CN111075528A - 金属氢化物低温循环做功及制氧系统 - Google Patents

金属氢化物低温循环做功及制氧系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111075528A
CN111075528A CN201911311406.0A CN201911311406A CN111075528A CN 111075528 A CN111075528 A CN 111075528A CN 201911311406 A CN201911311406 A CN 201911311406A CN 111075528 A CN111075528 A CN 111075528A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
metal
reaction bed
storage material
heat exchange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911311406.0A
Other languages
English (en)
Inventor
贾鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Covapor Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Covapor Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Covapor Energy Technology Co ltd filed Critical Shanghai Covapor Energy Technology Co ltd
Priority to CN201911311406.0A priority Critical patent/CN111075528A/zh
Publication of CN111075528A publication Critical patent/CN111075528A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

本发明涉及一种金属氢化物低温循环做功及制氧系统，其中，金属氢化物低温循环做功系统包括保护罩，以及设置在保护罩内的B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气换热器、换热器、空气换热器、氢气膨胀机和液氢高压泵。B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床分别通过氢气换热器和空气换热器的壳程与氢气膨胀机连接，再经氢气换热器和换热器的管程返回B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床。本发明利用金属氢化物的吸氢/放氢特性，驱动膨胀机做功。

Description

金属氢化物低温循环做功及制氧系统
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低温循环做功及制氧系统。
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低温循环做功及制氧系统，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低温循环做功系统，包括保护罩，以及设置在保护罩内的B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气换热器、换热器、空气换热器、氢气膨胀机和液氢高压泵。
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与液氢高压泵的入口连接，液氢高压泵的出口为切换换热出口。换热器的壳程入口为切换换热进口，换热器的壳程出口分别与B1金属储氢材料反应床的第一吸氢进口和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和B2金属储氢材料反应床的第二换热出口分别与氢气换热器的壳程入口连接，氢气换热器的壳程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氢气换热器的管程入口连接，氢气换热器的管程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和B2金属储氢材料反应床的第二液化进口连接。
空气换热器内设置有氮气换热盘管和空气换热盘管，氮气换热盘管的管程入口和管程出口均设置在保护罩内，空气换热盘管的管程入口和管程出口均设置在保护罩外。
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，系统还包括储冷水箱，储冷水箱设置在保护罩的外部，并与空气换热器内的空气换热盘管连接。储冷水箱上设置有对外供冷接口。
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，格栅只允许氢气或者液氢进出。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。
B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床在低温低压放氢吸热时用于对从氢气进口进入的氢气进行冷却液化和金属储氢材料放出的氢气进行冷却液化。B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床在高温高压吸氢放热时用于对从换热进口进入其中的一部分氢气进行进一步的升温处理，另一部分进行吸氢进入金属储氢材料。
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装填的金属氢化物相同，装填量允许相同也允许不同，通过阀门切换实现两者交替进行吸/放氢操作，其切换频率可以根据工艺条件进行调整。单个金属储氢材料反应床装填金属氢化物的量允许存在冗余，这样可以保证每次吸放氢速率满足快速高低压切换的需求，其冗余当量倍数根据工艺条件可以进行调整。1倍冗余当量是指金属储氢材料在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属储氢材料的量。B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床中存储的金属氢化物可以是任意粒径，同时，金属氢化物可以是实心或空心的。
进一步的，保护罩设有可燃性气体报警器和保护气入口，保护气入口设有阀门，保护罩内填充的气体包括但不限于氢气、氮气、氦气。
进一步的，除了使用气态的氢气作为做功系统的循环换热介质以外，还可以使用其他气体作为循环换热介质。此外，还可以采用包括但不限于稳定的固体、液体的其他物质或液态有机氢化物，代替氢气作为做功系统的循环换热介质。换热方式既可以直接换热，也可以间壁换热，间壁换热的换热介质可以是气体、液体、固体或以上的混合物或两两混合物。
包括但不限于温度正相关的金属氢化物做功的定义为高温吸收高压氢气放出高温热量，低温放出低压氢气释放低温冷量。在高温时吸收氢气放出高温热量，利用金属储氢材料反应床直接换热使做功氢气升温。系统至少存在一个负压单元，或是金属氢化物的负压，或是氢气液化的负压，或是以上负压的组合。低温下的做功氢气换热就是利用金属氢化物低温放出低压氢气时吸热，将金属氢化物产生的低温冷量用来冷却做功氢气进行液化。系统设备和管道设有外保温、内保温、内外保温。
至少有一种金属氢化物组成循环做功系统，包括金属氢化物在内的至少一个负压单元组成的循环做功系统，至少一种金属氢化物进行高低压切换时包括但不限于是温度正相关的循环做功系统。金属氢化物的高温点β2包括但不限于低于环境温度的任一温度，金属氢化物的低温点β1包括但不限于低于氢气的液化温度或包括但不限于在氢气液化温度附近。金属氢化物包括但不限于钛系金属氢化物。
允许在每个循环内或循环间隔对金属氢化物的至少一个状态点进行短暂加热，以恢复金属氢化物的动力学性能，从而加快金属氢化物的吸放氢速度。
根据第二方面，本申请实施例提供了另一种金属氢化物低温循环做功系统，包括氢反应床单元、氢气膨胀机、发电机、1号氢气中间罐和2号氢气中间罐，氢气膨胀机与发电机轴连接。氢反应床单元的氢反应床分别设有低压氢气进口、高压氢气出口、换热氢气入口和换热氢气出口。氢反应床单元中氢反应床的高压氢气出口经高压氢气管路连接到氢气膨胀机的入口，氢气膨胀机的出口通过低压氢气管路连接到氢反应床的低压氢气进口。其特征是：氢反应床单元中氢反应床的换热氢气出口通过三通阀分为两路，一路经换热氢气管路依次通过换热介质循环泵、1号氢气中间罐、空气换热器和三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口，形成冷却回路。另一路经加热氢气管路依次通过换热介质高压氢气循环泵、2号氢气中间罐、乏汽冷凝器和三通阀连接到氢反应床的换热氢气入口，形成加热回路。
换热氢气管路与权利要求1-7中任一项的金属氢化物低温循环做功系统中空气换热器的空气换热盘管循环连接。
根据第三方面，本申请实施例提供了一种金属氢化物循环制氧系统，系统设有保护罩，保护罩内设置有B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、液氢高压泵、高压氢气循环泵、低压氢气循环泵、冷却器、高低压循环换热器和制氧单元。
B1金属储氢材料反应床的第一放氢出口以及B2金属储氢材料反应床的第二放氢出口分别与液氢高压泵的进口连接。冷却器的壳程出口分别与B1金属储氢材料反应床的第一吸氢进口以及B2金属储氢材料反应床的第二吸氢进口连接。液氢高压泵的出口与冷却器的壳程入口之间设置有切换换热出口和切换换热进口。
冷却器内设置有第一换热管和第二换热管，冷却器内第一换热管的管程进口和管程出口分别与制氧单元连接，冷却器内第二换热管用于吸收保护罩内填充的气体的热量或冷量。
B1金属储氢材料反应床的第一循环换热高压出口以及B2金属储氢材料反应床的第二循环换热高压出口分别与高压氢气循环泵的入口连接，高压氢气循环泵的出口与高低压循环换热器的管程入口连接，高低压循环换热器的管程出口分别与B1金属储氢材料反应床的第一循环换热高压进口以及B2金属储氢材料反应床的第二循环换热高压进口连接。
B1金属储氢材料反应床的第一循环换热低压出口以及B2金属储氢材料反应床的第二循环换热低压出口分别与低压氢气循环泵的入口连接，低压氢气循环泵的出口与高低压循环换热器的壳程入口连接，高低压循环换热器的壳程出口分别与B1金属储氢材料反应床的第一循环换热低压进口以及B2金属储氢材料反应床的第二循环换热低压进口连接。
本发明公开的金属氢化物低温循环做功及制氧系统，在B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内装填金属氢化物，利用金属氢化物吸氢放热和放氢吸热的特性，冷却或加热做功氢气，通过氢气膨胀机做功，驱动做功设备工作或带动发电设备发电，或者利用金属储氢材料反应床产生的冷量制氧，充分利用了大自然能量及工业余热，有利于节能减排和创造经济效益。将本发明公开的做功系统安装在轮船等交通工具和其他设备上，可以利用其它自然物质所携带的能量，通过工质循环驱动膨胀机做功，将柯来浦氢能转变为机械能从而驱动交通工具运行，实现绿色交通和发电。
本发明公开的金属氢化物低温循环做功及制氧系统，同时吸收保护罩内填充的气体的热量，以及保护罩外环境的热量，实现了至少两个热源供热。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的金属氢化物低温循环做功系统的结构示意图；
图2为实施例1的局部结构示意图；
图3为实施例1对应的金属氢化物的工作状态点图；
图4为本发明实施例2提供的金属氢化物低温循环做功系统的结构示意图；
图5为实施例2对应的金属氢化物的工作状态点图；
图6为本发明实施例3提供的金属氢化物循环制氧系统的结构示意图；
图7为实施例3对应的金属氢化物工作状态点图；
图8为本发明实施例1局部详细结构示意图；
图9为本发明实施例2提供的金属氢化物低温循环做功系统中氢反应床单元的结构示意图。
其中：1—B1金属储氢材料反应床、2—B2金属储氢材料反应床、3—氢气换热器、4—氮气换热盘管、5—空气换热盘管、6—储冷水箱、7—对外供冷接口、8—切换换热出口、9—切换换热进口、10—高压氢气循环泵、11—低压氢气循环泵、12—B1切换冷却进口、13—B1切换冷却出口、14—空气换热器、15—氢反应床单元、16—低压氢气管路、17—发电机、18—氢气膨胀机、19—液氢高压泵、20—乏汽冷凝器、21—第一放氢出口、22—第一吸氢进口、23—第一换热出口、24—空气循环冷却管道、25—第一液氮出口、26—第一氮气进口、21’—第二放氢出口、22’—第二吸氢进口、23’—第二换热出口、27—保护气入口、28—保护罩、29—可燃性气体报警器、30—阀门、31—水冷却循环管道、32—第一液化进口、32’—第二液化进口、33—换热器、34—乏汽进口管路、35—第一循环换热高压出口、36—第一循环换热高压进口、37—第一循环换热低压出口、38—第一循环换热低压进口、35’—第二循环换热高压出口、36’—第二循环换热高压进口、37’—第二循环换热低压出口、38’—第二循环换热低压进口、39—制氧单元、391—空气进口、392—液氧出口、393—余气出口、40—冷却器、41—高低压循环换热器、42—液氧储罐、45—冷凝水出口管路、46—高压氢气管路、47—换热介质循环泵、48—换热介质高压氢气循环泵、49—加热氢气管路、50—换热氢气管路、51—1号氢气中间罐、52—2号氢气中间罐。
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。
实施例1
本发明实施例提供了一种金属氢化物低温循环做功系统，如图1所示，该系统包括B1金属储氢材料反应床1、B2金属储氢材料反应床2、液氢高压泵19、空气换热器14、氢气膨胀机18和发电机17。
B1金属储氢材料反应床1上设置有第一放氢出口21、第一换热出口23、第一液化进口32和第一吸氢进口22。B2金属储氢材料反应床2上设置有第二放氢出口21’、第二换热出口23’、第二液化进口32’和第二吸氢进口22’。
B1金属储氢材料反应床1的第一放氢出口21和B2金属储氢材料反应床2的第二放氢出口21’分别与液氢高压泵19的入口连接，液氢高压泵19的出口连接切换换热出口8。切换换热进口9连接换热器33的壳程入口，换热器33的壳程出口分别与B1金属储氢材料反应床1的第一吸氢进口22和B2金属储氢材料反应床2的第二吸氢进口22’连接。
B1金属储氢材料反应床1的第一换热出口23和B2金属储氢材料反应床2的第二换热出口23’分别与氢气换热器3的壳程入口连接，氢气换热器3的壳程出口与空气换热器14壳程入口连接，空气换热器14的壳程出口与氢气膨胀机18的入口连接，氢气膨胀机18的出口与氢气换热器3的管程入口连接，氢气换热器3的管程出口与换热器33的管程入口连接，换热器33的管程出口与B1金属储氢材料反应床1的第一液化进口32和B2金属储氢材料反应床2的第二液化进口32’连接。氢气膨胀机18可以用包括但不限于活塞式膨胀机所代替。
可以通过空气换热器14上部的氮气换热盘管4与保护罩28的内部环境连接，向空气换热器14输入保护罩28内的设备散热Q1，保证保护罩28内的环境恒定在-50℃；通过空气换热器14下部的空气换热盘管5，向空气换热器14输入外部热能Q2，从而利用外部热能Q2对氢气进行升温使其增强做功能力，外部热能Q2可以是空气热能，也可以是冷水制冷系统的热能，如图8所示通过水循环冷却管道31的冷却水进入空气换热器14，将外部热能带入系统，冷水制冷系统与建筑物的供暖管道连接，夏季用于建筑物室内制冷。具体的，可以利用储冷水箱6构建冷水制冷系统，储冷水箱6设有对外供冷接口7，储冷水箱6可以通过对外供冷接口7向其他设备或建筑物提供冷量，或者如图8所示，通过空气循环冷却管道24的空气进入空气换热器14，将外部热能带入系统，同时空气进行冷却，用冷却后的空气使水降温，然后利用冷却水为建筑物等装置提供冷量进行制冷。
B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2在低温低压放氢吸热时用于对从氢气进口进入的氢气进行冷却液化，并对金属储氢材料放出的氢气进行冷却液化。B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2在高温高压吸氢放热时用于对从换热进口进入其中的一部分氢气进行进一步的升温处理，另一部分氢气通过吸氢过程吸入金属储氢材料。
在实际应用中，可以利用B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2在放氢吸热过程中产生的冷量，对从吸氢进口进入的氢气采用直接换热方式进行直接冷却和液化处理；并可以利用B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2在吸氢放热过程中产生的热量，对从换热进口进入的氢气采用直接换热方式进行直接加热处理。
B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2内装填的金属氢化物相同，两者交替进行吸/放氢操作。具体的工作流程为：
B1金属储氢材料反应床1的金属氢化物B在温度-252.5℃下吸收热量放出0.12MPa的液氢，放氢速率为0.009kg/s，同时氢气膨胀机出口0.014kg/s经换热后的-217.6℃、0.12MPa氢气进入B1金属储氢材料反应床1被全部冷凝成-252.5℃的液氢；-252.5℃、0.12MPa液氢经过液氢高压泵19压缩至3.8MPa、-251℃，流量为0.023kg/s；液氢高压泵19出口的3.8MPa、-251℃液氢先预冷却切换中的B2升温到-246.7℃后（此时使B2金属储氢材料反应床2从-188℃降温至-191.3℃），再与换热器33的氢气进行换热，升温气化至-214.38℃，-214.38℃、3.8MPa的氢气再从B2金属储氢材料反应床2的第二吸氢进口22’进入，其中0.009kg/s的氢气被B2金属储氢材料反应床2吸收，剩余0.014kg/s的氢气吸收B2金属储氢材料反应床2的吸氢反应热后进一步升温至-188℃，-188℃、3.8MPa、0.014kg/s的氢气从B2金属储氢材料反应床2的第二换热出口23’送到氢气换热器3与膨胀机出口氢气换热回收其冷量升温到-137.2℃，再进入空气换热器14先与保护罩28内的保护氮气换热升温到-77℃，进一步与大气环境空气换热升温至-10℃，升温后的氢气进入氢气膨胀机18膨胀做功，氢气膨胀机18中的0.014kg/s氢气经过膨胀至0.12MPa、-117℃后，经过氢气换热器3降温到-170℃，再经过换热器33降温到-217.6℃送入B1金属储氢材料反应床1的第一液化进口32进行冷却液化；当B1金属储氢材料反应床1完成放氢并且B2金属储氢材料反应床2完成吸氢后，两者进行吸氢/放氢切换。切换后，B2金属储氢材料反应床2的工作流程，与上述B1金属储氢材料反应床1工作流程类似。整个系统出功12.82kW。当B1金属储氢材料反应床1与B2金属储氢材料反应床2切换时，B1金属储氢材料反应床1与B2金属储氢材料反应床2存在吸放氢程度不一样等情况，所以两者重量等情况有差异，因此两者需要的热量平衡有差异，所以需要把刚完成吸氢的B2金属储氢材料反应床2进行预先冷却达到切换热量平衡。
如图2所示，B1金属储氢材料反应床1与B2金属储氢材料反应床2切换时，液氢高压泵19出口3.8MPa、-251℃，流量为0.023kg/s的液氢进入B2升温到-246.7℃，将刚完成吸氢操作的B2金属储氢材料反应床2中的-188℃的金属氢化物冷却到-191.3℃，补充B2切换时的冷量。
如图3所示，本实施例金属氢化物为温度正相关的金属氢化物做功组合，在-188℃，3.8MPa时吸收氢气放出高温热量，在-252.5℃，0.12MPa时放出氢气提供低温冷量。
在一具体实施方式中，B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2内装填的金属氢化物相同，装填量允许相同也允许不同，通过阀门切换实现两者交替进行吸/放氢操作。单个金属储氢材料反应床装填金属氢化物的量允许存在冗余，这样可以保证每次吸放氢速率满足快速高低压切换的需求，其冗余当量倍数根据工艺条件可以进行调整（1倍冗余当量是指金属储氢材料在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属储氢材料的量）。
具体的，B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2的储氢材料包括但不限于钛系金属储氢材料，具体储氢材料可以为氢化钛铁。B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2的总吸放氢量为9g/s，需要的金属氢化物900g/s。按照一倍金属氢化物吸放氢时间50s、金属氢化物冗余5倍核算，吸放氢切换周期为10s，需要的金属氢化物为9kg、体积3.33L；新添加的金属氢化物饱和度为50%，吸氢结束时饱和度为70%，放氢结束后饱和度恢复到50%。
吸氢工况为：-188℃、3.8MPa，放氢工况为：-252.5℃、0.12MPa。氢气膨胀机进口温度为-10℃，液氢高压泵压缩至3.8MPa，氢气膨胀机18的等熵效率按60%计算。
允许在每个循环内或循环间隔对金属氢化物的至少一个状态点进行短暂加热，以恢复金属氢化物的动力学性能，从而加快金属氢化物的吸放氢速度。
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。如图3，当在B2金属储氢材料反应床2状态点β2吸氢放热时，进入B2金属储氢材料反应床2的低于B2金属储氢材料反应床2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2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2进入空气换热器14，金属氢化物严格限制在B2金属储氢材料反应床2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1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1，金属氢化物严格限制在B1金属储氢材料反应床1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1。
B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2中存储的金属氢化物可以是任意粒径，同时，金属氢化物可以是实心或空心的。
保护罩28内可以填充为包括但不限于氢气、氮气等的其他气体或以上的混合气体。
实施例2
本发明实施例还提供了另一种金属氢化物低温循环做功系统，如图4所示，该做功系统包括氢反应床单元15、氢气膨胀机18、发电机17、低压氢气管路16、高压氢气管路46。氢气膨胀机18与发电机17轴连接，发电机与外部电网电路连接，发电机发的电并入电网外供。换热氢气管路50与实施例1的空气换热器14的空气换热盘管5循环连接。
氢反应床单元15中的氢反应床产生的高压氢气经高压氢气管路46、氢气膨胀机18，再经低压氢气管路16和低压氢气入口到氢反应床进行氢气循环，驱动氢气膨胀机18运转做功，带动发电机17发电。氢反应床单元15有两路循环，一路经换热氢气管路50，依次通过换热介质循环泵47、1号氢气中间罐51、空气换热器14到氢反应床，氢气直接进入氢反应床，把氢反应床吸氢放热带出，形成换热循环把热量传递给空气换热器14。另一路经加热氢气管路49，依次通过换热介质高压氢气循环泵48、2号氢气中间罐52、乏汽冷凝器20到氢反应床形成加热管路。用氢气作循环介质，进入氢反应床对氢反应床直接加热，通过乏汽冷凝器20用电厂乏汽加热循环氢气，作为氢反应床单元15中的氢反应床的热量来源。
本发明实施例的运行过程为，55℃、2MPa的高压氢气，经换热介质高压氢气循环泵48输送进入加热氢气管路49，进入2号氢气中间罐52后，进入乏汽冷凝器20的管程与电厂65℃乏汽换热后进入氢反应床，将乏汽的热量带入氢反应床，形成加热循环管路。用氢气作循环介质，进入氢反应床对氢反应床直接加热，通过乏汽冷凝器20加热循环氢气，作为氢反应床单元15中的氢反应床的热量来源，加热氢反应床中的金属氢化物，放出55℃、2MPa的高压氢气。氢反应床中的金属氢化物产生的高压氢气，经高压氢气管路46进入氢气膨胀机18膨胀做功，带动发电机17发电，出氢气膨胀机的0℃、1MPa的低压氢气，经过低压氢气管路16进入氢反应床单元的另一个氢反应床进行吸氢。氢反应床吸氢过程中放出的热量，由0℃、1MPa的低压氢气带出，经换热氢气管路50，由换热介质循环泵47输送、进入1号氢气中间罐51后，再进入空气换热器14的空气换热盘管5换热，空气换热器14的低压氢气返回到氢反应床，把氢反应床吸氢放热带出形成换热循环。氢反应床、1号氢气中间罐51和2号氢气中间罐52采取内保温、外保温或内外保温，各阀门和管路采取外保温，采用氢气作为换热循环介质。本实施例优选稀土系金属氢化物。
利用金属氢化物在低温下吸氢和高温下放氢的氢气压差，在氢气膨胀机内做功。本实施例高温热源为电厂乏汽65℃（冬季45℃），低温冷源为实施例1的空气换热盘管5中的低温氢气。通过65℃的电厂乏汽间接换热加热氢气，再通过氢气直接换热加热金属氢化物到55℃，放出55℃、2MPa的做功氢气，经过氢气膨胀机做功膨胀到0℃、1MPa再返回到金属氢化物吸收，吸氢放出0℃的热量同样通过氢气直接换热，再将热量放到实施例1的空气换热盘管5中。
如图5所示，本实施例金属氢化物工作状态点，为在0℃，1MPa时吸收氢气放出热量，吸收电厂乏汽余热放出55℃，2MPa的氢气，为温度负相关。
吸放氢的流量按照1kg/s计算，氢气膨胀机的效率为80%，系统放热量13500kw、吸热量14292kw，膨胀机做功633kw、二台输送泵（泵进出口输送压差按0.2kPa计算）消耗40kw（换热氢气流量188kg/s、675t/h），净对外做功593kw，系统散热损失158kw。
装机30万kw的发电厂，乏汽余热量按30万kw计，利用此余热发电量为12720kw。
金属氢化物吸放氢总量1kg/s，需要的金属氢化物100kg/s。按照一倍金属氢化物吸放氢时间10s、金属氢化物冗余5倍核算，吸放氢切换周期2s，需要的金属氢化物500kg、体积185L。新添加的金属氢化物饱和度为50%，吸氢结束时饱和度为70%，放氢结束后饱和度恢复到50%。
实施例3
本发明实施例还提供了一种金属氢化物循环制氧系统，如图6所示，该做功系统包括保护罩28，以及设置在保护罩28内的B1金属储氢材料反应床1、B2金属储氢材料反应床2、液氢高压泵19、高压氢气循环泵10、低压氢气循环泵11、冷却器40、高低压循环换热器41和制氧单元39。
B1金属储氢材料反应床1上设置有第一放氢出口21、第一吸氢进口22、第一循环换热高压出口35、第一循环换热低压进口36、第一循环换热低压出口37和第一循环换热低压进口38。B2金属储氢材料反应床2上设置有第二放氢出口21’、第二吸氢进口22’、第二循环换热高压出口35’、第二循环换热低压进口36’、第二循环换热低压出口37’和第二循环换热低压进口38’。
B1金属储氢材料反应床1的第一放氢出口21以及B2金属储氢材料反应床2的第二放氢出口21’分别与液氢高压泵19的进口连接。液氢高压泵19的出口与冷却器40的壳程入口之间设置有切换换热出口8和切换换热进口9。切换换热出口8和切换换热进口9与B1的连接关系和作用与实施例1完全一致。
冷却器40的壳程出口分别与B1金属储氢材料反应床1的第一吸氢进口22以及B2金属储氢材料反应床2的第二吸氢进口22’连接。
冷却器40内设置有第一换热盘管，冷却器40内第一换热盘管的管程进口和管程出口分别与制氧单元39连接，即制氧单元39通过冷却器40内的第一换热盘管与冷却器40换热，从而利用液氢高压泵19出口的低温液氢来冷却进入制氧单元39的空气，将空气中的氧气液化分离后制得液氧。冷却器40内的第二换热盘管即氮气换热盘管4与保护罩28内的-50℃氮气系统连通，将所有的管道、设备散热吸收，保证保护罩28内的温度恒定在-50℃。
具体的，可以在制氧单元39上设置空气进口391、液氧出口392和余气出口393。空气进口391用于向制氧单元39引入待冷却的空气。液氧出口392用于将制氧单元39冷却得到的液氧排出并将液氧输送到液氧储罐42。余气出口393用于将冷却处理后的空气排出制氧单元39和整个金属氢化物循环制氧系统。
本申请实施例提供的金属氢化物循环制氧系统，通过冷却器40内设置的氮气换热盘管4充分吸收整个系统运行过程中产生的热量；通过制氧单元39上设置的空气进口391，向系统补充外界环境的热量。
B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2在低压下放氢吸热，在高压下吸氢放热。为了实现B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2的吸放氢时的热量平衡，通过高低压循环换热器41将B1金属储氢材料反应床1吸氢放出的反应热供给B2金属储氢材料反应床2放氢时使用，并将B2金属储氢材料反应床2吸氢放出的反应热供给B1金属储氢材料反应床1放氢时使用。具体的，可以将B1金属储氢材料反应床1的第一循环换热高压出口35以及B2金属储氢材料反应床2的第二循环换热高压出口35’分别与高压氢气循环泵10的入口连接，将高压氢气循环泵10的出口与高低压循环换热器41的管程入口连接，将高低压循环换热器41的管程出口分别与B1金属储氢材料反应床1的第一循环换热高压进口36以及B2金属储氢材料反应床2的第二循环换热高压进口36’连接；将B1金属储氢材料反应床1的第一循环换热低压出口37以及B2金属储氢材料反应床2的第二循环换热低压出口37’分别与低压氢气循环泵11的入口连接，将低压氢气循环泵11的出口与高低压循环换热器41的壳程入口连接，将高低压循环换热器41的壳程出口分别与B1金属储氢材料反应床1的第二循环换热低压进口38以及B2金属储氢材料反应床2的第二循环换热低压进口38’连接。
为了能够随时满足B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2在吸放氢时所需的冷量或者热量，可以根据系统运行的需要，通过管道以及阀门随时将切换换热出口8和切换换热进口9直接连接，或者通过切换换热出口8和切换换热进口9将某一套金属氢化物循环制氧系统中B1金属储氢材料反应床1或B2金属储氢材料反应床2释放的冷量或者热量引入另一套金属氢化物循环制氧系统中的B1金属储氢材料反应床1或B2金属储氢材料反应床2，从而使另一套金属氢化物循环制氧系统中的B1金属储氢材料反应床1或B2金属储氢材料反应床2能够顺利进行吸放氢。
在一具体实施方式中，B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2内装填的金属氢化物相同，装填量允许相同也允许不同，通过阀门切换实现两者交替进行吸/放氢操作。单个金属储氢材料反应床装填金属氢化物的量允许存在冗余，这样可以保证每次吸放氢速率满足快速高低压切换的需求，其冗余当量倍数根据工艺条件可以进行调整（1倍冗余当量是指金属储氢材料在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属储氢材料的量）。
具体的，B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2的储氢材料包括但不限于钛系金属储氢材料，具体储氢材料可以为氢化钛铁，单个金属储氢材料反应床装填金属氢化物的量为3.33L，其吸放氢时间为10s，即每10s切换一次，从高压高温吸氢操作转换为低压低温放氢操作，或从低压低温放氢操作转换为高温高压吸氢操作，冗余当量为5倍。
系统的保护罩28设有可燃性气体报警器29和保护气入口27，保护气入口27设有阀门，保护罩内填充的气体为氮气，也不排除采用氢气、氦气等其他气体。
B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床2内装填的金属氢化物相同，两者交替进行吸/放氢操作。具体的工作流程为：
B1金属储氢材料反应床1的金属氢化物B在温度-252.5℃下吸收热量放出0.12MPa的氢，放氢速率为0.009kg/s，-252.5℃、0.12MPa液氢经过液氢高压泵19压缩至1.2MPa、-251.97℃后，送入B1用于切换时的预冷，升温到-230℃再送入冷却器40的壳程，并与进入液氧单元的空气进行换热，空气中的氧气被冷却液化分离制得液氧，液氢则升温气化至-188℃、1.2MPa后送入B2金属储氢材料反应床2的吸氢进口，供B2金属储氢材料反应床2在1.2MPa、-188℃下吸收氢气使用，吸氢速率为0.009kg/s，B2金属储氢材料反应床2吸氢时放出的-188℃反应热一部分通过高低压循环换热器41供给B1金属储氢材料反应床1放氢使用；当B1金属储氢材料反应床1完成放氢并且B2金属储氢材料反应床2完成吸氢后，两者进行吸氢/放氢切换。切换后B2金属储氢材料反应床的工作流程，与上述B1金属储氢材料反应床工作流程类似。整个系统的系统功耗为5.2kW，液氧产量为0.018kg/s。金属氢化物的工作状态点如图7所示。

Claims (9)

1.一种金属氢化物低温循环做功系统，其特征是：所述系统包括保护罩（28），以及设置在所述保护罩（28）内的B1金属储氢材料反应床（1）、B2金属储氢材料反应床（2）、氢气换热器（3）、换热器（33）、空气换热器（14）、氢气膨胀机（18）和液氢高压泵（19）；
所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一放氢出口（21）和B2金属储氢材料反应床（2）的第二放氢出口（21’）分别与所述液氢高压泵（19）的入口连接，所述液氢高压泵（19）的出口为切换换热出口（8）；所述换热器（33）的壳程入口为切换换热进口（9），所述换热器（33）的壳程出口分别与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一吸氢进口（22）和B2金属储氢材料反应床（2）的第二吸氢进口（22’）连接；
所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一换热出口（23）和B2金属储氢材料反应床（2）的第二换热出口（23’）分别与所述氢气换热器（3）的壳程入口连接，所述氢气换热器（3）的壳程出口与所述空气换热器（14）的壳程入口连接，所述空气换热器（14）的壳程出口与所述氢气膨胀机（18）的入口连接，所述氢气膨胀机（18）的出口与所述氢气换热器（3）的管程入口连接，所述氢气换热器（3）的管程出口与所述换热器（33）的管程入口连接，所述换热器（33）的管程出口与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一液化进口（32）和B2金属储氢材料反应床（2）的第二液化进口（32’）连接；
所述空气换热器（14）内设置有氮气换热盘管（4）和空气换热盘管（5），所述氮气换热盘管（4）的管程入口和管程出口均设置在所述保护罩（28）内，所述空气换热盘管（5）的管程入口和管程出口均设置在所述保护罩（28）外。
2.根据权利要求1所述的金属氢化物低温循环做功系统，其特征是：所述系统还包括发电机（17）；所述氢气膨胀机（18）与发电机（17）同轴连接，所述发电机（17）电路连接到外部电网和/或蓄电池；所述氢气膨胀机（18）包括但不限于叶轮旋转式和活塞式的做功机械。
3.根据权利要求1或2所述的金属氢化物低温循环做功系统，其特征是：所述系统还包括储冷水箱（6），所述储冷水箱（6）设置在所述保护罩（28）的外部，并与所述空气换热器（14）内的空气换热盘管（5）连接；所述储冷水箱（6）上设置有对外供冷接口（7）。
4.根据权利要求1所述的金属氢化物低温循环做功系统，其特征是：所述B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（2）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（2）状态点β2吸氢放热时，进入B2金属储氢材料反应床（2）的低于B2金属储氢材料反应床（2）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（2）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（2）进入空气换热器（14），金属氢化物严格限制在B2金属储氢材料反应床（2）内的格栅里，不允许任何金属氢化物颗粒溢出到格栅之外，格栅只允许氢气或者液氢进出；对于B1金属储氢材料反应床（1）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（1），金属氢化物严格限制在B1金属储氢材料反应床（1）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（1）；如果进行切换后，B1金属储氢材料反应床（1）的状态点变为β2，B2金属储氢材料反应床（2）的状态点变为β1，如此循环往复；
B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（2）在低温低压放氢吸热时用于对从氢气进口进入的氢气进行冷却液化和金属储氢材料放出的氢气进行冷却液化；B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（2）在高温高压吸氢放热时用于对从换热进口进入其中的一部分氢气进行进一步的升温处理，另一部分进行吸氢进入金属储氢材料。
5.根据权利要求1所述的金属氢化物低温循环做功系统，其特征是：所述B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（2）内装填的金属氢化物相同，装填量允许相同也允许不同，通过阀门切换实现两者交替进行吸/放氢操作，其切换频率可以根据工艺条件进行调整；单个金属储氢材料反应床装填金属氢化物的量允许存在冗余，这样可以保证每次吸放氢速率满足快速高低压切换的需求，其冗余当量倍数根据工艺条件可以进行调整；1倍冗余当量是指金属储氢材料在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属储氢材料的量；
B1金属储氢材料反应床（1）和B2金属储氢材料反应床（2）中存储的金属氢化物可以是任意粒径，同时，金属氢化物可以是实心或空心的。
6.根据权利要求1所述的金属氢化物低温循环做功系统，其特征是：所述保护罩（28）设有可燃性气体报警器（29）和保护气入口（27），保护气入口（27）设有阀门，保护罩（28）内填充的气体包括但不限于氢气、氮气、氦气。
7.根据权利要求1所述的金属氢化物低温循环做功系统，其特征是：除了使用气态的氢气作为做功系统的循环换热介质以外，还可以使用其他气体作为循环换热介质；此外，还可以采用包括但不限于稳定的固体、液体的其他物质或液态有机氢化物，代替氢气作为做功系统的循环换热介质；换热方式既可以直接换热，也可以间壁换热，间壁换热的换热介质可以是气体、液体、固体或以上的混合物或两两混合物；
包括但不限于温度正相关的金属氢化物做功的定义为高温吸收高压氢气放出高温热量，低温放出低压氢气释放低温冷量；在高温时吸收氢气放出高温热量，利用金属储氢材料反应床直接换热使做功氢气升温；系统至少存在一个负压单元，或是金属氢化物的负压，或是氢气液化的负压，或是以上负压的组合；低温下的做功氢气换热就是利用金属氢化物低温放出低压氢气时吸热，将金属氢化物产生的低温冷量用来冷却做功氢气进行液化；系统设备和管道设有外保温、内保温、内外保温；
至少有一种金属氢化物组成循环做功系统，包括金属氢化物在内的至少一个负压单元组成的循环做功系统，至少一种金属氢化物进行高低压切换时包括但不限于是温度正相关的循环做功系统；金属氢化物的高温点β2包括但不限于低于环境温度的任一温度，金属氢化物的低温点β1包括但不限于低于氢气的液化温度或包括但不限于在氢气液化温度附近；金属氢化物包括但不限于钛系金属氢化物；
允许在每个循环内或循环间隔对金属氢化物的至少一个状态点进行短暂加热，以恢复金属氢化物的动力学性能，从而加快金属氢化物的吸放氢速度。
8.一种金属氢化物低温循环做功系统，其特征是：所述系统包括氢反应床单元（15）、氢气膨胀机（18）、发电机（17）、1号氢气中间罐（51）和2号氢气中间罐（52），氢气膨胀机（18）与发电机（17）轴连接；所述氢反应床单元（15）的氢反应床分别设有低压氢气进口、高压氢气出口、换热氢气入口和换热氢气出口；所述氢反应床单元（15）中氢反应床的高压氢气出口经高压氢气管路（46）连接到氢气膨胀机（18）的入口，所述氢气膨胀机（18）的出口通过低压氢气管路（16）连接到氢反应床的低压氢气进口；其特征是：所述氢反应床单元（15）中氢反应床的换热氢气出口通过三通阀（53）分为两路，一路经换热氢气管路（50）依次通过换热介质循环泵（47）、1号氢气中间罐（51）、空气换热器（14）和三通阀（53）连接到氢反应床的换热氢气入口，形成冷却回路；另一路经加热氢气管路（49）依次通过换热介质高压氢气循环泵（48）、2号氢气中间罐（52）、乏汽冷凝器（20）和三通阀（53）连接到氢反应床的换热氢气入口，形成加热回路；
所述换热氢气管路（50）与权利要求1-7中任一项所述的金属氢化物低温循环做功系统中空气换热器（14）的空气换热盘管（5）循环连接。
9.一种金属氢化物循环制氧系统，其特征是：所述系统设有保护罩（28），所述保护罩（28）内设置有B1金属储氢材料反应床（1）、B2金属储氢材料反应床（2）、液氢高压泵（19）、高压氢气循环泵（10）、低压氢气循环泵（11）、冷却器（40）、高低压循环换热器（41）和制氧单元（39）；
所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一放氢出口（21）以及B2金属储氢材料反应床（2）的第二放氢出口（21’）分别与所述液氢高压泵（19）的进口连接；所述冷却器（40）的壳程出口分别与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一吸氢进口（22）以及B2金属储氢材料反应床（2）的第二吸氢进口（22’）连接；所述液氢高压泵（19）的出口与所述冷却器（40）的壳程入口之间设置有切换换热出口（8）和切换换热进口（9）；
所述冷却器（40）内设置有第一换热管和第二换热管，所述冷却器（40）内第一换热管的管程进口和管程出口分别与所述制氧单元（39）连接，所述冷却器（40）内第二换热管用于吸收所述保护罩（28）内填充的气体的热量或冷量；
所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一循环换热高压出口（35）以及B2金属储氢材料反应床（2）的第二循环换热高压出口（35’）分别与所述高压氢气循环泵（10）的入口连接，所述高压氢气循环泵（10）的出口与所述高低压循环换热器（41）的管程入口连接，所述高低压循环换热器（41）的管程出口分别与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一循环换热高压进口（36）以及B2金属储氢材料反应床（2）的第二循环换热高压进口（36’）连接；
所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一循环换热低压出口（37）以及B2金属储氢材料反应床（2）的第二循环换热低压出口（37’）分别与所述低压氢气循环泵（11）的入口连接，所述低压氢气循环泵（11）的出口与所述高低压循环换热器（41）的壳程入口连接，所述高低压循环换热器（41）的壳程出口分别与所述B1金属储氢材料反应床（1）的第一循环换热低压进口（38）以及B2金属储氢材料反应床（2）的第二循环换热低压进口（38’）连接。
CN201911311406.0A 2019-12-18 2019-12-18 金属氢化物低温循环做功及制氧系统 Pending CN111075528A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911311406.0A CN111075528A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 金属氢化物低温循环做功及制氧系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911311406.0A CN111075528A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 金属氢化物低温循环做功及制氧系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111075528A true CN111075528A (zh) 2020-04-28

Family

ID=70315676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911311406.0A Pending CN111075528A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 金属氢化物低温循环做功及制氧系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111075528A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111561355A (zh) * 2020-06-11 2020-08-21 江苏常利新能源科技有限公司 一种氢电能源系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111561355A (zh) * 2020-06-11 2020-08-21 江苏常利新能源科技有限公司 一种氢电能源系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102052256B (zh) 超临界空气储能系统
CN108979762B (zh) 分级蓄冷式超临界压缩空气储能系统及方法
CN102758689B (zh) 超超临界空气储能/释能系统
CN112780409B (zh) 一种采用连续爆轰的燃机与液态压缩空气储能耦合系统及方法
CN114135349B (zh) 热电厂余热再利用方法及与热电厂耦合的储能发电系统
JP2014500424A (ja) 液体空気の製造、電力貯蔵及び電力放出のためのシステム及び方法
CN105736056B (zh) 液态空气储能系统
Yuan et al. Multi-mode analysis and comparison of four different carbon dioxide-based combined cooling and power cycles for the distributed energy system
CN115898578A (zh) 利用低温空气冷能燃气电站的碳捕集系统及运行方法
CN214741682U (zh) 一种采用连续爆轰的燃机与液态压缩空气储能耦合系统
Nabat et al. Liquid air energy storage
CN111197507A (zh) 金属氢化物氢能做功系统
CN113339696A (zh) 一种二氧化碳增压储存装置及方法
CN111075528A (zh) 金属氢化物低温循环做功及制氧系统
CN209990560U (zh) 一种基于热声技术的冷能梯级利用系统
CN111058914A (zh) 金属氢化物循环做功系统
CN110925040A (zh) 金属氢化物做功系统
CN213540514U (zh) 压缩热自消纳的液态空气储能系统
CN113883739B (zh) 一种复合吸收式制冷与有机朗肯循环的co2增压储存装置
CN115750009A (zh) 碳捕集和液化天然气冷能利用的储能电力调峰系统及运行方法
CN112112694B (zh) 压缩热自消纳的液态空气储能系统及方法
CN215676067U (zh) 利用lng冷能的液态空气生产装置
CN210239766U (zh) 利用自然工质回收lng冷能发电的装置
CN112303960A (zh) 冷力发动机
CN111322211B (zh) 金属储氢材料超低温下吸放氢的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination