金属氢化物做功系统技术方案

本发明专利技术涉及一种金属氢化物做功系统，包括B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、液氮高压泵、空气换热器、氢气换热器和氮气膨胀机。B1金属储氢材料反应床的第一液氮出口以及B2金属储氢材料反应床的第二液氮出口分别经液氮高压泵、空气换热器及氢气换热器与氮气膨胀机连接。本发明专利技术利用金属氢化物的吸氢/放氢特性，通过膨胀机做功，驱动做功设备或带动发电机发电，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。

Metal hydride work system

【技术实现步骤摘要】
金属氢化物做功系统
本专利技术属于能量综合利用
，涉及一种金属氢化物做功系统。
技术介绍
能源短缺、环境污染、全球气候变化，使开发清洁、高效、安全和可持续发展的能源迫在眉睫，其中氢能正在受到越来越多国家的重视。进入二十一世纪，发动机工业得到了迅速地发展，然而目前汽油机和柴油机依然是发动机的主要选择。汽油和柴油都是不可再生资源，为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响，以及减少大气污染和发动机尾气排放，需要寻找发动机的代用燃料，而氢能源是目前最理想的清洁燃料。随着世界各国环境保护的措施越来越严格，氢能源发动机由于其节能、低排放等特点成为发动机研究与开发的一个重点，并已经开始商业化。传统的氢能利用大多通过直接燃烧气态氢气获得热能及动能，但气态的氢气不易存储和运输，燃烧所得氢能直接用在动力系统上会产生爆震、不稳定等一系列影响安全使用的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种金属氢化物做功系统，以氢气为循环工质，利用金属储氢材料吸氢放热和放氢吸热的特性，通过膨胀机做功，驱动做功设备工作或带动发电设备发电，充分利用大自然能量及工业余热，有利于节能减排和创造经济效益。根据第一方面，本申请实施例提供了一种金属氢化物做功系统，包括B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气压缩机、高压氢气循环泵、液氮高压泵、空气换热器、氢气换热器和氮气膨胀机。所述B1金属储氢材料反应床的第一液氮出口以及所述B2金属储氢材料反应床的第二液氮出口分别与所述液氮高压泵的进口连接，所述液氮高压泵的出口与所述空气换热器的壳程入口连接，所述空气换热器的壳程出口与所述氢气换热器的壳程入口连接，所述氢气换热器的壳程出口与所述氮气膨胀机的入口连接，所述氮气膨胀机的出口分别与所述B1金属储氢材料反应床的第一氮气入口以及所述B2金属储氢材料反应床的第二氮气入口连接。所述B1金属储氢材料反应床的第一放氢出口与所述氢气压缩机的入口连接，所述氢气压缩机的出口与所述B2金属储氢材料反应床的第二吸氢进口连接；所述B2金属储氢材料反应床的第二放氢出口与所述氢气压缩机的入口连接，所述氢气压缩机的出口与所述B1金属储氢材料反应床的第一吸氢进口连接。所述B1金属储氢材料反应床的第一换热出口以及所述B2金属储氢材料反应床的第二换热出口分别与所述高压氢气循环泵的入口连接，所述高压氢气循环泵的出口与所述氢气换热器的管程入口连接，所述氢气换热器的管程出口分别与所述B1金属储氢材料反应床的第一换热进口以及所述B2金属储氢材料反应床的第二换热进口连接。进一步的，所述系统还包括发电机；所述氢气压缩机、氮气膨胀机与发电机同轴连接，所述发电机电路连接到外部电网和/或蓄电池；所述氮气膨胀机包括但不限于叶轮旋转式和活塞式。进一步的，所述B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内分别设有换热盘管，所述B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床通过设置在其内部的换热盘管对进入其中的氮气进行冷却液化。或者，所述B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床采用直接换热方式对进入其中的氮气进行冷却液化。进一步的，所述B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内装填的金属氢化物相同，装填量允许相同也允许不同，通过阀门切换实现两者交替进行吸/放氢操作，其切换频率可以根据工艺条件进行调整；单个金属储氢材料反应床装填金属氢化物的量允许存在冗余，这样可以保证每次吸放氢速率满足快速高低压切换的需求，其冗余当量倍数根据工艺条件可以进行调整；1倍冗余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。进一步的，所述系统设有保护罩，所述保护罩设有可燃性气体报警器、温度调节器和保护气入口，保护气入口设有阀门，保护罩内填充的气体包括但不限于氢气、氮气、氦气。进一步的，除了使用气态的氢气作为做功系统的循环换热介质以外，还可以使用其他气体作为循环换热介质；此外，还可以采用包括但不限于稳定的固体、液体的其他物质或液态有机氢化物，代替氢气作为做功系统的循环换热介质；换热方式既可以直接换热，也可以间壁换热，间壁换热的换热介质可以是气体、液体、固体或以上的混合物或两两混合物。温度正相关的金属氢化物做功的定义为高温吸收高压氢气放出高温热量，低温放出低压氢气释放低温冷量；在高温时吸收氢气放出高温热量，利用换热氢气将以上热量传递给氢气换热器用来做功氮气的升温；换热氢气不参与膨胀机的做功；系统至少存在两个负压单元，一个是金属氢化物的负压，另一个是氮气液化的负压；低温下的氮气换热就是利用金属氢化物低温放出低压氢气时吸热，将金属氢化物产生的低温冷量用来冷却氮气进行液化；系统设备和管道设有外保温、内保温、内外保温。至少有一种金属氢化物组成循环做功系统，包括金属氢化物在内的至少两个负压单元组成的循环做功系统，至少一种金属氢化物进行高低压切换时包括但不限于是温度正相关的循环做功系统；金属氢化物的高温点包括但不限于高于环境温度的任一温度，金属氢化物的低温点包括但不限于低于氮气的液化温度或包括但不限于在氢气液化温度附近；金属氢化物包括但不限于钛系金属氢化物。根据第二方面，本申请实施例提供了一种金属氢化物做功系统，包括B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、液氢高压泵、高压氢气循环泵、空气换热器、氢气换热器、氢气膨胀机和发电机，所述氢气膨胀机可以被包括但不限于叶轮旋转式和活塞式的动力机械所代替。所述B1金属储氢材料反应床的第一放氢出口和B2金属储氢材料反应床的第一放氢出口分别与液氢高压泵的入口连接，液氢高压泵的出口与空气换热器的壳程入口连接，空气换热器的壳程出口与氢气换热器的壳程入口连接，氢气换热器的壳程出口与氢气膨胀机的入口连接，氢气膨胀机的一级膨胀出口分别与B1金属储氢材料反应床的第一吸氢进口和B2金属储氢材料反应床的第二吸氢进口连接，氢气膨胀机的二级膨胀出口分别与B1金属储氢材料反应床的第一液化入口以及B2金属储氢材料反应床的第二液化入口连接；氢气膨胀机和发电机同轴连接。B1金属储氢材料反应床的第一换热出口以及B2金属储氢材料反应床的第二换热出口分别与高压氢气循环泵的入口连接，高压氢气循环泵的出口与氢气换热器的管程入口连接，氢气换热器的管程出口分别与B1金属储氢材料反应床的第一换热进口以及B2金属储氢材料反应床的第二换热进口连接。进一步的，所述系统设有保护罩，所述保护罩设有可燃性气体报警器、温度调节器和保护气入口，保护气入口设有阀门，保护罩内填充的气体包括但不限于氢气、氮气、氦气。根据第三方面，本申请实施例提供了一种金属氢化物做功系统，包括B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、液氢高压泵、空气换热器、氢气膨胀机和发电机，所述氢气膨胀机包括但不限于叶轮旋转式和活塞式。所述B1金属储氢材料反应床的第一放氢出口和B2金属储氢材料反应床的第二放氢出口分别与液氢高压泵的入口连接，所述液氢高压泵的出口与所述空气换热器的壳程入口连接，所述空气换热器的壳程出口分别与B1金属储氢材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氢化物做功系统，其特征是：所述系统包括B1金属储氢材料反应床（1）、B2金属储氢材料反应床（2）、氢气压缩机（3）、高压氢气循环泵（10）、液氮高压泵（13）、空气换热器（14）、氢气换热器（15）和氮气膨胀机（16）；/n所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一液氮出口（25）以及所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二液氮出口（25’）分别与所述液氮高压泵（13）的进口连接，所述液氮高压泵（13）的出口与所述空气换热器（14）的壳程入口连接，所述空气换热器（14）的壳程出口与所述氢气换热器（15）的壳程入口连接，所述氢气换热器（15）的壳程出口与所述氮气膨胀机（16）的入口连接，所述氮气膨胀机（16）的出口分别与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一氮气入口（26）以及所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二氮气入口（26’）连接；/n所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一放氢出口（21）与所述氢气压缩机（3）的入口连接，所述氢气压缩机（3）的出口与所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二吸氢进口（22’）连接；/n所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二放氢出口（21’）与所述氢气压缩机（3）的入口连接，所述氢气压缩机（3）的出口与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一吸氢进口（22）连接；/n所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一换热出口（23）以及所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二换热出口（23’）分别与所述高压氢气循环泵（10）的入口连接，所述高压氢气循环泵（10）的出口与所述氢气换热器（15）的管程入口连接，所述氢气换热器（15）的管程出口分别与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一换热进口（24）以及所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二换热进口（24’）连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种金属氢化物做功系统，其特征是：所述系统包括B1金属储氢材料反应床（1）、B2金属储氢材料反应床（2）、氢气压缩机（3）、高压氢气循环泵（10）、液氮高压泵（13）、空气换热器（14）、氢气换热器（15）和氮气膨胀机（16）；
所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一液氮出口（25）以及所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二液氮出口（25’）分别与所述液氮高压泵（13）的进口连接，所述液氮高压泵（13）的出口与所述空气换热器（14）的壳程入口连接，所述空气换热器（14）的壳程出口与所述氢气换热器（15）的壳程入口连接，所述氢气换热器（15）的壳程出口与所述氮气膨胀机（16）的入口连接，所述氮气膨胀机（16）的出口分别与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一氮气入口（26）以及所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二氮气入口（26’）连接；
所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一放氢出口（21）与所述氢气压缩机（3）的入口连接，所述氢气压缩机（3）的出口与所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二吸氢进口（22’）连接；
所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二放氢出口（21’）与所述氢气压缩机（3）的入口连接，所述氢气压缩机（3）的出口与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一吸氢进口（22）连接；
所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一换热出口（23）以及所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二换热出口（23’）分别与所述高压氢气循环泵（10）的入口连接，所述高压氢气循环泵（10）的出口与所述氢气换热器（15）的管程入口连接，所述氢气换热器（15）的管程出口分别与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一换热进口（24）以及所述B2金属储氢材料反应床（2）的第二换热进口（24’）连接。


2.根据权利要求1所述的金属氢化物做功系统，其特征是：所述系统还包括发电机（17）；所述氢气压缩机（3）、氮气膨胀机（16）与发电机（17）同轴连接，所述发电机（17）电路连接到外部电网和/或蓄电池；所述氮气膨胀机（16）包括但不限于叶轮旋转式和活塞式。


3.根据权利要求1所述的金属氢化物做功系统，其特征是：所述B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（2）内分别设有换热盘管，所述B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（2）通过设置在其内部的换热盘管对进入其中的氮气进行冷却液化；
或者，所述B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（2）采用直接换热方式对进入其中的氮气进行冷却液化。


4.根据权利要求1所述的金属氢化物做功系统，其特征是：所述B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（2）内装填的金属氢化物相同，装填量允许相同也允许不同，通过阀门切换实现两者交替进行吸/放氢操作，其切换频率可以根据工艺条件进行调整；单个金属储氢材料反应床装填金属氢化物的量允许存在冗余，这样可以保证每次吸放氢速率满足快速高低压切换的需求，其冗余当量倍数根据工艺条件可以进行调整；1倍冗余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。


5.根据权利要求1所述的金属氢化物做功系统，其特征是：所述系统设有保护罩（28），所述保护罩（28）设有可燃性气体报警器（29）、温度调节器（31）和保护气入口（27），保护气入口设有阀门，保护罩内填充的气体包括但不限于氢气、氮气、氦气。


6.根据权利要求1所述的金属氢化物做功系统，其特征是：除了使用气态的氢气作为做功系统的循环换热介质以外，还可以使用其他气体作为循环换热介质；此外，还可以采用包括但不限于稳定的固体、液体的其他物质或液态有机氢化物，代替氢气作为做功系统的循环换热介质；换热方式既可以直接换热，也可以间壁换热，间壁换热的换热介质可以是气体、液体、固体或以上的混合物或两两混合物；
温度正相关的金属氢化物做功的定义为高温吸收高压氢气放出高温热量，低温放出低压氢气释放低温冷量；在高温时吸收氢气放出高温热量，利用换热氢气将以上热量传递给氢气换热器（15）用来做功氮气的升温；换热氢气不参与膨胀机的做功；系统至少存在两个负压单元，一个是金属氢化物的负压，另一个是氮气液化的负压；低温下的氮气换热就是利用金属氢化物低温放出低压氢气时吸热，将金属氢化物产生的低温冷量用来冷却氮气进行液化；系统设备和管道设有外保温、内保温、内外保温；
至少有一种金属氢化物组成循环做功系统，包括金属氢化物在内的至少两个负压单元组成的循环做功系统，至少一种金属氢化物进行高低压切换时包括但不限于是温度正...

【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