專利名稱：金屬氫化物儲(chǔ)存罐及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬氫化物氫氣儲(chǔ)存罐，特別是關(guān)于一種用于氫氣燃料電池的金屬氫化物氫氣儲(chǔ)存罐，其可強(qiáng)化熱傳導(dǎo)并提供金屬氫化物均布膨脹的空間。本發(fā)明還涉及該金屬氫化物儲(chǔ)存罐的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著人類文明的進(jìn)步，傳統(tǒng)能源，譬如煤、石油及天然氣的消耗量持續(xù)攀高，造成地球嚴(yán)重的污染，導(dǎo)致溫室效應(yīng)及酸雨等環(huán)境的惡化。此外，人類已清楚地體會(huì)認(rèn)識(shí)到天然能源的存量是有限的，如果被持續(xù)地濫用，可能在不久的將來(lái)便會(huì)消耗殆盡。因此，世界先進(jìn)國(guó)家近來(lái)無(wú)不致力于研發(fā)新的替代能源，而燃料電池便是其中的一種重要且具發(fā)展?jié)摿皩?shí)用價(jià)值的選擇，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相較，燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、排氣干凈、噪音低、且不使用傳統(tǒng)燃油等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。
簡(jiǎn)而言之，燃料電池是一種將氫和氧透過(guò)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能及水，也可說(shuō)是一種水電解的逆反應(yīng)，以將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，其包括多個(gè)電池單體，每一單體包括位于中央的一質(zhì)子交換膜(proton exchange membrane，PEM)，其兩側(cè)各設(shè)一層催化劑，其外再各設(shè)置一層氣體擴(kuò)散層(gas diffusion layer，GDL)，最外側(cè)則分別設(shè)一陽(yáng)極雙極板與陰極雙極板，將此構(gòu)件緊密地以一預(yù)定的接觸壓力結(jié)合在一起而成一電池單體。
燃料電池在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了能獲得足夠的電力，通常將多個(gè)上述的電池單體堆棧串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成一電池堆，并通過(guò)設(shè)于電池堆縱向相對(duì)端的二端板，以及多個(gè)穿設(shè)過(guò)二端板周緣的系桿，將電池堆鎖固于二端板之間。
在燃料電池進(jìn)行前述的水電解的逆反應(yīng)，以將其化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的同時(shí)，必需將電池堆的壓力保持在一固定的范圍內(nèi)，以使水電解的逆反應(yīng)可在最佳的壓力條件下，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，提高轉(zhuǎn)換效率。
在一般燃料電池中，一種現(xiàn)有裝載氫氣源的材料為所謂的金屬氫化物(metal hydride)，這種金屬氫化物在特定溫度狀態(tài)下，可在一相對(duì)應(yīng)的壓力釋放氫氣，其釋放氫氣的過(guò)程為一吸熱反應(yīng)(endothermicreaction)。當(dāng)儲(chǔ)存于金屬氫化物內(nèi)的氫氣被完全釋放后，可再將新鮮純氫氣回充至金屬氫化物內(nèi)，且其充填氫氣的過(guò)程為一放熱反應(yīng)(exothermic reaction)。金屬氫化物所在的特定溫度與其所釋放氫氣的壓力間大致呈一具有正向斜率的線性關(guān)系，這種線性關(guān)系根據(jù)不同制造商所制造的金屬氫化物的特性有所不同。
有鑒于氫氫的易燃特性，必須將氫氣以一種安全、且輕便的方法預(yù)先儲(chǔ)存于一特定儲(chǔ)存罐內(nèi)，再依需要釋放氫氣，進(jìn)行前述逆反應(yīng)?，F(xiàn)有的儲(chǔ)存罐多為一金屬罐，其可承受一預(yù)定的壓力及溫度，其將一預(yù)定體積的金屬氫化物置入該儲(chǔ)存罐中，再將該儲(chǔ)存罐封口。
但由于金屬氫化物在吸收了氫氣后，其體積較其未吸收氫氣前的體積增加約百分的五至二十，故在將金屬氫化物裝填入該金屬罐時(shí)，必需保留多余的空間，提供該金屬氫化物所需的膨脹空間。由于現(xiàn)有的儲(chǔ)存罐將一預(yù)定體積的金屬氫化物置于同一空間內(nèi)，因此，在金屬氫化物膨脹的同時(shí)，會(huì)造成金屬氫化物彼此擠壓；再者，金屬氫化物在吸氫時(shí)會(huì)放熱，導(dǎo)致溫度升高而減緩吸氫速率，此時(shí)需要利用罐體表面釋出熱量以降低溫度，在放氫時(shí)會(huì)吸熱而降低溫度，也需依賴罐體表面吸入熱量以升高溫度，同時(shí)金屬氫化物為低導(dǎo)熱率物質(zhì)，必須增加熱傳增強(qiáng)機(jī)制以改善熱傳速率；且被釋出的氫氣應(yīng)經(jīng)由一較為通暢的管道被放出儲(chǔ)存罐的釋出口。
除應(yīng)用于燃料電池之外，這種金屬氫化物氫氣儲(chǔ)存罐尚有其它用途，例如氫能熱泵、氫能冷氣機(jī)等。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的提供一種金屬氫化物儲(chǔ)存罐及其制作方法，其可改進(jìn)熱傳導(dǎo)、防止金屬氫化物彼此擠壓、防止金屬氫化物堆形成龜裂、且可提供氫氣可被通暢地輸送至儲(chǔ)存罐的釋出口的管道，以確實(shí)提高燃料電池的操作效率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種金屬氫化物儲(chǔ)存罐，至少包含一儲(chǔ)存罐罐體，具有一內(nèi)徑、一底端以及一相對(duì)該底端的釋出口端；一分隔盤，疊置于該罐體內(nèi)，用于容置一預(yù)定體積的金屬氫化物；該分隔盤由可導(dǎo)熱材料制成，具有一底面及一周壁，由該底面周緣大致垂直延伸，該底面上形成一第一孔洞；該周壁具有一外徑，大致與該罐體的內(nèi)徑相等；一第一桿件，對(duì)應(yīng)穿插過(guò)該分隔盤底面的第一孔洞，以將該分隔盤定位于該罐體內(nèi)，該第一桿件具有一多孔表面，且與該罐體的釋出口端連通，用于將外界的氫氣導(dǎo)入該分隔盤的金屬氧化物中，并將金屬氫化物釋出的氫氣導(dǎo)引至罐體的釋出口端。
本發(fā)明還提供一種制作金屬氫化物儲(chǔ)存罐的方法，包含以下的步驟a.提供一具有一開(kāi)口的罐體預(yù)先成形體；b.疊置多個(gè)裝載有未充氫金屬氫化物的分隔盤；c.以具有一多孔表面的至少一桿件，依序貫穿該疊置的分隔盤；d.將該疊置及定位的分隔盤，由該開(kāi)口置入該預(yù)先成形體中；及e.將該預(yù)先成形體及開(kāi)口熱壓，使該預(yù)先成形體的內(nèi)徑趨近于該分隔盤的外徑，并將開(kāi)口收口。
換言之，本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，運(yùn)用至少一由可導(dǎo)熱材料制成的分隔盤，設(shè)于儲(chǔ)存罐內(nèi)，用于容置金屬氫化物；以及一多孔桿件，用于將該分隔盤固定于該儲(chǔ)存罐內(nèi)，且可用于將金屬氫化物釋出的氫氣導(dǎo)引至儲(chǔ)存罐的釋出口。本發(fā)明進(jìn)一步揭示該金屬氫化物儲(chǔ)存罐的制作方法。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于本發(fā)明的分隔盤30將容置于罐體20內(nèi)的金屬氫化物分成若干堆體，因此，可防止金屬氫化物膨脹時(shí)造成金屬氫化物彼此擠壓。再者，由于本發(fā)明的分隔盤30的周壁34與罐體20緊密貼靠，且該分隔盤30由可導(dǎo)熱材料所制成，因此，其可確保施于儲(chǔ)存罐的熱能可經(jīng)由分隔盤30的傳導(dǎo)，均勻地施加于各分隔盤30內(nèi)的金屬氫化物，因而強(qiáng)化熱傳導(dǎo)并提供金屬氫化物均布膨脹的空間，并使金屬氫化物堆完全地釋放其所儲(chǔ)存的氫氣。本發(fā)明中所應(yīng)用的多孔桿件40p，亦可作為將金屬氫化物釋出的氫氣導(dǎo)引至儲(chǔ)存罐20釋出口24的通暢的管道，藉以確實(shí)提高燃料電池的操作效率。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明圖1顯示一依據(jù)本發(fā)明金屬氫化物儲(chǔ)存罐的立體分解圖；
圖2顯示該金屬氫化物儲(chǔ)存罐的剖面視圖；圖3顯示一分隔盤的立體視圖；及圖4顯示一儲(chǔ)存罐罐體的剖面視圖。
圖中符號(hào)說(shuō)明Di 內(nèi)徑Do 外徑20 儲(chǔ)存罐罐體22 底端24 釋出口端30 分隔盤30t最頂端的分隔盤32 底面34 周壁36 孔洞38 凹陷40 桿件40p具多孔表面桿件50 蓋體56 穿孔具體實(shí)施方式
參考圖1所示金屬氫化物儲(chǔ)存罐(canister)10，其包含一儲(chǔ)存罐罐體20；多個(gè)分隔盤(wafer baffle)30；多條桿件40；及一蓋體50。
參圖4，該儲(chǔ)存罐罐體20具有一內(nèi)徑Di、底端22以及一相對(duì)該底端的釋出口端24。
參圖3，該分隔盤30疊置于該罐體20內(nèi)，用于容置一預(yù)定體積的金屬氫化物。每一分隔盤30由可導(dǎo)熱材料制成，且具有一底面32及一具有一外徑Do的周壁34，由該底面32周緣大致垂直延伸。該分隔盤30底面32上形成多個(gè)孔洞36。如圖3所示，每一分隔盤30的周壁34上緣，較佳形成至少一凹陷38，以增加分隔盤30的支撐強(qiáng)度，防止疊置于其上的另一分隔盤塌陷于該分隔盤30中。該周壁34所圍成的外徑Do大致與該罐體20的內(nèi)徑Di相等。
該蓋體50在相對(duì)應(yīng)于該分隔盤30底面32上的孔洞36處，形成相對(duì)應(yīng)的穿孔56，且疊置于位于最頂端的分隔盤30t上，用于將容置于位于最頂端的分隔盤30t內(nèi)的金屬氫化物保持在該分隔盤30t內(nèi)。該蓋體50較佳亦由燒結(jié)制程所制得的多孔金屬燒結(jié)蓋體。
該桿件40依序穿插過(guò)該分隔盤30底面32的孔洞36及蓋體50的穿孔56，以將該分隔盤30及蓋體50定位于該罐體20內(nèi)。其中至少一桿件40p具有一多孔表面，用于將金屬氫化物釋出的氫氣導(dǎo)引至罐體20的釋出口端24。該具有一多孔表面的桿件40p，可由任何可抗高溫及高壓的材料制成，較佳者，是經(jīng)由燒結(jié)工藝所制得的多孔金屬燒結(jié)桿件(porous metal sintered tubing)。
為方便制作本發(fā)明的金屬氫化物儲(chǔ)存罐10，該罐體20于成形前為一大致呈圓柱體狀的預(yù)先成形體(preformed body)。該預(yù)先成形體在相對(duì)于成形的罐體20的釋出口端24形成有一開(kāi)口，且使其內(nèi)徑稍大于該分隔盤30周壁34的外徑Do。
制作本發(fā)明的金屬氫化物儲(chǔ)存罐10時(shí)，先將未儲(chǔ)存有氫氣的金屬氫化物置于各別的分隔盤30內(nèi)，每一分隔盤30內(nèi)應(yīng)保留適當(dāng)?shù)目臻g，提供該金屬氫化物于吸收氫氣后所需的膨脹空間。
接著，將該分隔盤30以其底面32孔洞36彼此對(duì)齊的方式疊置，若分隔盤30所選用的材料強(qiáng)度仍嫌不足，則各分隔盤30的周壁34上緣上所形成的凹陷38，恰可增加其承載強(qiáng)度，防止疊置于上方的分隔盤30塌陷至疊置于下方的分隔盤30內(nèi)；接著，將該蓋體50疊置于位于最頂端的分隔盤30t上。
然后，將各桿件40、40p分別依序穿插過(guò)該分隔盤30底面32的孔洞36，以避免該分隔盤30相對(duì)于彼此移動(dòng)。
此時(shí)，即可將疊置固定的分隔盤30及蓋體50經(jīng)由該罐體20的預(yù)先成形體的開(kāi)口，置入該罐體20內(nèi)。最后，再經(jīng)由熱滾壓(heatrolling)的方式，將預(yù)先成形體本身及開(kāi)口收口成如圖2所示的狀態(tài)。
使用金屬氫化物儲(chǔ)存罐10，先將新鮮純氫氣經(jīng)由罐體20的釋出口端24，由具有多孔表面的桿件40p導(dǎo)引至各分隔盤30，而后充填至各分隔盤30內(nèi)的金屬氫化物。當(dāng)儲(chǔ)存于金屬氫化物內(nèi)的氫氣被完全釋放后，可再重新執(zhí)行上述回充的程序。
本發(fā)明為一突破現(xiàn)有技術(shù)的新穎設(shè)計(jì)，然其亦可以其它的特定形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不脫離本發(fā)明的精神和重要特性。因此上述所列的技術(shù)實(shí)施方式在各方面都應(yīng)被視為例示性而非限制性實(shí)施例，而所有的改變只要合乎本發(fā)明權(quán)利要求書所定義的范圍或?yàn)槠浼夹g(shù)實(shí)施方式等效者，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬氫化物儲(chǔ)存罐，至少包含一儲(chǔ)存罐罐體，具有一內(nèi)徑、一底端以及一相對(duì)該底端的釋出口端；一分隔盤，疊置于該罐體內(nèi)，用于容置一預(yù)定體積的金屬氫化物；該分隔盤由可導(dǎo)熱材料制成，具有一底面及一周壁，由該底面周緣大致垂直延伸，該底面上形成一第一孔洞；該周壁具有一外徑，大致與該罐體的內(nèi)徑相等；一第一桿件，對(duì)應(yīng)穿插過(guò)該分隔盤底面的第一孔洞，以將該分隔盤定位于該罐體內(nèi)，該第一桿件具有一多孔表面，且與該罐體的釋出口端連通，用于將外界的氫氣導(dǎo)入該分隔盤的金屬氧化物中，并將金屬氫化物釋出的氫氣導(dǎo)引至罐體的釋出口端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)存罐，其特征在于進(jìn)一步包含一蓋體，在相對(duì)應(yīng)于該分隔盤底面上的第一孔洞處，形成相對(duì)應(yīng)的第一穿孔，該蓋體疊置于位于最頂端的分隔盤上，用于將容置于位于最頂端的分隔盤內(nèi)的金屬氫化物保持在該分隔盤內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)存罐，其特征在于該分隔盤的周壁上形成至少一凹陷，用于防止疊置于其上的另一分隔盤塌陷至該分隔盤中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)存罐，其特征在于該具有一多孔表面的第一桿件為一多孔金屬燒結(jié)桿件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氫化物儲(chǔ)存罐，其特征在于進(jìn)一步包含至少一第二桿件；且其中該分隔盤的底面上進(jìn)一步形成第至少一第二孔洞；該第二桿件對(duì)應(yīng)穿插過(guò)該分隔盤底面的相對(duì)應(yīng)第二孔洞。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬氫化物儲(chǔ)存罐，其特征在于該第二桿件為一具有一多孔表面的多孔金屬燒結(jié)桿件。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬氫化物儲(chǔ)存罐，其特征在于進(jìn)一步包含至少一第二桿件；其中該分隔盤的底面上進(jìn)一步形成至少一第二孔洞；且其中該蓋體上相對(duì)應(yīng)于該第二孔洞之處進(jìn)一步形成至少一第二穿孔；該第二桿件對(duì)應(yīng)穿插過(guò)該分隔盤底面的相對(duì)應(yīng)第二孔洞及該蓋體上的第二穿孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬氫化物儲(chǔ)存罐，其特征在于該第二桿件為一具有一多孔表面的多孔金屬燒結(jié)桿件。
9.一種制作金屬氫化物儲(chǔ)存罐的方法，包含以下的步驟a.提供一具有一開(kāi)口的罐體預(yù)先成形體；b.疊置多個(gè)裝載有未充氫金屬氫化物的分隔盤；c.以具有一多孔表面的至少一桿件，依序貫穿該疊置的分隔盤；d.將該疊置及定位的分隔盤，由該開(kāi)口置入該預(yù)先成形體中；及e.將該預(yù)先成形體及開(kāi)口熱壓，使該預(yù)先成形體的內(nèi)徑趨近于該分隔盤的外徑，并將開(kāi)口收口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該預(yù)先成形體，具有一大致呈圓柱體狀的外形、一內(nèi)徑、以及一開(kāi)口；及該分隔盤各具有一底面及一外徑，其略小于該罐體預(yù)先成形體的內(nèi)徑，該底面上形成若干孔洞。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于該分隔盤是以其底面孔洞彼此對(duì)齊的方式疊置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包含將一蓋體疊置于最頂端的分隔盤上的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于該蓋體在相對(duì)應(yīng)于該分隔盤底面上的孔洞處，形成相對(duì)應(yīng)的穿孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于該蓋體是以其穿孔對(duì)齊該分隔盤底面上孔洞的方式疊置于最頂端的分隔盤上。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種金屬氫化物儲(chǔ)存罐，至少包含一儲(chǔ)存罐罐體；一分隔盤，疊置于該罐體內(nèi)，用于容置一預(yù)定體積的金屬氫化物；一桿件，具有一多孔表面，用于將該分隔盤固定于該罐體內(nèi)，并將金屬氫化物釋出的氫氣導(dǎo)引至罐體的釋出口端。本發(fā)明進(jìn)一步揭示該金屬氫化物儲(chǔ)存罐的制作方法。
文檔編號(hào)F17C1/00GK1405484SQ0112422
公開(kāi)日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2001年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月16日
發(fā)明者楊源生, 麥克·高 申請(qǐng)人:亞太燃料電池科技股份有限公司