利用金属储氢材料氢能发电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种利用金属储氢材料氢能发电系统，包括膨胀机、发电机、氢气缓冲罐、至少一台发电气缸、蓄热器和蓄冷器，发电机与膨胀机轴连接。缸体设有做功氢气入口、做功氢气出口、氮气进口和氮气出口，缸体内上活塞和下活塞将缸体分为可伸缩的上氢气腔、氮气腔和下氢气腔。上氢气腔的上部和下氢气腔的下部装有金属储氢材料。上氢气出、入口和下氢气出入口分别与蓄热器和蓄冷器循环连通。做功氢气出口连接到膨胀机入口，膨胀机出口通过氢气缓冲罐连接到做功氢气入口。本发明专利技术通过内装上、下活塞的气缸，以氢气和氮气为工作介质，利用金属储氢材料的吸放氢作用，驱动膨胀机做功发电，充分利用了大自然的能量，有利于节能减排和创造经济效益。

Hydrogen Power Generation System Using Metal Hydrogen Storage Materials

【技术实现步骤摘要】
利用金属储氢材料氢能发电系统
本专利技术属于能量综合利用
，涉及一种利用金属储氢材料氢能发电系统。
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利用金属储氢材料氢能发电系统，以氢气、氮气等为循环工质，利用金属储氢材料的吸氢/放氢特性产生的压力差，推动活塞上下运动，驱动膨胀机做功发电，充分利用大自然能量，有利于节能减排和创造经济效益。本专利技术的技术方案是：利用金属储氢材料氢能发电系统，包括膨胀机、发电机和氢气缓冲罐，发电机与膨胀机轴连接，发电接连接到外部电网和/或蓄电池。系统包括至少一台气缸、蓄热器和蓄冷器，气缸包括上端盖、下端盖和缸体，缸体设有做功氢气入口、做功氢气出口、氮气进口和氮气出口，做功氢气入口、做功氢气出口设有阀门。做功氢气出口连接到膨胀机的氢气入口，膨胀机的氢气出口通过氢气缓冲罐连接到做功氢气入口。缸体的内部设有上活塞和下活塞，上活塞和下活塞将缸体分为可伸缩的上氢气腔、氮气腔和下氢气腔。上端盖设有上氢气出口和上氢气入口，下端盖设有下氢气出口、下氢气入口。上氢气腔的上部设有格栅，格栅的上部装有金属储氢材料，下氢气腔的下部设有格栅，格栅的下部装有金属储氢材料。上氢气出口分别连接到蓄热器和蓄冷器，连接管路设有阀门，蓄热器和蓄冷器通过上氢气循环泵连接到上氢气入口，蓄热器）和蓄冷器出口分别设有阀门。下氢气出口分别连接到蓄热器和蓄冷器，连接管路设有阀门，蓄热器和蓄冷器通过下氢气循环泵连接到氢气入口，蓄热器和蓄冷器出口分别设有阀门。蓄热器和蓄冷器替换为涡轮增压机，述气缸为四台。每台气缸的上氢气出口通过涡轮增压机和氢气循环泵分别连接到其余三台气缸的下氢气入口，每台气缸的下氢气出口通过涡轮增压机和氢气循环泵分别连接到其余三台气缸的上氢气入口。氮气进口和氮气出口）与氮气循环系统连接，氮气循环系统设有空分设备、氮气储罐、氮气缓冲罐和氮气循环泵。系统设有氮气保护罩，氮气保护罩设有可燃气体报警器和氮气稳压罐。氮气保护罩加装内保温或/和外保温，设备加装外保温或夹层保温，管道加装内保温或外保温或内外保温。金属储氢材料包括但不限于稀土系金属储氢材料，也可以是多种物质的混合物，金属储氢材料至少应为1倍的当量（1倍的当量是指金属储氢材料在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属储氢材料的量），但也可以为多倍当量，以增加吸放氢的速度。允许金属储氢材料和/或包括但不限于氢气的循环介质中增加固体、液体、气体物质，起催化剂作用，从而稳定地增加吸放氢速度，或提高金属储氢材料吸氢的百分比或金属储氢材料放氢的百分比，或改变金属储氢材料的P-C-T曲线。气缸（1）上下金属氢化物的品种可以不一样，也可以一样。氮气稳压罐有三种结构，分别为常规结构、水平结构和吊顶结构。采用水平结构时浮体增加包括但不限于弹簧的必要装置一方面能保证氮气稳压罐内压力波动时浮体的左右自由移动，另一方面能保证浮体的左右的压力均为大气压力。采用吊顶结构时，氮气稳压罐内的浮体增加包括但不限于弹簧的必要装置，浮体的重量全部压在弹簧上，弹簧一方面能保证氮气稳压罐内压力波动时浮体的上下自由移动，另一方面能保证氮气稳压罐内的内外压力均为大气压力。浮体与氮气稳压罐内壁严格密封，保证内部气体无泄漏。随着气体排出过程中浮体跟随变化，以确保氮气稳压罐内压力为0.1MPa附近或高于0.1MPa。尽可能使氮气稳压罐内的浮体保持平稳，减少不必要的能量损耗。利用金属储氢材料氢能发电系统应用于发电厂发电，也可以用于汽车发动机驱动汽车行驶，或用于手机、家用电器等设备的动力芯片，给以上设备提供动力能源，汽车使用时给汽车提供动力，供汽车行驶，汽车停在停车位时，利用金属储氢材料氢能发电系统继续工作发电，所发电通过倒充电桩发电上网。手机、家用电器使用时给手机、家用电器提供电能，供手机、家用电器使用，不使用手机、家用电器时连上电网，继续发电进行倒充电，由于安装在汽车、手机、家用电器上的利用金属储氢材料氢能发电系统能提供能量，因此在以上设备附近可以安装云计算微型站、大数据平台基站、通讯微型基站，使信息传递更快捷更方便。汽车具备物流和移动基站功能，汽车之间的信息传递通过光纤或车载基站实现。停车场每个汽车停车位附近跟能联网组成管廊，形成但不限于互联网、物联网，实现快递物流或各种气体，例如氢气、二氧化碳、惰性气体等的输送，管廊中设置电缆、光纤，进行能量和信息传递。能联网可以是单个管廊，管廊设置有电缆、光纤，进行能量和信息传递，将汽车和家用设备产生的电能传递出去。管廊同时设置有氢气、二氧化碳和惰性气体等的输送管路，其中氢能源可以以气氢、压缩气氢、液氢、金属储氢材料的形式进行管路输送，光纤可以输送信息系统，物流传递装置在管廊中进行包裹、信函等的传递。或管廊内只是有光缆和光纤进行简单的能量和信息传递。金属储氢材料吸放氢时采用氢气直接进入金属储氢材料进行换热，利用氢气的流动载热进行换热，也可以在金属储氢材料内设置换热盘管，进行间壁换热。活塞每分钟往复次数根据冲程数，工序数，活塞和发电气缸的尺寸，金属储氢材料当量可以任意设置，保证活塞和发电气缸之间有效润滑并严格密封。格栅能够让气体有效通过同时不让金属储氢材料散落到发电气缸内；发电气缸的位置可以任意设置，包括但不限于水平、垂直和任意角度。多个发电气缸可以组合在一起，组合的位置、方式和角度均可以任意选择。整个系统允许从环境中取热，也允许向环境中散热，以满足换热时的热量匹配。允许在适当的时候，上下氢气气缸内的金属储氢材料可以被有机溶剂替代，从而使发电气缸上下都是有机溶剂，也允许在适当的时候，上氢气气缸内的金属储氢材料可以被有机溶剂替代，从而使发电气缸上部是有机溶剂，下部是金属储氢材料，也允许在适当的时候，下氢气气缸内的金属储氢材料可以被有机溶剂替代，从而使发电气缸下部是有机溶剂，上部是金属储氢材料，实施和上述类似的流程，满足发电功能，进行发电；金属储氢材料的换热既可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用金属储氢材料氢能发电系统，包括膨胀机（5）、发电机（13）和氢气缓冲罐（14），所述发电机与膨胀机轴连接，所述发电接连接到外部电网和/或蓄电池；其特征是：所述系统包括至少一台气缸（1）、蓄热器（19）和蓄冷器（20），所述气缸（1）包括上端盖、下端盖和缸体，所述缸体设有做功氢气入口（36）、做功氢气出口（35）、氮气进口（15）和氮气出口（8），做功氢气入口（36）、做功氢气出口（35）设有阀门（9）；所述做功氢气出口（35）连接到膨胀机（5）的氢气入口，所述膨胀机的氢气出口通过氢气缓冲罐（14）连接到做功氢气入口（36）；所述缸体的内部设有上活塞（3）和下活塞（4），所述上活塞（3）和下活塞（4）将缸体分为可伸缩的上氢气腔（10）、氮气腔（11）和下氢气腔（12）；所述上端盖设有上氢气出口（31）和上氢气入口（32），所述下端盖设有下氢气出口（33）、下氢气入口（34）；所述上氢气腔（10）的上部设有格栅（2），格栅的上部装有金属储氢材料（7），所述下氢气腔（12）的下部设有格栅（2），格栅的下部装有金属储氢材料（7）；所述上氢气出口（32）分别连接到蓄热器（19）和蓄冷器（20），连接管路设有阀门，所述蓄热器（19）和蓄冷器（20）通过上氢气循环泵（6）连接到上氢气入口（32），蓄热器（19）和蓄冷器（20）出口分别设有阀门（9）；所述下氢气出口（33）分别连接到蓄热器（19）和蓄冷器（20），连接管路设有阀门，蓄热器（19）和蓄冷器（20）通过下氢气循环泵（21）连接到氢气入口（34），蓄热器（19）和蓄冷器（20）出口分别设有阀门（9）。...

【技术特征摘要】
1.一种利用金属储氢材料氢能发电系统，包括膨胀机（5）、发电机（13）和氢气缓冲罐（14），所述发电机与膨胀机轴连接，所述发电接连接到外部电网和/或蓄电池；其特征是：所述系统包括至少一台气缸（1）、蓄热器（19）和蓄冷器（20），所述气缸（1）包括上端盖、下端盖和缸体，所述缸体设有做功氢气入口（36）、做功氢气出口（35）、氮气进口（15）和氮气出口（8），做功氢气入口（36）、做功氢气出口（35）设有阀门（9）；所述做功氢气出口（35）连接到膨胀机（5）的氢气入口，所述膨胀机的氢气出口通过氢气缓冲罐（14）连接到做功氢气入口（36）；所述缸体的内部设有上活塞（3）和下活塞（4），所述上活塞（3）和下活塞（4）将缸体分为可伸缩的上氢气腔（10）、氮气腔（11）和下氢气腔（12）；所述上端盖设有上氢气出口（31）和上氢气入口（32），所述下端盖设有下氢气出口（33）、下氢气入口（34）；所述上氢气腔（10）的上部设有格栅（2），格栅的上部装有金属储氢材料（7），所述下氢气腔（12）的下部设有格栅（2），格栅的下部装有金属储氢材料（7）；所述上氢气出口（32）分别连接到蓄热器（19）和蓄冷器（20），连接管路设有阀门，所述蓄热器（19）和蓄冷器（20）通过上氢气循环泵（6）连接到上氢气入口（32），蓄热器（19）和蓄冷器（20）出口分别设有阀门（9）；所述下氢气出口（33）分别连接到蓄热器（19）和蓄冷器（20），连接管路设有阀门，蓄热器（19）和蓄冷器（20）通过下氢气循环泵（21）连接到氢气入口（34），蓄热器（19）和蓄冷器（20）出口分别设有阀门（9）。2.根据权利要求1所述的利用金属储氢材料氢能发电系统，其特征是：所述蓄热器（19）和蓄冷器（20）替换为涡轮增压机（37），所述气缸（1）为四台；每台气缸（1）的上氢气出口（31）通过涡轮增压机（37）和氢气循环泵（38）分别连接到其余三台气缸（1）的下氢气入口（34），每台气缸（1）的下氢气出口（33）通过涡轮增压机（37）和氢气循环泵（38）分别连接到其余三台气缸（1）的上氢气入口（32）。3.根据权利要求1所述的利用金属储氢材料氢能发电系统，其特征是：所述氮气进口（15）和氮气出口（8）与氮气循环系统连接，所述氮气循环系统设有空分设备、氮气储罐、氮气缓冲罐和氮气循环泵。4.根据权利要求1所述的利用金属储氢材料氢能发电系统，其特征是：所述金属储氢材料包括但不限于稀土系金属储氢材料，也可以是多种物质的混合物，金属储氢材料至少应为1倍的当量（1倍的当量是指金属储氢材料在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属储氢材料的量），但也可以为多倍当量，以增加吸放氢的速度；允许金属储氢材料和/或包括但不限于氢气的循环介质中增加固体、液体、气体物质，起催化剂作用，从而稳定地增加吸放氢速度，或提高金属储氢材料吸氢的百分比或金属储氢材料放氢的百分比，或改变金属储氢材料的P-C-T曲线；所述气缸（1）上下金属氢化物的品种可以不一样，也可以一样。5.根据权利要求1所述的利用金属储氢材料氢能发电系统，其特征是：所述系统设有氮气保护罩（16），所述氮气保护罩（16）设有可燃气体报警器（17）和氮气稳压罐（18）；氮气保护罩（16）加装内保温或/和外保温，设备加装外保温或夹层保温，管道加装内保温或外保温或内外保温。6.根据权利要求5所述的利用金属储氢材料氢能发电系统，其特征是：所述氮气稳压罐（18）有三种结构，分别为常规结构、水平结构和吊顶结构；采用水平结构时浮体增加包括但不限于弹簧的必要装置一方面能保证氮气稳压罐（18）内压力波动时浮体的左右自由移动，另一方面能保证浮体的左右的压力均为大气压力；采用吊顶结构时，所述氮气稳压罐（18）内的浮体增加包括但不限于弹簧的必要装置，浮体的重量全部压在弹簧上，弹簧一方面能保证氮气稳压罐（18）内压力波动时浮体的上下自由移动，另一方面能保证氮气稳压罐（18）内的内外压力均为大气压力；浮体与氮气稳压罐（18）内壁严格密封，保证内部气体无泄漏；随着气体排出过程中浮体跟随变化，以确保氮气稳压罐（18）内压力为0.1MPa附近或高于0.1MPa；尽可能使氮...

【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