，随着膨胀石墨含量的增加，床层有效导热系数还会有大幅提高。

但其不足之处在于，随着膨胀石墨填充量的增加，由于膨胀石墨不参与吸放氢反应，反应器床层的单位体积储氢密度会下降，体积蓄热密度也会随之减小。目前，复合压实单元体一般被制作成圆柱形，采用多块层叠方式装填到反应器壳体内。然而，金属氢化物与膨胀石墨复合压实单元体的尺寸较小，对于大直径的反应器如何高效装填复合压实单元体并保证高的氢气流动性也是一个难点。因此，如何解决上述问题成为本领域的研究重点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种根据热流变化模块化装填不同膨胀石墨含量的复合压实单元体所构成的金属氢化物反应器，以解决现有技术金属氢化物反应器存在的随着膨胀石墨填充量的增加，反应床的单位体积储氢密度会下降的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

本发明提供的模块化装填复合压实单元体的金属氢化物反应器，其构成包括反应器壳体、位于壳体内部的反应床、设置在壳体上的氢气进出口管和位于反应床中心的换热管；所述反应床由金属氢化物与膨胀石墨复合压实的单元体模块化装填构成，单元体设有上下贯通的用于氢气吸收与释放的通孔，构成反应床的单元体模块化装填结构，在径向呈圈层结构，相邻圈层的单元体，位于内圈的单元体其外缘面与外圈的单元体内缘面贴合，最内一圈的单元体其内缘面与换热管外缘面贴合，且单元体的膨胀石墨质量含量由内圈层向外圈层逐渐减小；换热管内通入换热流体用于冷却或加热单元体中的金属氢化物。

本发明还可进一步地采取以下技术措施，下述技术措施可分别采取，也可组合采取，甚至一并采取。

优选地，构成反应床的单元体膨胀石墨质量含量，可按圈层成梯度地逐渐减少，且外圈层的单元体膨胀石墨质量含量最好不少于3％，内圈层的单元体膨胀石墨质量含量最好不大于30％；进一步优选地，构成反应床的单元体膨胀石墨质量含量逐渐减少的梯度一般控制在0.5～10％范围。

优选地，反应床在轴向模块化装填有多层单元体，每层模块化装填结构相同，位于下层的单元体通孔与位于上层的单元体通孔对接，形成用于氢气吸收与释放的流道。

优选地，反应床由同一种结构与尺寸相同的单元体模块化装填构成；构成反应床的单元体尽量填充整个反应器壳体，以提高反应器内空间利用率。