本發明涉及氫能存儲，具體涉及一種金屬氫化物儲氫裝置。
背景技術：
1、氫能因其熱值高、來源廣泛、利用過程零污染等優點，被視為最具發展潛力的清潔二次能源。氫能的規模化應用高度依賴于安全、高效、經濟的儲運技術。目前主要的儲氫方式包括高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫和基于金屬氫化物的固態儲氫。其中，金屬氫化物固態儲氫技術具有體積儲氫密度高、工作壓力與溫度相對溫和、安全性好以及可提供高純度氫氣等突出優勢，已成為當前的研究熱點。
2、然而，金屬氫化物儲氫技術的實際應用仍面臨若干關鍵技術瓶頸：
3、第一，傳熱性能差。儲氫合金在吸氫（放熱）和放氫（吸熱）過程中伴隨著顯著的熱效應。絕大多數儲氫合金粉末的導熱系數較低，導致反應過程中床體內部熱量積聚或供給不足，嚴重制約了吸/放氫反應動力學，使得系統響應速度慢、功率密度難以提升，傳熱傳質效率低。
4、第二，體積膨脹與粉化問題。儲氫合金在吸氫過程中發生晶格膨脹，形成的金屬氫化物體積可增加15%-25%，反復的吸放氫循環會導致合金產生粉化效應。粉化后的細金屬顆粒在重力及氣流作用下易在床體底部團聚、壓實，造成傳質通道堵塞，這種粉化效應導致床體支撐性變差，并在后續吸氫膨脹時對容器局部產生巨大剪切應力，長期作用可能導致容器塑性變形甚至破裂，帶來嚴重安全隱患。
5、第三，系統笨重且復雜。為強化換熱，傳統反應器常采用內置冷卻盤管或外部液體夾套。內置盤管減少了儲氫空間，增加了死體積和制造成本；液體夾套則顯著增加了系統重量和復雜度，且需要額外的循環泵、管路和換熱器等，降低了系統的能量密度與經濟性。
6、為應對上述挑戰，現有技術提出了一些改進方案。例如，中國專利cn115823483a公開了通過向儲氫合金中添加特定添加劑來改善粉化情況，但添加劑可能增加后續材料回收的難度和成本。中國專利cn105371105a提出在床體內設置彈性緩沖層和換熱管，以緩解膨脹應力和強化換熱，但該方案引入了額外的內部構件，使結構復雜化，且換熱管的存在仍會占用有效儲氫空間并增加重量。
7、因此，迫切需要開發一種新型的金屬氫化物儲氫裝置，它能夠在不顯著增加系統重量和復雜度的前提下，同步高效地解決床體內部傳熱傳質強化、粉化塌陷抑制以及外部高效散熱等問題。
技術實現思路
1、針對現有技術中的上述不足，本發明旨在提供一種金屬氫化物儲氫裝置，以解決現有金屬氫化物儲氫裝置傳熱傳質效率低、床體粉化支撐性差和系統笨重復雜的技術問題。
2、為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：
3、提供一種金屬氫化物儲氫裝置，包括：
4、耐壓罐體，其內部有容納空間，頂部設有氣體接口；
5、通氫管，沿所述耐壓罐體的軸線方向延伸并設置在所述容納空間內，其頂端與所述氣體接口連通，管壁上開設有多個微孔；
6、儲氫合金粉末，填充于所述耐壓罐體的容納空間內；
7、多個輪轂型翅片，沿所述耐壓罐體的軸向間隔排列；每個所述輪轂型翅片均為具有中心孔的圓盤狀結構，每個輪轂型翅片的邊緣與所述耐壓罐體內壁固定連接，所述通氫管穿過所述中心孔；所述輪轂型翅片的盤面上開設有多個徑向延伸的扇形通孔，用于分層支撐所述儲氫合金粉末并引導氫氣流動；
8、換熱罐套，緊密套設于所述耐壓罐體的外壁；所述換熱罐套與耐壓罐體之間設有多個沿軸向延伸且相互獨立的流體通道。
9、本發明中一種金屬氫化物儲氫裝置的基本原理為：在耐壓罐體的內部設置有多個輪轂型翅片，該翅片可對儲氫合金粉末進行支撐，進而形成了穩定的粉末床體，優化了床體內部的氫氣流場，并強化了床體內部的徑向熱傳導。同時在耐壓罐體的外部設置換熱罐套并且在耐壓罐體和換熱罐套之間設置多個流體通道，多個流體通道為耐壓罐體的罐壁提供了大表面積的強制對流換熱界面。通過內外結構協同，構成了一個“內部高效導熱至壁面-外部高效對流散熱”的完整熱管理鏈條，以及“中心擴散+徑向旋流”的氫優化傳質路徑，傳質與傳熱效率同步提升，使吸/放氫速度加快；床體穩定性增強，安全性提高；外部空氣冷卻實現了高效的輕量化設計。
10、進一步地，所述輪轂型翅片與所述耐壓罐體為一體成型結構，一體成型確保了輪轂型翅片與耐壓罐體罐壁之間緊密接觸，使熱量從翅片到罐壁的傳導效率達到最高。同時，一體成型結構具有最高的機械強度和穩定性，能最有效地承擔支撐儲氫合金粉末和抵抗應力的作用。
11、進一步地，所述輪轂型翅片的扇形通孔的總開孔面積占單個翅片盤面總面積的40%至55%，優選47.5%。扇形通孔的開孔過小（<40%），雖支撐強，但會嚴重阻礙氫氣流通并減少翅片與粉末的接觸面積；扇形通孔的開孔過大（>55%），則支撐作用減弱，且可能導致氣流短路，分布均勻性下降，上述限定范圍在確保足夠支撐強度和換熱面積的前提下，實現了最優的氫氣流場分布和最低的流動阻力，使傳質強化效果達到最佳平衡。
12、進一步地，每個所述流體通道的橫截面形狀為梯形、矩形或半圓形；各個流體通道之間由肋板隔開。
13、進一步地，所述換熱罐套的兩端分別設置有進口網柵和出口網柵，所述進口網柵和出口網柵覆蓋所有所述流體通道的端部開口。進口網柵和出口網柵的作用是防止異物進入堵塞流體通道。
14、進一步地，所述耐壓罐體的內壁在相鄰的所述輪轂型翅片之間填充有所述儲氫合金粉末，耐壓罐體頂部位于最上層輪轂型翅片上方的空間構成氣體膨脹緩沖區域。上述技術內容的有益效果為：儲氫合金粉末被限制在輪轂型翅片層間，而輪轂型翅片的頂部留空，為儲氫合金粉末吸氫膨脹提供了必要的自由空間，避免了因完全填滿可能產生的過度壓實和應力，既保證了床體的穩定填充和支撐，又為材料固有的體積變化預留了安全空間，該設計進一步降低了耐壓罐體承受的循環應力，延長了壽命。
15、進一步地，整個金屬氫化物儲氫裝置還包括控制閥門組件，所述控制閥門組件通過螺紋連接件固定于所述耐壓罐體頂部的氣體接口上；所述控制閥門組件包括總閥門、出氣口、減壓腔體和調節螺桿；所述通氫管的頂端依次穿過墊片和所述減壓腔體后與所述控制閥門組件內部連通。
16、進一步地，所述輪轂型翅片的數量為15個~30個，厚度為5mm~15mm。
17、進一步地，所述耐壓罐體和所述輪轂型翅片的材質為鋁合金；所述換熱罐套的材質為不銹鋼。
18、與現有金屬氫化物儲氫裝置相比，本發明的有益效果為：
19、1、本發明中的一種金屬氫化物儲氫裝置，由多個輪轂型翅片將耐壓罐體內部空間分割為多個獨立的薄層區域，儲氫合金粉末被填充并約束在相鄰輪轂型翅片之間。輪轂型翅片本身為粉末床體提供了堅固的軸向和徑向支撐，有效防止了合金粉末在循環中因粉化和重力作用向下遷移、塌陷和團聚的行為，從而極大緩解了床體膨脹對罐體底部的局部應力沖擊；輪轂型翅片上的扇形通孔構成了貫穿各合金粉末層的氫氣優化流道，氫氣從通氫管微孔逸出后，在扇形通孔的引導下，能夠在相鄰翅片之間的腔室內形成局部旋流和更為均勻的多路徑徑向擴散，打破了傳統床體中可能存在的氫氣短路或分布不均現象，顯著提高了氫氣在粉末床體中的傳質速率和分布均勻性。同時，輪轂型翅片的本身作為擴展熱表面，與儲氫合金粉末充分接觸。反應熱可迅速從儲氫合金粉末傳導至輪轂型翅片，再通過輪轂型翅片與耐壓罐體內壁的緊密連接，高效地傳導至耐壓罐體的外罐壁，輪轂型翅片大幅增加了床體內部的有效導熱能力和換熱面積。
20、2、本發明中的一種金屬氫化物儲氫裝置，耐壓罐體和換熱罐套之間設置有多個流體通道，可以實現高效對流換熱。具體地，冷卻流體在風機驅動下，以一定流速從進口網柵進入，分流至各條流體通道，沿罐體外壁表面流動后從出口網柵匯出。空氣與耐壓罐體外壁之間形成強烈的強制對流換熱，能夠快速將耐壓罐體罐內傳導出的熱量帶走。同時該設計摒棄了傳統的內置盤管或外部液體夾套及其附屬的泵、閥、管路系統。僅利用空氣作為冷卻介質，通過一體化成型的帶通道外殼，實現了高效的散熱功能，同時使系統重量大幅減輕，結構極度簡化，制造成本和故障率得以降低。此外，該裝置還可以通過調節空氣的流速和溫度，靈活控制裝置的冷卻或加熱速率，以適應不同的吸/放氫工況需求。