一种低温热源的氢能利用系统技术方案

本发明专利技术涉及一种低温热源的氢能利用系统，包括氢反应床单元、膨胀机、发电机、高温加热设备和低温放热设备，膨胀机与发电机轴连接。氢反应床单元的氢反应床的高压氢气出口经膨胀机连接到氢反应床的低压氢气进口。氢反应床单元的氢反应床的换热氢气出口通过三通阀分为两路，一路依次通过换热介质低压氢气循环泵、1号氢气中间罐、低温放热设备和三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口，形成冷却回路。另一路依次通过换热介质高压氢气循环泵、2号氢气中间罐、高温加热设备和三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口，形成加热回路。本发明专利技术利用大自然能量及工业余热将热能转变为机械能和电能，有利于节能减排、创造经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种低温热源的氢能利用系统
本专利技术属于能量综合利用
，涉及一种低温热源的氢能利用系统。
技术介绍
自然界充满着无限的常温能源，空气、海水等无限量的常温能源，具有开发潜力。地球上的能源绝大部分来自于太阳，在能源日益紧缺的今天，新的可再生绿色洁净发电技术日益受到重视。现在新能源中，水能和风能发电技术应用较为普遍，技术也较为成熟。水电开发潜力不大，而风力又过于分散，只能在一些特定区域有用，而且水能和风能发电装置投入很大，占地面积广。空气能已逐步进入人们的视野中，目前空气能热水器也得到了普遍应用，其原理就是利用空气中的热能，通过热泵加热水。但是利用空气能发电的技术非常少，技术不够成熟，难以推广应用。授权公告号为CN202055876U，授权公告日为2011年11月30日的中国技术专利公开了一种新能源太阳能热力超临界低温空气能发电装置。包括吸热器、膨胀发电机组、回热器、冷却器、增压泵、制冷机及其管道附件及检测和控制装置，密闭系统内有氮气或混合工质。工质经吸热器成为高压超临界流体，经膨胀发电机组做功发电成为临界状态工质，经回热器、冷却器冷凝，由增压泵压入回热器换热再进吸热器吸热形成封闭循环发电系统。它也可以用于余热废热地热等中低温热源发电，工质用二氧化碳或混合工质。该技术专利能够将空气能转化成推动发电机组转动的动能，但是因冷却器冷凝需要耗能，其系统能量转换率变低，发电机发电量较小，实际推广价值有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低温热源的氢能利用系统，通过氢气在氢反应床单元循环，利用电厂乏汽或空气的热量通过能量转换转变为机械能带动发电机发电，充分利用大自然能量及工业余热，节能减排增加企业经济效益。本专利技术的技术方案是：一种低温热源的氢能利用系统，包括氢反应床单元、膨胀机、发电机、1号氢气中间罐和2号氢气中间罐，膨胀机与发电机轴连接。氢反应床单元的氢反应床分别设有低压氢气进口、高压氢气出口、换热氢气入口和换热氢气出口。氢反应床单元的氢反应床的高压氢气出口经高压氢气管路连接到膨胀机的入口，膨胀机的出口通过低压氢气管路连接到氢反应床的低压氢气进口。系统设有高温加热设备和低温放热设备，氢反应床单元的氢反应床换热氢气出口通过三通阀分为两路，一路经冷却氢气管路依次通过换热介质低压氢气循环泵、1号氢气中间罐、低温放热设备和三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口，形成冷却回路；另一路经加热氢气管路依次通过换热介质高压氢气循环泵、2号氢气中间罐、高温加热设备和三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口，形成加热回路。高温加热设备为空气换热器或乏汽冷凝器，低温放热设备为空气冷却器或海水冷却器。系统设有空气换热管路和海水换热管路，空气换热器和海水冷却器分别为管壳式结构。空气换热管路连接到空气换热器的壳程入口，空气换热器的壳程出口与大气连通。空气换热器的管程入口与2号氢气中间罐连接，空气换热器的管程出口通过三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口。海水换热管路连接到海水冷却器的壳程入口，海水冷却器的壳程出口与海洋连通。海水冷却器的管程入口与1号氢气中间罐连接，海水冷却器的管程出口通过三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口。系统设有空气换热管路、乏汽进口管路和冷凝水出口管路。乏汽冷凝器和空气冷却器分别为管壳式结构。乏汽进口管路连接到乏汽冷凝器的壳程入口，乏汽冷凝器的壳程出口与冷凝水出口管路连接。乏汽冷凝器的管程入口与2号氢气中间罐连接，乏汽冷凝器的管程出口通过三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口。空气换热管路连接到空气冷却器的壳程入口，空气冷却器的壳程出口与大气连通。空气冷却器的管程入口与1号氢气中间罐连接，空气冷却器的管程出口通过三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口。氢反应床单元设有至少两台氢反应床，每台氢反应床分别设有低压氢气进口、高压氢气出口、换热氢气入口和换热氢气出口。低压氢气进口设有低压氢气进口阀门，高压氢气出口设有高压氢气出口阀门。换热氢气入口和换热氢气出口分别设有三通阀。氢反应床单元可以依据放氢热源温度设置为多级。氢反应床内装载金属储氢材料，包括但不限于稀土系金属氢化物。低压氢气由低压氢气入口进入氢反应床，低压氢气被储氢材料吸收形成金属氢化物，对完成吸氢后的金属氢化物加热放出高压氢气。氢反应床为一级结构，或者为阶梯利用热量的多级结构，允许每级氢反应床中的每个氢反应床内的金属氢化物的品种、质量或体积可以不一样，每级氢反应床可以相同或者不同。氢反应床采用循环介质与加热介质间壁或非间壁换热，加热介质为空气、烟气、海水、河水、湖水、气体加热介质、液体加热介质、固体加热介质、气液固之间二二混合或三相混合加热介质。氢反应床采用的高压或低压循环介质包括氢气但不限于氢气，直接进入氢反应床进行加热或移热，或采用电、电磁或内部加热的方式，或采用外加热的方式，或同时采用内外加热的方式，循环介质为氢气或其他稳定介质，循环介质可以是气体、液体、固体，或气液固之间二二混合或三相混合循环介质，直接进入氢反应床进行加热或移热。对氢反应床吸氢时放出的反应热，采用换热循环介质进行移热，换热循环介质包括但不限于氢气，氢气的温度可以跟吸氢温度不同，当氢气的温度不同于吸氢温度时，吸氢时的换热循环介质可以采用间断直接进入或变流量直接进入氢反应床内部，从而使氢反应床的吸氢温度在吸氢温度以下保持稳定。对氢反应床放氢时需要的反应热，采用换热循环介质进行加热，把外界的热量直接带入氢反应床，加热循环介质包括但不限于氢气，氢气的温度可以跟放氢温度不同，当氢气的温度不同于放氢温度时，放氢时的加热循环介质可以采用间断直接进入或变流量直接进入氢反应床内部，从而使氢反应床的放氢温度在放氢温度以上保持稳定。氢反应床设置有金属氢化物更换装置，将生产过程中粉化或老化的金属氢化物快速移出并更换装载新的金属氢化物，利用吸放氢间歇时间快速更换氢反应床内的物料，也可以停机更换氢反应床内的物料，被更换的物料可以是吸氢状态，也可以是放氢状态，也可以是吸放氢的过渡状态。氢反应床单元的氢反应床设有使用过的金属氢化物抽出口和新鲜金属氢化物加入口。金属氢化物更换装置包括新鲜金属氢化物仓和使用过的金属氢化物仓。使用过的金属氢化物抽出口通过密封阀和抽出泵连接到使用过的金属氢化物仓，新鲜金属氢化物仓通过添加泵和密封阀连接到氢反应床。金属氢化物更换装置或采用重力输送、机械输送、气力输送、真空输送、液力输送、电磁输送的方法或它们的组合，从而可靠的实现氢反应床内金属氢化物更换的任何方法都适用。高温热源可以是环境空气、烟气、蒸汽、海水、河水、湖水以及高于低温热源的所有介质。高温加热设备可以是管壳式、卷板式、列管式以及能达到换热目的的设备形式。低温热源可以是环境空气、烟气、蒸汽、海水、河水、湖水以及低于高温热源的所有介质。低温放热设备可以是管壳式、卷板式、列管式以及能达到换热目的的设备形式。氢反应床、1号氢气中间罐27和2号氢气中间罐28采取内保温、外保温或内外保温，各阀门和管路采取外保温，采用氢气作为换热循环介质。本专利技术低温热源的氢能利用系统通过以氢气等为循环工质，利用空气和工业废气余热热量，通过工质循环驱动膨胀机做功，将热能转变为机械能带动发电机发电或驱动设备，充分利用了大自然能量及工业余热，有利于节能减排和创造经济效益本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温热源的氢能利用系统，包括氢反应床单元（1）、膨胀机（3）、发电机（5）、1号氢气中间罐（27）和2号氢气中间罐（28），膨胀机（3）与发电机（5）轴连接；所述氢反应床单元的氢反应床分别设有低压氢气进口（31）、高压氢气出口（32）、换热氢气入口（33）和换热氢气出口（34）；所述氢反应床单元（1）的氢反应床的高压氢气出口（32）经高压氢气管路（10）连接到膨胀机（3）的入口，所述膨胀机（3）的出口通过低压氢气管路（9）连接到氢反应床的低压氢气进口（31）；其特征是：所述系统设有高温加热设备和低温放热设备，所述氢反应床单元（1）的氢反应床换热氢气出口（34）通过三通阀（30）分为两路，一路经冷却氢气管路（25）依次通过换热介质低压氢气循环泵（13）、1号氢气中间罐（27）、低温放热设备和三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33），形成冷却回路；另一路经加热氢气管路（26）依次通过换热介质高压氢气循环泵（21）、2号氢气中间罐（28）、高温加热设备和三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33），形成加热回路。

【技术特征摘要】
1.一种低温热源的氢能利用系统，包括氢反应床单元（1）、膨胀机（3）、发电机（5）、1号氢气中间罐（27）和2号氢气中间罐（28），膨胀机（3）与发电机（5）轴连接；所述氢反应床单元的氢反应床分别设有低压氢气进口（31）、高压氢气出口（32）、换热氢气入口（33）和换热氢气出口（34）；所述氢反应床单元（1）的氢反应床的高压氢气出口（32）经高压氢气管路（10）连接到膨胀机（3）的入口，所述膨胀机（3）的出口通过低压氢气管路（9）连接到氢反应床的低压氢气进口（31）；其特征是：所述系统设有高温加热设备和低温放热设备，所述氢反应床单元（1）的氢反应床换热氢气出口（34）通过三通阀（30）分为两路，一路经冷却氢气管路（25）依次通过换热介质低压氢气循环泵（13）、1号氢气中间罐（27）、低温放热设备和三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33），形成冷却回路；另一路经加热氢气管路（26）依次通过换热介质高压氢气循环泵（21）、2号氢气中间罐（28）、高温加热设备和三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33），形成加热回路。2.根据权利要求1所述的低温热源的氢能利用系统，其特征是：所述高温加热设备为空气换热器（29）或乏汽冷凝器（4），所述低温放热设备为空气冷却器（2）或海水冷却器（8）。3.根据权利要求2所述的低温热源的氢能利用系统，其特征是：所述系统设有空气换热管路（12）和海水换热管路（14），所述空气换热器（29）和海水冷却器（8）分别为管壳式结构；所述空气换热管路（12）连接到空气换热器（29）的壳程入口，空气换热器（29）的壳程出口与大气连通；所述空气换热器（29）的管程入口与2号氢气中间罐（28）连接，空气换热器的管程出口通过三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33）；海水换热管路（14）连接到海水冷却器（8）的壳程入口，海水冷却器（8）的壳程出口与海洋连通；所述海水冷却器（8）的管程入口与1号氢气中间罐（27）连接，海水冷却器（8）的管程出口通过三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33）。4.根据权利要求2所述的低温热源的氢能利用系统，其特征是：所述系统设有空气换热管路（12）、乏汽进口管路（6）和冷凝水出口管路（7），所述乏汽冷凝器（4）和空气冷却器（2）分别为管壳式结构；所述乏汽进口管路（6）连接到乏汽冷凝器（4）的壳程入口，乏汽冷凝器（4）的壳程出口与冷凝水出口管路（7）连接；所述乏汽冷凝器（4）的管程入口与2号氢气中间罐（28）连接，乏汽冷凝器的管程出口通过三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33）；所述空气换热管路（12）连接到空气冷却器（2）的壳程入口，空气冷却器（2）的壳程出口与大气连通；所述空气冷却器（2）的管程入口与1号氢气中间罐（27）连接，空气冷却器（2）的管程出口通过三通阀（30）连接到氢反应床的换热氢气入口（33）。5.根据权利要求1～4任一项所述的低温热源的氢能利用系统，其特征是：所述氢反应床单元（1）设有至少两台氢反应床，每台氢反应床分别设有低压氢气进口（31）、高压氢气出口（32）、换热氢气入口（33）和换热氢气出口（34）；所述低压氢气进口（31）设有低压氢气进口阀门（19），所述高压氢气出口（32）设有高压氢气出口阀门（20），所述换热氢气入口（33）和换热氢气出口（34）分别设有三通阀（30）；所述氢反应床单元（1）可以依据放氢热源温...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鹏，
申请(专利权)人：上海柯来浦能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31