CN108640082B - 一种利用金属氢化物梯级回收余热的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用金属氢化物梯级回收余热的装置和方法，装置包括换热中心、升压床结构、膨胀机或膨胀机组、有机工质压缩机、有机工质膨胀机、换热器和发电机。升压床结构设有1组以上氢反应床，氢反应床的高压氢气出口连接到膨胀机组的入口，膨胀机组的出口通过缓冲罐和氢气循环泵连接到氢反应床低压氢气入口。有机工质膨胀机的出口通过冷却器与有机工质压缩机的入口连接，有机工质压缩机的出口通过循环泵、换热器的管程连接到有机工质膨胀机的入口。本发明利用高温气体的余热使升压床结构的氢反应床进行吸/放氢循环，放氢时产生的高压氢气推动膨胀机做功并带动发电机发电后，用于吸氢循环使用，有效利用了工业余热。

Description

一种利用金属氢化物梯级回收余热的装置和方法

技术领域

本发明属于余热回收技术领域，涉及一种利用金属氢化物梯级回收余热的装置和方法。

背景技术

能源短缺、环境污染、全球气候变化，令开发清洁、高效、安全和可持续的能源迫在眉睫，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车用发动机的主要机种。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，氢能源车辆由于其节能、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。

氢作为燃料的优点是，以水为原料，资源丰富；燃烧时放出的热量多；燃烧产物是水，无毒、无污染，且可以循环使用，被称作绿色能源。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对发动机进行大的改装，因此氢能动力具有广阔的应用前景。推广氢能动力需要解决三个技术问题：一是大量制取廉价氢气，传统的电解方法价格昂贵，且耗费其他资源，无法推广；二是氢气的安全储运问题；三是发动机所需的高性能、廉价的氢供给系统。同时氢能源直接用在动力系统上会产生爆震、不稳定等一系列影响利用的问题，将氢气与其他多种气体包括惰性气体混合后加压的高压气源，氢电能源作为新的动力系统的替代燃料势必会成为趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用金属氢化物梯级回收余热的装置和方法，充分地利用设备尾气等各种高温气体余热，提高余热利用率。

本发明的技术方案是：利用金属氢化物梯级回收余热装置，包括换热中心、升压床结构、膨胀机或膨胀机组、有机工质压缩机、有机工质膨胀机、换热器和发电机。换热中心设有高温气体进口、低温气体出口、一级换热器、二级换热器、三级换热器、一级氢气换热器、二级氢气换热器、中间再热器、换热器和冷却器。高温气体进口依次通过一级换热器和二级换热器连接到三级换热器，三级换热器出口分为两路，一路直接连接到冷却器，另一路通过膨胀机中间再热器连接到冷却器，然后从冷却器的低温气体出口外排。膨胀机组设有3台膨胀机或一台组合式膨胀机，膨胀机组、有机工质压缩机、有机工质膨胀机与发电机同轴连接。每级升压床结构分别设有1号氢反应床、2号氢反应床、3号氢反应床、缓冲罐和氢气循环泵，1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床分别设有换热介质入口、换热介质出口、低压氢气入口和高压氢气出口，高压氢气出口和低压氢气入口设有阀门。高压氢气出口连接到膨胀机的入口，膨胀机的出口通过缓冲罐和氢气循环泵连接到低压氢气入口。第一级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到三通阀，三通阀一路出口经氢气泵、一级换热器和三通阀连接到换热介质入口，另一路经氢气泵、一级氢气换热器和三通阀连接到换热介质入口。第二级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀，四通阀一路出口经氢气泵、二级换热器和四通阀连接到换热介质入口，一路经氢气泵、一级氢气换热器和四通阀连接到换热介质入口，第三路经氢气泵、二级氢气换热器和四通阀连接到换热介质入口。第三级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀，四通阀一路出口经氢气泵、换热器、三级换热器和四通阀连接到换热介质入口，一路经氢气泵、二级氢气换热器和四通阀连接到换热介质入口，第三路经氢气泵、冷却器和四通阀连接到换热介质入口。有机工质膨胀机的出口通过冷却器与有机工质压缩机的入口连接，有机工质压缩机的出口通过循环泵、换热器的壳程连接到有机工质膨胀机的入口。

所述装置的热源设备还包括氢化镁储罐和燃料发动机的夹套，所述氢化镁储罐与冷却器循环连接，所述氢燃料发动机的夹套与冷却器循环连接。

另一种形式的利用金属氢化物梯级回收余热的装置，包括建筑物、空气冷却器、空气加热器、蓄电池、有机工质换热管路、空气换热管路、升压床结构、膨胀机、有机工质压缩机、有机工质膨胀机和发电机；升压床结构为单级，设有1号氢反应床、2号氢反应床、3号氢反应床、缓冲罐和氢气循环泵，1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床分别设有换热介质入口、换热介质出口、低压氢气入口和高压氢气出口，高压氢气出口和低压氢气入口设有阀门；高压氢气出口连接到膨胀机的入口，膨胀机的出口通过缓冲罐连接到低压氢气入口；1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到三通阀，三通阀一路出口经氢气泵、一级换热器的管程和三通阀连接到换热介质入口，另一路经氢气泵、一级氢气换热器的管程和三通阀连接到换热介质入口；有机工质膨胀机的出口通过空气冷却器与有机工质压缩机的入口连接；有机工质压缩机的出口分为两路，一路通过一级换热器的壳程连接到有机工质膨胀机的入口，另一路通过空气加热器、一级换热器的壳程连接到有机工质膨胀机85的入口，形成循环；有机工质膨胀机设有中间段抽出口和中间段入口，中间段抽出口经一级氢气换热器的壳程再热后连接到中间段入口；环境空气通过空气换热管路进入空气加热器的壳程，被从有机工质压缩机的出口来的二氧化碳气体加热后送到建筑物供暖使用；环境空气通过空气换热管路进入空气冷却器的壳程，加热从有机工质膨胀机的出口来的二氧化碳气体后被冷却，送到建筑物制冷使用；膨胀机、有机工质压缩机、有机工质膨胀机与发电机同轴连接；发电机与蓄电池电路连接，蓄电池与有机工质压缩机电路连接。

上述两种形式的利用金属氢化物梯级回收余热的装置，膨胀机组的3台膨胀机或一台组合式膨胀机设有中间段抽出口和中间段入口，中间段抽出口通过膨胀机中间再热器连接到中间段入口。装置设有氢气检测器，装置的外部包有充氮密封保护罩。1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床内均装填有金属氢化物作为金属储氢材料，金属氢化物包括镁系、钙系或稀土系金属氢化物。

升压床结构为单级或多级结构，升压床结构内各级的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同，每级升压床结构内各个氢反应床的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同。氢反应床的罐体由金属或非金属材料制成，设置有内保温或外保温或内、外保温措施。

有机工质膨胀机与有机工质压缩机之间的循环换热介质包括氢气、氩气或二氧化碳。

所述装置可以应用于移动装置，也可以应用于固定装置，移动装置包括交通工具、移动设备，固定装置包括工业窑炉尾气、空气源、地源热。

利用金属氢化物梯级回收余热的方法为，各级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床、3号氢反应床的工作过程分为放氢阶段和吸氢阶段。每一级升压床结构的三个氢反应床中一个氢反应床在放氢阶段的同时另外两个氢反应床处于吸氢和准备放氢阶段。当放出的氢气由于种种原因不稳定时可以由循环氢气补充替代，当放出氢气量正常时再补偿给循环氢气，循环氢气为氢反应床吸放氢过程的载热体。

本发明利用金属氢化物梯级回收余热装置利用柯来浦系统的工作原理，通过多级处于不同工作温度的升压床结构与膨胀机组及换热设备相结合，每级升压床结构设置有多台装有金属氢化物的氢反应床，利用高温气体的余热使升压床结构的氢反应床进行吸/放氢循环，放氢时产生的高压氢气推动膨胀机做功并带动发电机发电后，用于吸氢循环使用，有效利用了工业余热，有利于节能减排，提高企业经济效益。通过梯级回收余热，使各段温度下气体携带的热能最大限度得到利用，提高了余热的利用率。通过升压床结构之间的氢气换热器和膨胀机中间再热器，使烟气余热得到充分的利用，有利于提高氢反应床和压缩机的工作效率。

附图说明

图1是本发明利用金属氢化物梯级回收余热装置的流程示意图；

图2是本发明利用金属氢化物梯级回收余热装置另一实施例的流程示意图；

其中：1—建筑物、3—空气冷却器、4—空气加热器、5—蓄电池、7—有机工质换热管路、8—尾气余热利用单元、9—空气换热管路、14—膨胀机、15—发电机、16—换热器、42—换热介质出口、61—三通阀、67—阀门、A—1号氢反应床、B—2号氢反应床、C—3号氢反应床、68—高温气体进口、69—低温气体出口、74—冷却器、76—换热中心、80—充氮密封保护罩、81—膨胀机中间再热器、82—二级氢气换热器、84—有机工质压缩机、85—有机工质膨胀机、83—缓冲罐、87—换热介质入口、90—四通阀、91—一级换热器、92—二级换热器、93—三级换热器、94—一级氢气换热器、95—氢气泵、101—氢气检测器、108—低压氢气入口、109—高压氢气出口。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

本发明利用金属氢化物梯级回收余热装置如图1所示，包括换热中心76、升压床结构、膨胀机或膨胀机组、有机工质压缩机84、有机工质膨胀机85和发电机15。换热中心76设有高温气体进口68、低温气体出口69、一级换热器91、二级换热器92、三级换热器93、一级氢气换热器94、二级氢气换热器82、膨胀机中间再热器81、换热器16和冷却器74。高温气体进口68通过一级换热器91、二级换热器92连接到三级换热器93，三级换热器93出口分为两路，一路直接连接到冷却器74，另一路通过膨胀机中间再热器81连接到冷却器，然后经冷却器的低温气体出口69外排。膨胀机组设有3台膨胀机14，膨胀机组的3台膨胀机、有机工质压缩机84、有机工质膨胀机85与发电机15同轴连接。3台膨胀机均设有中间段抽出口和中间段入口；高压氢气经膨胀机的中间段抽出口进入膨胀机中间再热器81再热后，再由中间段入口返回膨胀机。每级升压床结构分别设有1号氢反应床A、2号氢反应床B、3号氢反应床C、缓冲罐83和氢气循环泵， 1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床分别设有换热介质入口87、换热介质出口42、低压氢气入口108和高压氢气出口109，高压氢气出口和低压氢气入口设有阀门67。高压氢气出口109连接到膨胀机的入口，膨胀机的出口通过缓冲罐83和氢气循环泵连接到低压氢气入口108。第一级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口42分别连接到三通阀61，三通阀一路出口经氢气泵95、一级换热器91和三通阀连接到换热介质入口87，另一路经氢气泵95、一级氢气换热器94和三通阀连接到换热介质入口。第二级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀90，四通阀一路出口经氢气泵95、二级换热器92和四通阀连接到换热介质入口，另一路经氢气泵95、一级氢气换热器94和四通阀连接到换热介质入口，第三路经氢气泵95、二级氢气换热器82和四通阀连接到换热介质入口。第三级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀90，四通阀一路出口经氢气泵95、换热器16、三级换热器93和四通阀连接到换热介质入口，另一路经氢气泵95、二级氢气换热器82和四通阀连接到换热介质入口，第三路经氢气泵95、冷却器74和四通阀连接到换热介质入口。有机工质膨胀机85的出口通过冷却器74与有机工质压缩机84的入口连接，有机工质压缩机84的出口通过循环泵、换热器16的壳程连接到有机工质膨胀机85的入口，形成循环，有机工质为二氧化碳。整个装置所利用的余热还可以来自于氢化镁储罐和氢燃料发动机的夹套，氢化镁储罐与换热器74循环连接，氢燃料发动机的夹套与换热器74循环连接。换热介质为氢气或二氧化碳。升压床结构的氢反应床罐体由碳钢或不锈钢料制成，设置有内保温措施，连接各个设备、单元的管道均可设置有外保温或内、外保温措施。装置设有氢气检测器101，整个装置的外部包有充氮密封保护罩80。不同级升压床结构的吸热不一样，其中各级升压床结构的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同，每级升压床结构内的各个氢反应床的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同，1号氢反应床A、2号氢反应床B、3号氢反应床C的重量和体积相同。

本发明利用金属氢化物梯级回收余热装置的工作原理与柯来浦的工作原理相同。上、中、下三级升压床结构分别为第一级升压床结构、第二级升压床结构和第三级升压床结构，每级升压床结构分别设有3个氢反应床：1号氢反应床A、2号氢反应床B、3号氢反应床C。从实现稳定放氢的方面考虑，整个工作过程设置分为二个阶段，放氢阶段和吸氢阶段。放氢阶段时长为2分钟，吸氢阶段时长为4分钟，则工作时序安排每6分钟为一个循环。循环的时间顺序为：0～2分钟：1号氢反应床A放氢，2号氢反应床B吸氢继续，3号氢反应床C吸氢开始；2～4分钟：1号氢反应床A放氢结束开始吸氢，2号氢反应床B吸氢结束开始放氢，3号氢反应床C继续吸氢；4～6分钟：1号氢反应床A继续吸氢，2号氢反应床B放氢结束开始吸氢，3号氢反应床C吸氢结束开始放氢。下一个周期重复以上过程。

放氢阶段：

第一级升压床结构的氢气换热管路通过阀门切换使第一级升压床结构的氢反应床与一级换热器91管程连通，由从一级换热器91壳程通过的（600℃）高温气体供给热量，使第一级升压床结构的氢反应床在340℃下吸收热量并持续放出3.5MPa的高压氢气，出一级换热器91的高温气体温度降至350℃。同时第一级升压床结构的氢反应床高压氢气出口109处的阀门打开，放出的高压氢气从高压氢气出口109进入膨胀机14。

第二级升压床结构的氢气换热管路通过阀门切换使第二级升压床结构的氢反应床分别与二级换热器92的管程和一级氢气换热器94的管程连通，由从二级换热器92壳程通过的高温气体（350℃）和一级氢气换热器94的壳程通过的高温氢气（t≥240℃）供给热量，使第二级升压床结构的氢反应床在230℃下吸收热量并持续放出3.5MPa的高压氢气，出二级换热器92的高温气体温度降至240℃，出一级氢气换热器94壳程的高温氢气温度降至235℃；同时第二级升压床结构的氢反应床高压氢气出口109处的阀门打开，放出的高压氢气从高压氢气出口109进入膨胀机14。

第三级升压床结构的氢气换热管路通过阀门切换使第三级升压床结构的氢反应床分别与换热器16、三级换热器93的管程和二级氢气换热器82的管程连通，由从换热器16壳程通过的高温有机工质（180℃）、三级换热器93壳程通过的高温烟气（240℃）和二级氢气换热器82的壳程通过的高温氢气（t≥130℃）供给热量，使得第三级升压床结构的氢反应床在120℃下吸收热量并持续放出3.5MPa的高压氢气，出换热器16的高温有机工质温度降至130℃，出三级换热器93的高温烟气温度降至130℃，出二级氢气换热器82壳程的高温氢气温度降至125℃。同时第三级升压床结构的氢反应床高压氢气出口109处的阀门打开，放出的高压氢气从高压氢气出口109进入膨胀机14。

吸氢阶段：

放氢阶段结束后进入吸氢阶段，先关闭高压氢气出口109处的阀门；第一级升压床结构的氢气换热管路通过阀门切换使第一级升压床结构的氢反应床与一级氢气换热器94的壳程连通，与从一级氢气换热器94的管程通过的低温氢气（来自处于放氢阶段的第二级升压床结构的氢反应床）换热，先将放氢阶段结束时的显热传递给第二级升压床结构的氢反应床，第一级升压床结构的氢反应床温度降至240℃后，开始吸氢，这时打开低压氢气入口108处的阀门，同样通过换热管路将吸氢时放出的热量传递给第二级升压床结构的氢反应床放氢时使用。

第二级升压床结构的氢气换热管路通过阀门切换使第二级升压床结构的氢反应床与二级氢气换热器82的壳程连通，与从二级氢气换热器82的管程通过的低温氢气（来自处于放氢阶段的第三级升压床结构的氢反应床）换热，先将放氢阶段结束时的显热传递给第三级升压床结构的氢反应床，第二级升压床结构的氢反应床温度降至130℃后，开始吸氢，这时打开低压氢气入口108处的阀门，同样通过换热管路将吸氢时放出的热量传递给第三级升压床结构的氢反应床放氢时使用。

第三级升压床结构的氢气换热管路通过阀门切换使第三级升压床结构的氢反应床与冷却器74的壳程连通，与从冷却器74的管程通过的氢气（来自朗肯循环单元膨胀机）换热，先将放氢阶段结束时的显热传递给朗肯循环单元，第三级升压床结构的氢反应床温度降至20℃后，开始吸氢，这时打开低压氢气入口108处的阀门，同样通过换热管路将吸氢时放出的热量传递给朗肯循环单元使用。

吸氢阶段到放氢阶段的转换过程：

在吸氢阶段的末端，氢反应床将进行以下放氢准备工作。首先关闭低压氢气进口阀门。换热管路出口阀门全闭，换热介质入口87处的阀门微启，切换连通到：第一级升压床结构的氢反应床与一级换热器91管程连通；第二级升压床结构的氢反应床与二级换热器92的管程和一级氢气换热器94的管程连通；第三级升压床结构的氢反应床与换热器16、三级换热器93的管程和二级氢气换热器82的管程连通。将反应床内压力升至与换热管路压力相同（3.5MPa）。

然后，换热介质出口42阀门微启，切换连通到：第一级升压床结构的氢反应床与一级换热器91管程连通；第二级升压床结构的氢反应床与二级换热器92的管程和一级氢气换热器94的管程连通；第三级升压床结构氢反应床与三级换热器93的管程和二级氢气换热器82的管程连通；形成换热循环回路，将反应床内温度升高到第一级（340℃）、第二级（230℃）、第三级（120℃）。

最后，各级升压床结构的氢反应床内开始预放氢过程，微启高压氢气出口109阀门，输出高压氢气。随着放氢增加，处于升温放氢准备阶段氢反应床的高压氢气出口109阀门、换热介质出口42阀门、换热介质入口87阀门开度不断增加；于此相应地同一级中另一处于放氢阶段氢反应床的高压氢气出口109阀门、换热介质出口42阀门、换热介质入口87阀门开度不断减少；最终，放氢阶段（前期）的氢反应床进入到稳定放氢阶段，原放氢阶段的氢反应床进入到吸氢阶段。

实施例2：

本发明利用金属氢化物回收环境热装置如图2所示，包括建筑物1、空气冷却器3、空气加热器4、蓄电池5、有机工质换热管路7、空气换热管路9、升压床结构、膨胀机14、有机工质压缩机84、有机工质膨胀机85和发电机15。升压床结构为单级，设有1号氢反应床A、2号氢反应床B、3号氢反应床C、缓冲罐83和氢气循环泵，1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床分别设有换热介质入口87、换热介质出口42、低压氢气入口108和高压氢气出口109，高压氢气出口和低压氢气入口设有阀门67。高压氢气出口109连接到膨胀机的入口，膨胀机的出口通过缓冲罐83连接到低压氢气入口108。1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口42分别连接到三通阀61，三通阀一路出口经氢气泵95、一级换热器91的管程和三通阀连接到换热介质入口87，另一路经氢气泵95、一级氢气换热器94的管程和三通阀连接到换热介质入口。有机工质膨胀机85的出口通过空气冷却器3与有机工质压缩机84的入口连接；有机工质压缩机84的出口分为两路，一路通过一级换热器91的壳程连接到有机工质膨胀机85的入口，另一路通过空气加热器4、一级换热器91的壳程连接到有机工质膨胀机85的入口，形成循环。有机工质膨胀机设有中间段抽出口和中间段入口，中间段抽出口经一级氢气换热器94的壳程再热后连接到中间段入口，有机工质为二氧化碳。环境空气通过空气换热管路进入空气加热器4的壳程，被从有机工质压缩机的出口来的二氧化碳气体加热后送到建筑物1供暖使用；环境空气通过空气换热管路进入空气冷却器3的壳程，加热从有机工质膨胀机的出口来的二氧化碳气体后被冷却，送到建筑物1制冷使用。膨胀机14、有机工质压缩机84、有机工质膨胀机85与发电机15同轴连接；发电机与蓄电池5电路连接，蓄电池5与有机工质压缩机84电路连接；发电机产生的电力部分外供，另外部分由蓄电池5储存供系统自用。其余与实施例1相同。

升压床结构的氢反应床放氢温度为120℃，吸氢温度为20℃，循环换热介质为氢气。放氢时，氢气经氢反应床的换热介质出口进入一级换热器的管程，与一级换热器壳程中从有机工质压缩机出口来的150℃二氧化碳换热，被加热到145℃后经氢气泵、换热介质入口返回氢反应床，将热量带给氢反应床放氢用，出一级换热器的二氧化碳温度则降至125℃；吸氢时，氢气经氢反应床的换热介质出口进入一级氢气换热器的管程，与一级氢气换热器壳程中从有机工质膨胀机中间段抽出口来的-10℃二氧化碳换热，将二氧化碳加热至15℃，出一级氢气换热器的氢气温度则降至5℃，将吸氢时放出的热量传递给二氧化碳再热使用；再热至15℃的二氧化碳经有机工质膨胀机中间段入口回到有机工质膨胀机继续膨胀做功，出有机工质膨胀机的二氧化碳温度降至-30℃；-30℃的二氧化碳进入空气冷却器，吸收环境热温度升至15℃后进入有机工质压缩机，被压缩后温度升高到150℃。

Claims (9)

1.一种利用金属氢化物梯级回收余热的装置，其特征是：所述装置包括换热中心（76）、升压床结构、膨胀机或膨胀机组、有机工质压缩机（84）、有机工质膨胀机（85）、换热器（16）和发电机（15）；所述换热中心（76）设有高温气体进口（68）、低温气体出口（69）、一级换热器（91）、二级换热器（92）、三级换热器（93）、一级氢气换热器（94）、二级氢气换热器（82）、膨胀机中间再热器（81）、换热器（16）和冷却器（74）；所述高温气体进口（68）依次通过一级换热器（91）和二级换热器（92）连接到三级换热器（93），三级换热器（93）出口分为两路，一路直接连接到冷却器（74），另一路通过膨胀机中间再热器（81）后连接到冷却器（74），然后通过冷却器（74）的低温气体出口（69）外排；所述膨胀机组设有3台膨胀机（14）或一台组合式膨胀机，膨胀机组、有机工质压缩机（84）、有机工质膨胀机（85）与发电机（15）同轴连接；每级升压床结构分别设有1号氢反应床（A）、2号氢反应床（B）、3号氢反应床（C）、缓冲罐（83）和氢气循环泵，所述1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床分别设有换热介质入口（87）、换热介质出口（42）、低压氢气入口（108）和高压氢气出口（109），高压氢气出口和低压氢气入口设有阀门；所述高压氢气出口（109）连接到膨胀机的入口，膨胀机的出口通过缓冲罐（83）和氢气循环泵连接到低压氢气入口（108）；第一级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口（42）分别连接到三通阀（61），三通阀一路出口经氢气泵（95）、一级换热器（91）和三通阀连接到换热介质入口（87），另一路经氢气泵（95）、一级氢气换热器（94）和三通阀连接到换热介质入口；第二级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀（90），四通阀一路出口经氢气泵（95）、二级换热器（92）和四通阀连接到换热介质入口，另一路经氢气泵（95）、一级氢气换热器（94）和四通阀连接到换热介质入口，第三路经氢气泵（95）、二级氢气换热器（82）和四通阀连接到换热介质入口；第三级升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀（90），四通阀一路出口经氢气泵（95）、换热器（16）、三级换热器（93）和四通阀连接到换热介质入口，另一路经氢气泵（95）、二级氢气换热器（82）和四通阀连接到换热介质入口，第三路经氢气泵（95）、冷却器（74）和四通阀连接到换热介质入口；所述有机工质膨胀机（85）的出口通过冷却器（74）与有机工质压缩机（84）的入口连接，所述有机工质压缩机（84）的出口通过循环泵、换热器（16）的壳程连接到有机工质膨胀机（85）的入口。

2.根据权利要求1所述的利用金属氢化物梯级回收余热的装置，其特征是：所述装置的热源设备还包括氢化镁储罐和燃料发动机的夹套，所述氢化镁储罐与冷却器（74）循环连接，氢燃料发动机的夹套与冷却器（74）循环连接。

3.一种利用金属氢化物梯级回收余热的装置，其特征是：包括建筑物（1）、空气冷却器（3）、空气加热器（4）、蓄电池（5）、有机工质换热管路（7）、空气换热管路（9）、升压床结构、膨胀机（14）、有机工质压缩机（84）、有机工质膨胀机（85）和发电机（15）；升压床结构为单级，设有1号氢反应床（A）、2号氢反应床（B）、3号氢反应床（C）、缓冲罐（83）和氢气循环泵，1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床分别设有换热介质入口（87）、换热介质出口（42）、低压氢气入口（108）和高压氢气出口（109），高压氢气出口和低压氢气入口设有阀门（67）；高压氢气出口（109）连接到膨胀机的入口，膨胀机的出口通过缓冲罐（83）连接到低压氢气入口（108）；1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口（42）分别连接到三通阀（61），三通阀一路出口经氢气泵（95）、一级换热器（91）的管程和三通阀连接到换热介质入口（87），另一路经氢气泵（95）、一级氢气换热器（94）的管程和三通阀连接到换热介质入口；有机工质膨胀机（85）的出口通过空气冷却器（3）与有机工质压缩机（84）的入口连接；有机工质压缩机（84）的出口分为两路，一路通过一级换热器（91）的壳程连接到有机工质膨胀机（85）的入口，另一路通过空气加热器（4）、一级换热器（91）的壳程连接到有机工质膨胀机（85）的入口，形成循环；有机工质膨胀机设有中间段抽出口和中间段入口，中间段抽出口经一级氢气换热器（94）的壳程再热后连接到中间段入口；环境空气通过空气换热管路进入空气加热器（4）的壳程，被从有机工质压缩机的出口来的二氧化碳气体加热后送到建筑物（1）供暖使用；环境空气通过空气换热管路进入空气冷却器（3）的壳程，加热从有机工质膨胀机的出口来的二氧化碳气体后被冷却，送到建筑物（1）制冷使用；膨胀机（14）、有机工质压缩机（84）、有机工质膨胀机（85）与发电机（15）同轴连接；发电机与蓄电池（5）电路连接，蓄电池（5）与有机工质压缩机（84）电路连接。

4.根据权利要求1所述的利用金属氢化物梯级回收余热的装置，其特征是：所述膨胀机组的3台膨胀机（14）或一台组合式膨胀机均设有中间段抽出口和中间段入口，所述中间段抽出口通过膨胀机中间再热器（81）连接到中间段入口；所述装置设有氢气检测器（101），装置的外部包有充氮密封保护罩（80）。

5.根据权利要求1或3所述的利用金属氢化物梯级回收余热的装置，其特征是：所述1号氢反应床（A）、2号氢反应床（B）和3号氢反应床（C）内均填装有金属氢化物作为金属储氢材料，所述金属氢化物包括镁系、钙系或稀土系金属氢化物。

6.根据权利要求1或3所述的利用金属氢化物梯级回收余热的装置，其特征是：所述升压床结构为单级或多级结构，升压床结构内各级的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同，每级升压床结构内各个氢反应床的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同；所述氢反应床的罐体由金属或非金属材料制成，设置有内保温或外保温或内、外保温措施。

7.根据权利要求1或3所述的利用金属氢化物梯级回收余热的装置，其特征是：所述有机工质膨胀机（85）与有机工质压缩机（84）采用的工质包括氢气、氩气或二氧化碳。

8.根据权利要求1或3所述的利用金属氢化物梯级回收余热的装置回收余热装置，其特征是：所述装置应用于移动装置或固定装置，移动装置包括交通工具、移动设备，固定装置包括工业窑炉尾气、空气源或地源热。

9.根据权利要求1或3所述的利用金属氢化物梯级回收余热的装置回收余热的方法，其特征是：所述各级升压床结构的1号氢反应床（A）、2号氢反应床（B）、3号氢反应床（C）的工作过程分为放氢阶段和吸氢阶段，每一级升压床结构的三个氢反应床中一个氢反应床在放氢阶段的同时另外两个氢反应床处于吸氢和准备放氢阶段；当放出的氢气由于种种原因不稳定时由循环氢气补充替代，当放出氢气量正常时再补偿给循环氢气，所述循环氢气为氢反应床吸放氢过程的载热体。

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