[发明专利]金属氢化物循环做功系统

说明书

本发明涉及一种金属氢化物循环做功系统，包括B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、空气换热器、氢气膨胀机、液氢高压泵和换热器。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经液氢高压泵和换热器的壳程与B2金属储氢材料反应床的第一吸氢进口和B1金属储氢材料反应床的第二吸氢进口连接。B1金属储氢材料反应床的第一换热出口和B2金属储氢材料反应床的第二换热出口分别经空气换热器的壳程、氢气膨胀机以及换热器的管程与B1金属储氢材料反应床的第一液化进口和B2金属储氢材料反应床的第二液化进口连接。本发明利用金属氢化物的吸氢/放氢特性，驱动膨胀机做功。

技术领域

本发明属于能量综合利用技术领域，涉及一种金属氢化物循环做功系统。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属氢化物循环做功系统，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循环做功系统，该系统包括B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、空气换热器、氢气膨胀机、液氢高压泵和换热器。B1金属储氢材料反应床的第一放氢出口与液氢高压泵的入口连接，液氢高压泵的出口与换热器的壳程入口连接，换热器的壳程出口与B1金属储氢材料反应床的第一吸氢进口连接。B2金属储氢材料反应床的第二放氢出口也与液氢高压泵的入口连接，液氢高压泵的出口与换热器的壳程入口连接，换热器的壳程出口与B2金属储氢材料反应床的第二吸氢进口连接。B1金属储氢材料反应床的第一换热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膨胀机的入口连接，氢气膨胀机的出口与换热器的管程入口连接，换热器的管程出口与B1金属储氢材料反应床的第一液化进口连接。B2金属储氢材料反应床的第二换热出口也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膨胀机的入口连接，氢气膨胀机的出口与换热器的管程入口连接，换热器的管程出口与B2金属储氢材料反应床的第二液化进口连接。

进一步的，系统还包括发电机；氢气膨胀机与发电机同轴连接，发电机电路连接到外部电网和/或蓄电池；氢气膨胀机包括但不限于叶轮旋转式和活塞式的做功机械。

进一步的，B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内的换热都采用氢气直接进入金属储氢材料反应床进行换热的模式。当在B2金属储氢材料反应床状态点β2吸氢放热时，进入B2金属储氢材料反应床的低于B2金属储氢材料反应床状态点β2温度的氢气一部分被吸入B2金属储氢材料反应床内的金属氢化物，剩余部分的氢气温度提高并携带热量流出B2金属储氢材料反应床进入空气换热器，金属氢化物严格限制在B2金属储氢材料反应床内的格栅里，不允许任何金属氢化物颗粒溢出到格栅之外。对于B1金属储氢材料反应床的状态点β1来讲是放氢吸热过程，只允许氢气携带热量进出B1金属储氢材料反应床，金属氢化物严格限制在B1金属储氢材料反应床内的格栅里，只允许液氢和少量的气态氢气流出B1金属储氢材料反应床。如果进行切换后， B1金属储氢材料反应床的状态点变为β2，B2金属储氢材料反应床的状态点变为β1，如此循环往复。