CN1098406C - 利用氢吸收合金和低品质热能的动力产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用氢吸收合金和低品质热能的动力产生装置，其中分别采用并装备有两种类型的能够双向地吸收和释放氢气并具有不同的氢热平衡压力特性的氢吸收合金，一第一氢吸收合金热交换容器(1)和一第二氢吸收合金热交换容器(2)可换气地彼此相互连接，当氢气在上述第一氢吸收合金热交换容器(1)和第二氢吸收合金热交换容器(2)之间流动时，至少有两组热产生循环利用所产生的热量，在相同温度下，具有较高的氢平衡压力的一低温端的氢吸收合金的氢化合物由低品质热源(8，9，10)加热，所释放的氢气由在具有一较低氢平衡压力的一高温端的另一氢吸收合金吸收，由此得到其温度高于低品质热源的温度的热能，并借此得到的热量产生热介质蒸气，进而推动一燃气轮机(13)，实现动力的产生。

Description

利用氢吸收合金和低品质热能的动力产生装置
本发明涉及一种动力产生装置，该装置能够将温度为30℃到60℃的未利用的低品质的热能如由太阳能收集器收集的热能，地热能，从温泉排出的废水的热能，由工厂或从垃圾焚化炉排出的废热，转化为具有80℃至90℃的较高温度的热能，并将该热能传递给一种低沸点的介质，使其蒸发，由此得到的蒸气驱动一涡轮机以产生动力，并且该装置可以广泛地用来作为一种转换未利用的能量以产生动力的系统。
作为现有技术中普遍采用的使用涡轮机的动力产生装置中的一种是通过受热介质的蒸气驱动涡轮机产生动力。
在使用燃气轮机的动力产生装置中，动力的产生是以热介质蒸气例如水蒸汽、氨、碳氟化合物，或通过气化受热会质如携带热量的天然气所得到的蒸气被压缩并导入燃气轮机中以驱动燃气轮机来实现的，从燃气轮机排出的蒸气被冷却凝结，所得到的液体介质被再次加热，以压缩蒸气的形式循环地导入燃气轮机中。然而，在这种装置中，加热温度和冷却温度之间的温差是相当大的，即100℃或更大。实际上，当热源的温度为大约150℃，冷源的温度为10至30℃时，驱动这种燃气轮机装置是很困难的，因为热效率相当低，而设备的消耗却很高。
近年来，出现了一种使用氢气驱动涡轮机产生动力的利用氢吸收合金的动力产生装装置。
在这种采用氢气涡轮机的动力产生装置中，装备有一种氢吸收合金的氢化合物的装置，由一温度为300至350℃的热源加热，以导致其释放高温高压的氢气，进而驱动氢气涡轮机，产生动力，而后，从氢气涡轮机排出的氢气被导入另一装备有氢吸收合金的装置中，并由氢吸收合金所吸收，以便该装置也被加热，循环地将高温高压的氢气导入氢气涡轮机中。然而，这种装置的问题是需要流动的氢气要多于使用氢吸收合金的热泵中的氢气，而且热源的高温端的温度应该在300至350℃，由此释放氢气的温度升高了，热效率却变得很低，所使用的氢吸收合金的工作状况恶化，因而性能和耐久力都要下降，并且设备的费用也升高了。
本发明旨在解决上述现有技术的动力产生装置中存在的问题，其目的在于提供一种具有高的热转换效率且可以在多种领域中应用的实用的动力产生装置。
本发明涉及一种利用氢吸收合金和低品质热能的动力产生装置，其中分别采用并装备有两种类型的能够双向地吸收和释放氢气并具有不同的氢热平衡压力特性的氢吸收合金，一第一氢吸收合金热交换器容器和一第二氢吸收合金热交换器容器可换气地彼此相互连接，当氢气在上述第一氢吸收合金热交换器容器和第二氢吸收合金热交换器容器之间流动时，至少有两组热产生循环利用所产生的热量，在相同温度下，具有较高的平衡压力的氢吸收合金中的一个的一种氢化合物在一低温端由低品质热源加热以释放氢气，所释放的氢气由在具有一较低氢来衡压力的一高温端的另一氢吸收合金吸收，由此得到其温度高于低品质热源的温度的热能，并借助由此得到的热量产生冷却介质的蒸气，进而推动一燃气轮机，实现动力的产生。本发明装置能够使用氢吸收合金将未利用的低温热能有效地转换成高温热能，以产生动力。由于本发明装置的高的热转换率，所以本发明装置不再需要在现有动力产生中采用的从150至350℃的高温热源，因此说本发明装置还是相当经济实用的。
图1是本发明的利用氢吸收合金和低品质热能的动力产生装置的框图。
图2的图表示出了驱动本发明的利用氢吸收合金和低品质热能的动力产生装置的热产生循环。
下面将参照附图描述本发明的一个最佳实施例。
如图1所示，本发明的利用氢吸收合和低品质热能的动力产生装置主要包括氢吸收合金热交换容器1，2，3，4，其内装备有氢吸收合金，一低温热量储存箱7，一高温热量储存箱11，一冷却介质蒸发器12，一燃气轮机13和一发动机14。
低品质的热源(从30℃到60℃)如由太阳能收集器收集到的热能，地热能等热能8，从温泉排出的废水的热能，由工厂排出的废热的低品质能量或从垃圾焚化炉排出的废水的热能9及废气10被储存在低温热储存箱7内。
两组两种类型的、具有不同的氢热平衡压力特性的氢吸收合金Ma，Mb被分别装在两组氢吸收合金热交换器容器内。即，氢吸收合金Ma装在氢吸收合金热交换器容器2，3内，氢吸收合金Mb装在氢吸收合金热交换器容器1，4内。各组氢吸收合金热交换器容器中的每一个借助一阀门5，6与另一组中的一个彼此相连，以便氢气能通过这些阀门。在各组装置中，在相同温度下，氢吸收合金Mb的氢平衡压力要高于氢吸收合金Ma的氢平衡压力，如图2所示。在图1中，15示出了一介质凝结器，16示出了一箱，17是一介质反馈泵，18是一预热器，19和20分别是冷却水。
下面将描述具有上述结构的动力产生装置如何操作运行。
在氢吸收合金热交换容器1内的氢吸收合金Mb在一低温端具有较高的氢平衡压力，它吸收氢，形成金属氢化合物MbH。氢吸收合热交换器容器1由从热储存箱7内的未利用低品质热源8，9，10中得到的40℃的低温水加热，由于氢吸收合金热交换器容器1内压力的增高，进而使金属氢化合物MbH产生吸热反应以释放氢。所释放的氢流动到氢吸收合金热交换器容器2，被在一高温端具有较低的氢平衡压力的氢吸收合金Ma所吸收。而后产生一吸热反应以释放80℃的高温热量，所产生的热水被储存在高温储存箱11内。由此，可以从低温热能中得到高温热能。冷却介质蒸发器12由热水加热，进而使该介质蒸发，以便由此得到的蒸汽驱动涡轮机13，在发动机14处产生动力21。
然而，在一再循环过程中，在氢吸收合金热交换器容器3内的金属氢化合物MaH由低温热储存箱7内的40℃的低温水加热，由于氢吸收合金热交换器容器3内压力的增高，产生一吸热反应以释放氢。所释放的氢气温度下降到室外空气的温度20℃，并流动到压力下降的氢吸收合金热交换器容器4，以在低温端具有较高的氢平衡压力的氢吸收合金Mb吸收所释收的氢气，以再次形成金属氢化合物MbH，以此重复循环。
如上所述，通过使用至少两组氢吸收合金Ma和Mb，可以连续地产生高温热量，并且数量相同的氢气可以重复地在氢吸收合金Ma和Mb之间转移，而没有损失。通过用连续产生的高温热量加热冷却介质蒸发器，蒸发该介质并用所产生的蒸气驱动涡轮机就能连续地驱动本发明的动力产生装置。
使用具有不同氢平衡压力的氢吸收合金作为氢吸收合Ma和Mb。更具体地说，稀土元素的氢吸收合金能够很好地化合并使用，例如，LaNi5-xAlx，MmNi5-xAlx，MmNi5-xMnx，MmNi5-xAlx-yMny(0＜X≤1.0，0＜Y≤0.5)可以被来作为氢吸收合金Ma，而LaNi5，MmNi5-xAlx，MmNi5-xMnx(0＜X≤1.0)可以被用来作为氢吸收合金Mb，但是，对氢吸收合金没有任何限制。上述的Mm是指含铈的稀土元素合金，它是一种稀土金属混合物。
下表所示的一个例子是本发明的利用氢吸收合金和低品质热量动力产生装置的主要运行情况。
    所产生的动力     100KW
    所产生的热量     250KW
    氢吸收合金的种类     稀土元素氢吸收合金
    氢吸收合金的量     10,000KG
    氢气的量     850Nm3
    热转换效率     70％
    高温热源的温度     80-90℃
    低温热源的温度     30-60℃
本发明的利用氢吸收合金和低品质热能的动力产生装置通过利用氢吸收合金可以将低品质的(低温度的)热能比如太阳能，地热能，来自工厂和垃圾焚化炉的热能转化为高品质的(高温度的)热能，并利用热量有效地产生动力，所以说本发明能够降低石油消耗，并对能够对保护地球的生态环境作出贡献。

Claims (2)

1.一种利用氢吸收合金和低品质热能的动力产生装置，其特征在于：
采用两种类型的能够双向地吸收和释放氢气并具有不同的氢热平衡压力特性的氢吸收合金；
所述两种类型的氢吸收合金被分别装备在可换气地彼此相互连接的一确定的第一氢吸收合金热交换器容器和一确定的第二氢吸收合金热交换器容器内；
当氢气在所提供的所述确定的第一氢吸收合金热交换器容器和第二氢吸收合金热交换器容器之间流动时，至少有两组热产生循环利用所产生的热量；
在相同的温度下，具有较高的平衡压力的所述氢吸收合金中的一个的一种氢化合物在一低温端由至少一个温度为30至60℃的低品质热源加热以释放氢气；
所释放的氢气由在具有一较低氢平衡压力的一高温端的另一氢吸收合金吸收，以产生其温度为80至90℃的高于低品质热源的温度的热能；
所述热量产生热介质蒸气；和
由所述热介质蒸气的压力驱动一燃气轮机，以产生动力。
2.如权利要求1所述的一种动力产生装置，其特征在于：MmNi5-xAlx，MmNi5-xMnx，MmNi5-xAlx-yMny(0＜X≤1.0，0＜Y≤0.5)中的一种被用来作为所述氢吸收合金。
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