【技术实现步骤摘要】
高压氢能做功系统
本专利技术属于能量综合利用
，涉及一种高压氢能做功系统。
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高压氢能做功系统，利用金属储氢材料吸氢放热和放氢吸热的特性形成冷端，利用室温与该冷端之间的温差并通过做功循环介质，实现膨胀做功，从而带动发电设备发电，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高压氢能做功系统，包括包括一级空气换热器、二级空气换热器、三级空气换热器、四级空气换热器、五级空气换热器和保护罩，以及设置在保护罩内的B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气换热器、一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机。
【技术保护点】
1.一种高压氢能做功系统，其特征是：所述系统包括一级空气换热器（8）、二级空气换热器（10）、三级空气换热器（12）、四级空气换热器（14）、五级空气换热器（16）和保护罩（28），以及设置在所述保护罩（28）内的B1金属储氢材料反应床（1）、B2金属储氢材料反应床（3）、氢气换热器（7）、一级膨胀机（9）、二级膨胀机（11）、三级膨胀机（13）、四级膨胀机（15）、五级膨胀机（17）和六级膨胀机（18）；/n所述B1金属储氢材料反应床（1）的换热出口经所述氢气换热器（7）的壳程和所述一级空气换热器（8），与所述一级膨胀机（9）的入口连接；所述一级膨胀机（9）的出口经所述二级空气换热器（10）与所述二级膨胀机（11）的入口连接；所述二级膨胀机（11）的出口经所述三级空气换热器（12）与所述三级膨胀机（13）的入口连接；所述三级膨胀机（13）的出口经所述四级空气换热器（14）与所述四级膨胀机（15）的入口连接；所述四级膨胀机（15）的出口经所述五级空气换热器（16）与所述五级膨胀机（17）的入口连接；所述五级膨胀机（17）的出口经所述氢气换热器（7）的管程与所述六级膨胀机（18）的入口连...
【技术特征摘要】
1.一种高压氢能做功系统，其特征是：所述系统包括一级空气换热器（8）、二级空气换热器（10）、三级空气换热器（12）、四级空气换热器（14）、五级空气换热器（16）和保护罩（28），以及设置在所述保护罩（28）内的B1金属储氢材料反应床（1）、B2金属储氢材料反应床（3）、氢气换热器（7）、一级膨胀机（9）、二级膨胀机（11）、三级膨胀机（13）、四级膨胀机（15）、五级膨胀机（17）和六级膨胀机（18）；
所述B1金属储氢材料反应床（1）的换热出口经所述氢气换热器（7）的壳程和所述一级空气换热器（8），与所述一级膨胀机（9）的入口连接；所述一级膨胀机（9）的出口经所述二级空气换热器（10）与所述二级膨胀机（11）的入口连接；所述二级膨胀机（11）的出口经所述三级空气换热器（12）与所述三级膨胀机（13）的入口连接；所述三级膨胀机（13）的出口经所述四级空气换热器（14）与所述四级膨胀机（15）的入口连接；所述四级膨胀机（15）的出口经所述五级空气换热器（16）与所述五级膨胀机（17）的入口连接；所述五级膨胀机（17）的出口经所述氢气换热器（7）的管程与所述六级膨胀机（18）的入口连接；所述六级膨胀机（18）的出口与所述B2金属储氢材料反应床（3）的换热进口连接；
所述B2金属储氢材料反应床（3）的换热出口经液氢双向加压泵（6）与所述B1金属储氢材料反应床（1）的换热进口连接；所述B2金属储氢材料反应床（3）的放氢出口经吸放氢循环泵（4）与所述B1金属储氢材料反应床（1）的吸氢进口连接；
所述一级膨胀机（9）、所述二级膨胀机（11）、所述三级膨胀机（13）、所述四级膨胀机（15）、所述五级膨胀机（17）和所述六级膨胀机（18）的功率输出轴分别与发电机（19）连接。
2.根据权利要求1所述的高压氢能做功系统，其特征是：所述系统还包括金属储氢材料置换装置（2）；所述B1金属储氢材料反应床（1）和所述B2金属储氢材料反应床（3）通过添加抽出口分别与金属储氢材料置换装置（2）连接；B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（3）内的金属储氢材料在金属储氢材料置换装置（2）内进行间壁冷量/热量的交换，使得从B1金属储氢材料反应床（1）中出来的金属储氢材料温度下降，从而为即将切换进行放氢操作做准备；而B2金属储氢材料反应床（3）中出来的金属储氢材料温度上升，为即将切换进行吸氢操作做准备；金属储氢材料置换装置（2）包括但不限于机械、电动、气体输送、液压等装置。
3.根据权利要求1所述的高压氢能做功系统，其特征是：所述系统中的做功循环介质为氢气、惰性气体或有机工质；
当选用氢气作为所述系统的做功循环介质时，所述B1金属储氢材料反应床（1）和所述B2金属储氢材料反应床（3）分别通过直接换热或间壁换热的方式对做功循环介质进行加热或冷却；
当选用惰性气体或有机工质或无机工质作为所述系统的做功循环介质时，所述B1金属储氢材料反应床（1）和所述B2金属储氢材料反应床（3）分别通过间壁换热的方式对做功循环介质进行加热或冷却，并相应的调整金属储氢材料对应的工作状态点，使惰性气体或有机工质或无机工质可以在高温下进行气化，低温下进行液化，对液化工质进行加压，形成一个做功循环。
4.根据权利要求1所述的高压氢能做功系统，其特征是：所述一级空气换热器（8）、所述二级空气换热器（10）、所述三级空气换热器（12）、所述四级空气换热器（14）和所述五级空气换热器（16）包括但不限于为翅片式换热器。
5.根据权利要求1所述的高压氢能做功系统，其特征是：所述保护罩（28）设有可燃性气体报警器（29）和保护气入口（27），保护气入口（27）设有阀门，保护罩（28）内填充的气体包括但不限于氢气、氦气、氮气；根据工况条件可以调节保护罩（28）内的温度和压力。
6.根据权利要求1所述的高压氢能做功系统，其特征是：所述B1金属储氢材料反应床（1）和所述B2金属储氢材料反应床（3）内装填的金属储氢材料相同，装填量允许相同也允许不同，其金属储氢材料置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储氢材料的量允许存在冗余，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。
7.根据权利要求1所述的高压氢能做功系统，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（3）中存储的金属储氢材料可以是任意粒径的任意组合，同时，金属储氢材料可以是实心或空心的；金属储氢材料包括但不限于氢化钛铬；
金属储氢材料为温度正相关的金属储氢材料做功组合，金属储氢材料的吸/放氢状态点和工作点参数可根据工艺需要进行任意调节；温度正相关的金属储氢材料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，利用金属储氢材料反应床直接换热使做功氢气升温；系统至少存在一个负压单元，或是金属储氢材料的负压，或是氢气液化的负压，或是以上负压的组合；低温下的做功氢气换热就是利用金属储氢材料低温放出低压氢气时吸热，将金属储氢材料产生的低温冷量用来冷却做功氢气或其他做功工质进行液化。
8.根据权利要求1所述的高压氢能做功系统，其特征是：所述一级膨胀机（9）、所述二级膨胀机（11）、所述三级膨胀机（13）、所述四级膨胀机（15）、所述五级膨胀机（17）和所述六级膨胀机（18）同轴或非同轴连接；
当所述一级膨胀机（9）、所述二级膨胀机（11）、所述三级膨胀机（13）、所述四级膨胀机（15）、所述五级膨胀机（17）和所述六级膨胀机（18）非同轴连接时，所述一级膨胀机（9）、所述二级膨胀机（11）、所述三级膨胀机（13）、所述四级膨胀机（15）、所述五级膨胀机（17）和所述六级膨胀机（18）的功率输出轴分别与不同的发电机（19）连接；
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【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
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