８１
。！！！』韭±ｉ二１３１１１§￡！！塑！＃±ｌｌｇｇ＆
是提高装置内部氢气流动畅通．在装置的中心部位贯通放置以气体导滴管。采用有Ｒ王差分法 和二维热传导模型计算该装置充氧过程的热场分布情况。采用的圆柱啦标二维导热模型方程
表达式如Ｆ：
÷×爿哮卜氧ｔ詈卜＝孵罟
式中：ｒ表示半径，ｚ表示装置的高度，Ｔ为ｔ擅，１为时何，ｃＤ为储氰台垒在压力Ｐ下的吸
｝
ｉ
＝
圈５储堑装置在宅气换ｍ条件Ｆ∞放氧＊《
Ｆｉｇ ５
ｈｙｄｒｏｇ∞ｄｅｓｃｃｐｔｉ∞ｎ“ａｎｄ
ｃａｐａｅｉｔｙｏｆⅢ日ｕｒ●ｄｅｒ ａｉｒｌ豳ｔｄｄａｗｃ
ｃｏｅｘｉｉｔｉ∞
图６为该储氢装置经过３６０９敞垒克／全放氢（２０℃和３．０ＭＰａ氢压充氢，５０℃放氢）后 的循环容量保持率曲线。由图可见，３６００次循环后，储氯装置的储氢容量依然保持选到９４％ 以上。
±鱼塾立三垂兰童王些墨些！些壅∞墨！唑望垫垄堡堡堡耋生
目４
ＭＨ５００ ｇ盒Ｈ§“钶镕丑蓑！
Ｆ％４ＭＦＩＳ００ｍｏｄｅｌｍｅｔａｌ
ｈｙｄｄｄｃ啪ｉｓｔｅｒ
图４为采用可ｖ０４ｌＦｅｅ ｏｇＭｎｌ ５快淬台金为工质的ＭＨ５００型储氧装茕殳物图。整个储氧 装置为空气换热型结构设计，设计储氢容量为５００ Ｌ。该储氢装置由３个储氢装置单体组装 而成，单体采用铝台金罐为储氢装置窖器。图５为该储氧装置在Ｉ ５℃和３ ＭＰａ氢压条件下 吸氢饱和后．在ｌ ５℃空气换热环境Ｆ放氢时的印时放氢流量、累计放氢容量、装置表面温 度的变化曲线。在最初的１２０ ｒａｉｎ内．储氢装置竹即时放氢流量基本维持为４｜Ｌ／ｒａｉｎ，累计 放氢最随时间增加线性增大＋罐体表面温度维持１２℃左右。１２０ ｒａｉｎ后．即时放氢流量逐渐 减小，累计放氧容量增长缓慢．罐体表面温度有所回升。在１５６ｒａｉｎ后该储钮装置放钮结束， 累计放氢容量达到５６２ ７５ Ｌ。
刘晓鹏，男，ｔ９７４年￡｝三．籍贯陕西。２００１年毕ｑｋ于大连理工大学获村科学博士学位，现为北京有色金属研 究总院高级下程师。主要研究方向为储氧材料‘ｉ技术，发表论文３０余篇。
Ｅｍａｉｌ：ｘｐｇｌｉｕ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｒｎ．ｃｎ．Ｔｅｌ：ＯｌＯ・８２２４１２４０：
Ｆａｘ ０１０－８２２４１２９４
本项｜ｊ为闰家８６３资助项Ｈ（合同弓２００６Ａ．Ａ０５２１４４）和９７３项ｌｊ资助（２０１０ＣＢ６３１３０５）
中国动力１二程学会．Ｔ业气体专业委员会２００９年技术论坛论文集
誊旨ｊ暑＿２＾ｌＩ譬考。
图６储氢装谨循环寿命曲线
Ｆｉｇ．６ Ｃｙｃｌｅ ｌｉｆｅ ｏｆｍｅｔａｌ ｈｙｄｒｉｄｅ ｃａｎｉｓｔｅｒ
３结论 对圆柱形金属氢化物储氢装置的二维导热模犁计算衷明，空气换热颦储氢装置内部的合 金反应床存在明显的温度梯度场，吸氧时储氧装置中心部位的温度最高，需要强化其芯部换 热条件。采用甩‘昏快淬工艺制备１１Ｖ０４ｌＦｅ００９Ｍｎｌ ５合金，可以提高合金的吸放氢循环性能， 以其为工质制备的储氧装置经过３６００次吸放氢循环后的容量保持率达到９４％以上。 参考文献 【１】Ｈａｒｔｌｃｙ Ｒ Ｍ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ［Ｍ］．Ｂｉｌｌｉｎｇｓ
（３２ｌ：１９６９－１９８１．
『８１ Ｍｕｔｈｕｋｕｍａｒ Ｅ Ｓａｔｈｅｅｓｈ八Ｍａｄｈａｖａｋｒｉｓｈｎａ Ｕ ｅｔ ａ１．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｈｅａｔ Ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｄｕｒｉｎｇ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｉｎ Ｍｅｔａｌ Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｂｅｄｓ ｌＪ］．Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，
中国动力丁程学会Ｔ业气体专业委员会２００９年技术论坛论文集
金属氢化物储氢装置研究
刘晓鹏１‘ 蒋利军１ 陈立新２
（Ｉ．北京有色金属研究总院能源材料与技术研究所，北京１０００８８） （２．浙江大学材料科学与工程学系，浙江杭州３１００２７）
摘要：采用有限差分法和二维导热模型计算了网柱形金属氧化物储氯装置内部储氧过程的温度场分布， 结果表明空。Ｃ换热型储氢装置内部的合金反应床存在明显的温度梯度场，吸氢时储氢装黄中心部位的温度 最高，需要强化其芯部换热条件，以提高储氢装置的储放氢性能。对比研究了铸态以及ＪＵ带快淬上艺制备
却方式，距离外界越近的地方，热最可以较快导因此，在空气交换型储氡装置设讣对，应强化装置芯部的换热 条件，如加大合金床体对应部位的导热纤维最等。
Ｆｉｇ
２Ｄｌｎｉｂｍ…ｆｔ帅岬ｎＪｍｎｌ日ｏｆｍｅ咖ｈｙｄｒｉｄｅｋｄ
罔２鱼属氧化物睐体克氧过程温度场分布
ＴｉＶｏ。ｌＦｅｏｏｇＭｎｌ ５合金吸放氧循环寿命，表口』ｊ甩带快淬Ｔ艺町以疆著提商储氧合金的吸放氯循环住能。以甩
带快淬工艺制备的ＴｉＶ０４１ＦｅｏｏｇＭｎｌ ５合金为工质的储氢装置，经过３６００次吸放氧循环后的容量保持率达到 ９４％以上。 关键词，金属氢化物；储氢装置：储氢性能；传热传质性能
ｌ引言 氨以燃烧效率高、燃烧产物洁净等突出优点成为蕈要的二次能源。安全、高效的氧气 储存和输运技术是氢能规模化利用必须解决的关键问题。与高压气态和液态储氢方式相比， 以储氧合金为介质的金属氧化物储氯装置具有体积储氯密度高、储存氯压低、放氧纯度高、 安全性好和使用寿命长等优点。世界上第，。台金属氢化物储氢装置始于１９７６年，采用Ｔｉ．Ｆｅ 系储氧合金为工质，储氢容量为２５００ Ｌ【ｌ】。经过三十几年的发展，金属氧化物储氧装置已 经应用于许多领域，如氢气的安全贮运系统、燃氢车辆的氢燃料箱、电站氢气冷却装置、工 、Ｉｋ副产氧的分离回收装置，氰同位素分离装置、燃料电池的氧源系统等。随着质子交换膜燃 料电池（ＰＥＭＦＣ）技术日益成熟，带动了金属氢化物储氢装置的快速发展。１９９６年日本丰田 公司首次将金属氧化物储氧装置用于ＰＥＭＦＣ电动汽车的车载氧源。德国开始采用以金属氯 化物储氢装置为氢源的燃料电池系统作为其ＡｌＰ犁潜艇的常规动力【２】，Ｆ１前该类型潜艇已 经量产，具有更好的隐蔽性。闭内的固态储氯技术与装置研究始于上世纪七十年代末，研究 单位包括北京有色金属研究总院、浙汀大学、中科院上海微系统与信息技术研究所等，单体 储氢容量从１５ Ｌ至１００ Ｎｍ３多种规格，主要应用于氢气的储存、贮运、净化、压缩以及副 产氯的分离回收、小功率燃料电池氧源等方面。 目前，金属氢化物储氢装置的发展方向主要是进一步研究提高其储氢密度、传热传质 性能和循环使用寿命等。本文针对以盯Ｖ０４ｌＦｅｏｏｏＭｎｌ ５合金为工质制备的金属氢化物储氧装 置，分析计算了它的传热传质特性，并实验研究了它的储氢性能。 ２实验与结果 ２。ｌ传热传质性能 ｆ｛１于储氧合金储放氯过程具有显著热效应，吸氧时放热，而放氧时吸热，因此金属氧 化物储氢装置的结构设计应保证装置内有效的热交换和氢气流动的畅通性。储氢合金粉末的 热导率一般为０．２～２ ｗ／ｍ・Ｋ【３，４】，导热性几乎与玻璃相同。为了提高储氧合金粉末床体的 传热性能并强化装置内外的热交换，一般通过在装置内部安置‘。定结构的换热部件，同时在 储氯合金粉末中添加一定比例的导热材料。除储氧合金粉末的低导热率因素外， 储氧装置 的传热特性也受储氢装置尺寸、储氢合金粉末粒度、装置内填允率、冷却／加热流体的温度、 吸放氧压力和速率等凶素影响。为优化储氧装置的传热特性，可以采用一维或■维传热模型 计算模拟装置允放氢过程内部热场分布情况【５—８】。 图ｌ为圆柱型储氧装置（直径７０ｍｍ，高度７０ｒａｍ）和网格划分示意图。该装置中储 氢合金反应床体由４０＂＇８０日ＴｉＶ０４１ＦｅｏｏｇＭｎｌ ５储氢合金粉末和一定最金属纤维压制而成，床 体的导热系数为３．０ ｗ／ｍ・Ｋ，内部不含流体导热管，即储氰装置与外界只进行空气换热。为
２００９《５０）：６９－７５．
ｏｎ
ｍｅｔａ Ｉ ｈｙｄｒｉｄｅ ｅａｎｉｓｔｅｒ
ｏ
Ｌｉｕ Ｘｉａｏｐｅｎｇ’ｄｕｔＳｎｉｘｉＬ ｙ Ｃｈｅｎ Ｊｉａｎｇ Ｌｉｊｕｎｌ （Ｉ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ
Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｒｐ，１９７７
『２１ Ｎａｋａｍｕｒａ Ｙ’Ｎａｋａｍｕｒａ Ｈ．Ｆｕｊｉｔａｎｉ Ｓ ｅｔ ａ１．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ａ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ－Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ Ａｌｌｏｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ Ａ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ『Ｊ１．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡｌｌｏｙｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ．１ ９９９ ｆ２３ １）：８９８－９０２ ｆ３１ Ｈａｈｎｅ Ｌ Ｋａｌｌｗｅｉｔ Ｊ．Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｈｙｄｆｉｄｅ Ｍａｔｃｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆＨｙｄｒｖｇｅｎ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｄｏｉ：１０．１０１
６／ｉ．ｉｊｈｙｄｅｎｅ．２００８．（１６．０３３
【５】Ｄｅｍｉｒｃａｎ八Ｄｅｍｉｒａｌｐ Ｍ．Ｋａｐｌａｎ Ｙ ｅｔ ａ１．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ａｎｄ Ｔｈｅｎｒｅｔｉｅａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｉｎ Ｌａｎｉｓ－Ｈ２ Ｒｅａｃｔｏｒｓ［Ｊ］．／ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌ ｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎ ＥｎｅｒＫｖ．２００５ ｆ３０）：１４３７・１４４６． 『６１ Ｄｏｇａｎ八Ｋａｐｌａｎ Ｙ．Ｎｅｊａｔ ＶｅｚｉｒｏｇｌｕＴ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅａｔ Ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｉｎ Ａ Ｍｅｔａｌ Ｈｙｄｒｉｄｅ ＢｅｄｌＪ］．ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．２００４１１５０）：１６９－１８０． ［７１ Ｐｈａｔｅ Ａ Ｋ．Ｐｒａｋａｓｈ Ｍａｉｙａ￣Ｌ Ｓｒｉｎｉｖａｓａ ＭｕｒｔｈｙＳ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｈｅａｔ Ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｄｕｒｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｉｎ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｍｅｔａｌ Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｂｅｄｓ【Ｊ】．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ矿Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ。２００７