CN102997484A - 金属氢化物制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属氢化物制冷装置。包括四个贮氢合金反应器和六个两位三向阀，第一、第四以及第二、第三贮氢合金反应器的氢气充放口之间均通过连接阀连接，第一两位三向阀对应连接载冷剂管路、冷水管路和第一贮氢合金反应器，第二两位三向阀对应连接载冷剂管路、冷水管路和第二贮氢合金反应器，第五两位三向阀对应连接热源管路、冷水和热源混合管路以及第四贮氢合金反应器，第六两位三向阀对应连接热源管路、冷水和热源混合管路以及第三贮氢合金反应器。本发明是一种热能驱动制冷机，通过分别调节高、低平衡压力的贮氢合金反应器的温度实现氢的转移，而没有消耗电能，节约了能源。

Description

金属氢化物制冷装置

技术领域

本发明涉及吸收式制冷机，特别涉及一种中低温热源利用化学热泵技术和金属氢化物贮氢技术实现制冷的金属氢化物制冷装置。

背景技术

制冷系统是通过利用外界能量使热量从温度较低的物质（或环境）转移到温度较高的物质（或环境）的系统。制冷系统按工作原理的不同可以分为压缩式、吸收式、蒸气喷射式、热电式、吸附式等。常用的蒸气压缩式制冷机消耗电能实现制冷；吸收式制冷机利用热能制冷，所用的热能一般为工业废热、余热和太阳能等低品质热能，目前吸收式制冷机主要有两种，即氨吸收式制冷机和溴化锂吸收式制冷机。氨具有刺激性气味、对人体具有一定的毒性和可以燃烧、与空气混合后在一定浓度范围内会发生爆炸。溴化锂吸收式制冷机所使用的溴化锂制冷剂微毒、无爆炸危险，制冷温度一般高于5℃，但不适用于75℃以下的低温余热。金属氢化物制冷系统利用金属氢化物分解放出氢过程吸收热量（约15kcal/molH2）的特性，通过两种金属氢化物的平衡压差来驱动其中一种金属氢化物的分解，从而实现制冷。所谓金属氢化物是指金属或合金与氢反应的生成物。利用金属氢化物制冷系统能够把废弃的工业低温余热、废热变为有用的冷能，满足生产和生活上的需要。目前已研制出多种金属氢化物空调装置，专利号为01134891.7的发明专利“蓄氢合金空调装置”和专利号为200410010220.9的发明专利“一种环保热泵”都提出了采用贮氢合金实现空调的技术方案，但是都需要消耗电能来驱动抽气泵实现氢的转移。

发明内容

本发明提供一种金属氢化物制冷装置，利用低温余热驱动氢在两种贮氢合金之间转移，贮氢合金放出氢需要吸收热量，从而达到制冷目的。

为达到上述目的，本发明采取以下的技术方案：

金属氢化物制冷装置，包括四个贮氢合金反应器和六个两位三向阀，其中第一、第四贮氢合金反应器的氢气充放口之间以及第二、第三贮氢合金反应器的氢气充放口之间均通过连接阀连接；其中第一两位三向阀对应连接载冷剂管路、冷水管路和第一贮氢合金反应器，第二两位三向阀对应连接载冷剂管路、冷水管路和第二贮氢合金反应器，第三两位三向阀对应连接载冷剂管路、排水管路和第一贮氢合金反应器，第四两位三向阀对应连接载冷剂管路、排水管路和第二贮氢合金反应器，第五两位三向阀对应连接热源管路、冷水和热源混合管路以及第四贮氢合金反应器，第六两位三向阀对应连接热源管路、冷水和热源混合管路以及第三贮氢合金反应器，第三、第四贮氢合金反应器均与排水管路连接。在载冷剂管路上设有载冷剂泵和制冷风机盘管，冷水管路上设有冷水入口和冷水泵，热源管路上设有热源入口和热源水泵，冷水和热源混合管路通过两个支管路分别与冷水管路和热源管路连接，两个支管路上对应地设有冷水流量计和热源流量计。

相同温度条件下，第一第二贮氢合金反应器的平衡压力高于第三、第四贮氢合金反应器，采用具有不同平衡压力的贮氢合金反应器组成贮氢合金反应器对，利用金属氢化物放氢过程吸收热量的特性实现制冷。通过调节高平衡压力贮氢合金反应器和低平衡压力贮氢合金反应器的温度，既可以实现氢气由高平衡压力贮氢合金反应器流向低平衡压力贮氢合金反应器，也可以实现氢气由低平衡压力贮氢合金反应器流向高平衡压力贮氢合金反应器，具体过程如下：如果希望高平衡压力贮氢合金反应器向低平衡压力贮氢合金反应器放氢，使两种反应器均处于室温，依靠平衡压差的作用氢气从高平衡压力贮氢合金反应器释放出来并被低平衡压力贮氢合金反应器吸收；如果希望低平衡压力贮氢合金反应器向高平衡压力贮氢合金反应器放氢时，利用低温余热升高低平衡压力贮氢合金反应器的温度使其平衡压力高于室温下高平衡压力贮氢合金反应器，这样氢气就会从低平衡压力贮氢合金反应器释放出来并被高平衡压力贮氢合金反应器吸收。高平衡压力贮氢合金反应器释放氢气过程中吸收热量，此时流经高平衡压力贮氢合金反应器的载冷剂被冷却，然后在载冷剂泵的作用下流入制冷风机盘管进行热交换，实现制冷的目的。

上述两位三向阀可以是两位三向电磁阀，也可以是两位三向气动阀；连接阀可以是电磁阀，也可以是气动阀。

本发明是一种热能驱动制冷机，通过分别调节高、低平衡压力的贮氢合金反应器的温度实现氢的转移，而没有消耗电能，节约了能源。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图标记说明：1-第一贮氢合金反应器；2-第二贮氢合金反应器；3第三贮氢合金反应器；4-第四贮氢合金反应器；5-第一两位三向阀；6-第二两位三向阀；7-第三两位三向阀；8-第四两位三向阀；9-第五两位三向阀；10-第六两位三向阀；11-热源水泵；12冷水泵；13-载冷剂泵；14-热源流量计；15-冷水流量计；16-第一连接阀；17-第二连接阀；18-制冷风机盘管；19-风机；20-冷水入口；21-热源入口；22-排水管路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例所述的第一两位三向阀5、第二两位三向阀6、第三两位三向阀7、第四两位三向阀8、第五两位三向阀9和第六两位三向阀10均为两位三向电磁阀；第一连接阀16和第二连接阀17均为电磁阀。第一贮氢合金反应器1与第四贮氢合金反应器4的氢气充放口之间通过第二电磁阀17连接，第二贮氢合金反应器2与第三贮氢合金反应器3的氢气充放口之间通过第一电磁阀16连接，第一两位三向阀5对应连接载冷剂管路、冷水管路和第一贮氢合金反应器1，第二两位三向阀6对应连接载冷剂管路、冷水管路和第二贮氢合金反应器2，第三两位三向阀7对应连接载冷剂管路、排水管路22和第一贮氢合金反应器1，第四两位三向阀8对应连接载冷剂管路、排水管路22和第二贮氢合金反应器2，第五两位三向阀9对应连接热源管路、冷水和热源混合管路以及第四贮氢合金反应器4，第六两位三向阀10对应连接热源管路、冷水和热源混合管路以及第三贮氢合金反应器3，第三贮氢合金反应器3、第四贮氢合金反应器4均与排水管路22连接。在载冷剂管路上设有载冷剂泵13和由风机19和制冷风机盘管18组成的制冷风机盘管系统，冷水管路上设有冷水入口20和冷水泵12，热源管路上设有热源入口21和热源水泵11，冷水和热源混合管路通过两个支管路分别与冷水管路和热源管路连接，两个支管路上对应地设有冷水流量计15和热源流量计14。

如图1所示，本实施例的制冷工作原理为：打开第一连接阀16和第二连接阀17，第一两位三向阀5连通冷水管路与第一贮氢合金反应器1，第三两位三向阀7连通排水管路与第一贮氢合金反应器1，第二两位三向阀6连通载冷剂管路与第二贮氢合金反应器2，第四两位三向阀8连通载冷剂管路与第二贮氢合金反应器2，第六两位三向阀10连通冷水和热源混合管路与第三贮氢合金反应器3，第五两位三向阀9连通热源管路与第四贮氢合金反应器4。相同温度条件下，第一、第二贮氢合金反应器的平衡压力高于第三、第四贮氢合金反应器，此时，使第一第二贮氢合金反应器与第三、第四贮氢合金反应器均处于室温，依靠平衡压差的作用氢气从高平衡压力的第二贮氢合金反应器2释放出来并被低平衡压力的第三贮氢合金反应器3吸收；这样，第二贮氢合金反应器2发生放氢吸热反应，吸收流经第二贮氢合金反应器2的载冷剂的热量，载冷剂被降温；第三贮氢合金反应器3发生吸氢放热反应，放出的热量被流经第三贮氢合金反应器3的冷水带走。同时，利用低温余热升温的第四贮氢合金反应器4的平衡压力高于室温下的第一贮氢合金反应器1，依靠平衡压差的作用氢气从第四贮氢合金反应器4释放出来被第一贮氢合金反应器1吸收；这样，第四贮氢合金反应器4发生放氢吸热反应，吸收流经第四贮氢合金反应器4的热源的热量，热源被降温；第一贮氢合金反应器1发生吸氢放热反应，放出的热量被流经第一贮氢合金反应器1的冷水带走。

当第三贮氢合金反应器3的氢气饱和后，打开第一连接阀16和第二连接阀17，第一两位三向阀5连通载冷剂管路与第一贮氢合金反应器1，第三两位三向阀7连通载冷剂管路与第一贮氢合金反应器1，第二两位三向阀6连通冷水管路与第三贮氢合金反应器3，第四两位三向阀8连通排水管路与第二贮氢合金反应器2，第六两位三向阀10连通热源管路与第三贮氢合金反应器3，第五两位三向阀9连通冷水和热源混合管路与第四贮氢合金反应器4。此时，使第一、第二贮氢合金反应器与第三、第四贮氢合金反应器均处于室温，依靠平衡压差的作用氢气从高平衡压力的第一贮氢合金反应器1释放出来并被低平衡压力的第四贮氢合金反应器4吸收；这样，第一贮氢合金反应器1发生放氢吸热反应，吸收流经第一贮氢合金反应器1的载冷剂的热量，载冷剂被降温；第四贮氢合金反应器4发生吸氢放热反应，放出的热量被流经第四贮氢合金反应器4的冷水带走。同时，利用低温余热升温的第三贮氢合金反应器3的平衡压力高于室温下的第二贮氢合金反应器2，依靠平衡压差的作用氢气从第三贮氢合金反应器3释放出来被第二贮氢合金反应器2吸收；这样，第三贮氢合金反应器3发生放氢吸热反应，吸收流经第三贮氢合金反应器3的热源的热量，热源被降温；第二贮氢合金反应器2发生吸氢放热反应，放出的热量被流经第二贮氢合金反应器2的冷水带走。

实施例2

如图1所示，本实施例与实施例1不同之处在于：第一两位三向阀5、第二两位三向阀6、第三两位三向阀7、第四两位三向阀8、第五两位三向阀9和第六两位三向阀10均为两位三向气动阀；第一连接阀16和第二连接阀17均为气动阀。

显然，本发明的上述具体实施方式仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于本领域技术人员来说，在上述说明的基础上还可以容易地做出其它形式上的变化或者替代，而这些改变或者替代也将包含在本发明确定的保护范围之内。

Claims (3)

1.金属氢化物制冷装置，其特征是：包括四个贮氢合金反应器和六个两位三向阀，其中第一、第四贮氢合金反应器的氢气充放口之间以及第二、第三贮氢合金反应器的氢气充放口之间均通过连接阀连接；其中第一两位三向阀（5）对应连接载冷剂管路、冷水管路和第一贮氢合金反应器（1），第二两位三向阀（6）对应连接载冷剂管路、冷水管路和第二贮氢合金反应器（2），第三两位三向阀（7）对应连接载冷剂管路、排水管路和第一贮氢合金反应器（1），第四两位三向阀（8）对应连接载冷剂管路、排水管路和第二贮氢合金反应器（2），第五两位三向阀（9）对应连接热源管路、冷水和热源混合管路以及第四贮氢合金反应器（4），第六两位三向阀（10）对应连接热源管路、冷水和热源混合管路以及第三贮氢合金反应器（3），第三、第四贮氢合金反应器均与排水管路连接，在载冷剂管路上设有载冷剂泵（13）和制冷风机盘管（18），冷水管路上设有冷水入口（20）和冷水泵（12），热源管路上设有热源入口（21）和热源水泵（11），冷水和热源混合管路通过两个支管路分别与冷水管路和热源管路连接，两个支管路上对应地设有冷水流量计（15）和热源流量计（14）。

2.如权利要求1所述的金属氢化物制冷装置，其特征是：所述第一至第六两位三向阀均为两位三向电磁阀，所述连接阀均为电磁阀。

3.如权利要求1所述的金属氢化物制冷装置，其特征是：所述第一至第六两位三向阀均为两位三向气动阀，所述连接阀均为气动阀。