CN106567814B - 热量自平衡的金属氢化物氢增压装置 - Google Patents

热量自平衡的金属氢化物氢增压装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热量自平衡的金属氢化物氢增压装置，包括金属氢化物压缩单元、热交换单元、控制单元，金属氢化物压缩单元为两个或两个以上，热交换单元包裹在金属氢化物压缩单元外壁，通过控制单元实现金属氢化物氢增压装置的自动运行。本发明的氢增压装置采用电加热方式，增压快、效率高，且系统无噪声、操作简单、维护方便，具有很好的市场应用前景。

Description

热量自平衡的金属氢化物氢增压装置
技术领域
本发明涉及一种氢气增压的方法，利用金属氢化物在较低温度下放氢平台压较低，在较高温度下放氢平台压较高的原理，达到氢气增压的目的。
背景技术
根据热力学性质，金属氢化物放氢压力随温度的变化遵循Van’t Hoff方程：lnPd=△H0/RT-△S0/R ，其中，Pd为放氢平衡压力，△H0和△S0为反应的焓变和熵变。
当储氢合金在较低温度和较低压力下吸氢饱和后，将金属氢化物温度升高到较高温度，此时金属氢化物将放出高压的氢气。金属氢化物氢压缩机既利用储氢合金的该特性工作，根据选择的储氢材料不同，可实现不同比例的增压效果。
目前市场上成熟的氢压缩机为机械压缩机，这种压缩机因受压缩比的限制，一般都需多级增压方能达到高压压力，存在体积大、重量重、电耗高等缺点，而且会一定程度的降低氢气纯度，还需增设氢气提纯设备。
金属氢化物氢压缩机结构紧凑，增压效果明显，具有很大的应用前景。但是目前市场上的金属氢化物氢压缩机，操作较为复杂，因多采用水浴、油浴加热，对设备本身的密封性、稳定性等有很大影响，而且这种方式高低温换热间隔大，造成压缩间隔较长、压缩效率低，难以实现大规模推广应用。相对来说，电加热方式升温快、控温稳定，可设计成各种形状适应待加热设备，但高温至低温转换较慢，因此在金属氢化物氢压缩机上基本没有应用。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种操作简单、热量自平衡的金属氢化物氢增压装置，包括金属氢化物压缩单元、热交换单元、控制单元，金属氢化物压缩单元为两个或两个以上，热交换单元包裹在金属氢化物压缩单元外壁，通过控制单元实现金属氢化物氢增压装置的自动运行。
金属氢化物压缩单元内部填充稀土系、钛系或镁系储氢合金，氢气以固态形式储存。
热交换单元为电加热套，包裹在金属氢化物压缩单元外壁，均匀加热，可设定0~1000℃范围内温度，并保持恒温。
金属氢化物压缩单元之间具有回流通道，可控制后一级金属氢化物压缩单元中的氢气回流至前一级的金属氢化物压缩单元，第一级金属氢化物压缩单元中的氢气回流至氢源。
控制单元调控热交换单元温度、加热时间，监控金属氢化物压缩单元输入、输出流量和压力。
通过以下过程实现自动控制增压。
金属氢化物压缩单元在较低温度下吸氢，吸氢饱和后，设定高温加热，金属氢化物压缩单元放出高压氢气，当监控的放氢压力不足时，停止输出氢气，热交换单元同时停止加热；此时使金属氢化物压缩单元继续放氢，并循环排至前一级金属氢化物压缩单元使其吸氢，由于储氢材料放氢吸热，内部温度迅速降低至常温，如此可实现高低温的快速切换。同样的，第一级金属氢化物压缩单元通过将氢气回流至氢源实现高低温切换。
以上全部过程通过控制单元控制，自动运行、操作简单，并可解决电加热套本身高温至低温转换慢的问题，代替传统水浴、油浴换热，可大大简化设备，减少安全隐患，提高设备稳定性。
利用该氢增压装置，增压快、效率高，且系统占地小、无噪声、压缩成本低、操作简单、维护方便，具有很好的市场应用前景。
附图说明
图1 实施例1中氢增压装置示意图。
图2 实施例2中氢增压装置示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明展开进一步的描述，但本发明并不仅限于此，可以在不改变其要点的范围内适当更改。
实施例1。
二级压缩的金属氢化物氢增压装置，包括两个金属氢化物压缩单元2和2’、热交换单元3、控制单元5，金属氢化物压缩单元2和2’内部填充稀土系储氢材料，金属氢化物压缩单元2和2’之间具有氢气回流通道，热交换单元3为电加热片，最高温度200℃，包裹在金属氢化物压缩单元2和2’外壁；氢源1输入低压氢至金属氢化物压缩单元2中，经过一级压缩的氢先储存在缓冲容器4中，达到指定压力后，进入金属氢化物压缩单元2’中，经过二级压缩后，该装置可输出高压氢6，当输出压力不足时，氢气回流至金属氢化物压缩单元2中，并使金属氢化物压缩单元2’内部温度迅速降低，通过控制单元5实现金属氢化物氢增压装置的自动运行。
实施例2。
三级压缩的金属氢化物氢增压装置，包括三个金属氢化物压缩单元2、2’和2’’、热交换单元3、控制单元4，金属氢化物压缩单元2、2’和2’’内部填充钛系储氢材料，热交换单元3为电加热套，可设定最高500℃的温度，具有隔热功能，热交换单元3包裹在金属氢化物压缩单元2、2’和2’’外壁；氢源1输入低压氢至金属氢化物压缩单元2中，经过三级压缩后，该装置可输出高压氢5，通过控制单元4实现金属氢化物氢增压装置的自动运行。

Claims (3)

1.热量自平衡的金属氢化物氢增压装置，包括金属氢化物压缩单元、热交换单元、控制单元，金属氢化物压缩单元为两个或两个以上，热交换单元包裹在金属氢化物压缩单元外壁，通过控制单元实现金属氢化物氢增压装置的自动运行；其中，(A)金属氢化物压缩单元之间具有回流通道，可控制后一级金属氢化物压缩单元中的氢气回流至前一级的金属氢化物压缩单元，第一级金属氢化物压缩单元中的氢气回流至氢源；
其中，(B)控制单元调控热交换单元加热温度和加热时间，监控金属氢化物压缩单元输入、输出流量和压力，按程序进行自动控制；
其中，(C)金属氢化物压缩单元在较低温度下吸氢，吸氢饱和后，对其加热至高温，金属氢化物压缩单元放出高压氢气，实现增压；当监控到放氢压力不足时，同时停止加热和输出氢气，使金属氢化物压缩单元剩余的氢经回流通道放至压力较低的前一级金属氢化物压缩单元，第一级金属氢化物压缩单元则通过回流通道将氢气放至氢源，由于储氢材料放氢吸热，该金属氢化物压缩单元内部温度快速降低，使其可以进行下一个吸氢、升温、增压循环，此即是利用反应热实现降温的热量自平衡金属氢化物氢增压装置。
2.根据权利要求1所述热量自平衡的金属氢化物氢增压装置，其特征在于，金属氢化物压缩单元内部填充稀土系、钛系或镁系储氢合金。
3.根据权利要求1所述热量自平衡的金属氢化物氢增压装置，其特征在于，热交换单元为电加热套，可设定0～1000℃范围内温度，并保持恒温。
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