CN1206494C - 利用储氢合金的反应装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用储氢合金的反应装置及其控制方法。该反应装置包括一对反应器、氢流管、压缩机、缓冲管、阀门和缓冲罐。而该控制方法包括可从进行放热反应的反应器中排出氢并存储到缓冲罐中的氢存储阶段；当进行吸热反应的反应器温度上升到吸热温度范围以上时将存储在缓冲罐中的氢提供给进行吸热反应的反应器的氢供给阶段；和氢供给阶段结束后，将残留在进行放热反应的反应器中的氢压缩后提供给进行吸热反应的反应器的氢压送阶段。本发明的反应装置及其控制方法不仅可使反应装置中产生的反应热保持均匀，而且还可减少压缩机的耗电量。而且，反应装置是在相对较低的压力下工作，因此能确保系统的安全性和产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用储氢合金的反应装置及其控制方法，特别是涉及一种可将反应器的反应热维持在一定程度的利用储氢合金的反应装置及其控制方法。
背景技术
一般来讲，利用储氢合金的反应装置是一种利用从一侧反应器向另一侧反应器压送氢时所产生的反应热的装置。
图1为已有技术利用储氢合金的反应装置构成示意图。如图1所示，这种反应装置由反应器11、12；氢流管13；压缩机15以及四通阀门14a、14b组成。反应器11、12中装有吸附氢时进行放热反应，而排出氢时进行吸热反应的储氢合金。储氢合金是指具有可逆吸附和排出氢能力的合金。这样的储氢合金是由与氢的亲和力极强的元素和与氢的亲和力较弱的元素构成的金属化合物。可作为储氢合金使用的合金有Mg-Ni合金、Mg-Cu合金、Ti-Ni合金和R-Co合金，其中R表示其英文名称的头一个字母是R的金属。氢流管13的两端连接在反应器11、12上，并且氢流管13中还设有压缩机15。位于压缩机15两侧的氢流管13中设置了两个具有开闭氢流管作用的四通阀门14a、14b，当在控制部的控制下起动压缩机15时，氢流管13中就会形成一定的压力。在此压力下，吸附在位于一侧反应器11内储氢合金中的氢就会排出到氢流管13中，并经压缩机15压缩后提供给另一侧的反应器12，从而吸附在反应器12内的储氢合金上。这时，在反应器11上会发生吸热反应，而在反应器12上发生放热反应。这一过程完成后，经过一段时间，进行放热反应的反应器12的温度就会下降，而进行吸热反应的反应器11的温度则会渐渐上升。当该反应装置达到设定的温度时，在控制部的控制下就会重新起动压缩机15，从而将反应器12中的氢压送回反应器11中。这种反应装置可用在冷暖空调器、冰箱、加热器等许多产品中。但是，由于这种反应装置中的反应器11在排氢初期会在短时间内排出大量的氢，因而另一侧反应器12上单位时间里吸附的氢量就会增加。可是越接近排氢后期，氢的流量就会减少，因此，单位时间内吸附的氢量就会急剧下降，即在从一侧反应器11到另一侧反应器12压送氢过程中，从排氢初期到排氢后期氢的吸附量会渐渐减少，由于吸附量的不同会使各反应器的反应热不能保持恒定。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可在反应器中保持一定数量的氢，从而使反应器的放热量和吸热量从排氢初期到后期基本趋于均匀的利用储氢合金的反应装置及其控制方法。
为了达到上述目的，本发明提供的利用储氢合金的反应装置内部装有储氢合金，从而可在吸附氢时进行放热反应，而排出氢时进行吸热反应的一对反应器；两端分别与该对反应器相连，并且设有两个可切换氢流动方向的四通阀门的氢流管；设置在两个四通阀门之间的氢流管上且可压送氢的压缩机两端部分别与所述四通阀门和所述反应器之间的氢流管相连的缓冲管；设置在缓冲管上且可开闭缓冲管的两个阀门；和设置在两个阀门之间的缓冲管上，从而可暂时存储从进行放热反应的一侧反应器排出的氢，然后将存储的氢提供给进行吸热反应的另一侧反应器的缓冲罐。
本发明的利用储氢合金的反应装置的控制方法采用的反应装置由反应器；氢流管；压缩机；缓冲管；缓冲罐和阀门组成；反应器分别连接在氢流管的两端，氢流管中设有两个四通阀门，而四通阀门之间的氢流管上设有压缩机；位于四通阀门和反应器之间的氢流管连接在缓冲管的两端，缓冲管中设有两个阀门，而阀门之间的缓冲管中则设置了缓冲罐，所述的控制方法包括可从进行放热反应的反应器中排出氢并存储到缓冲罐中的氢存储阶段；当进行吸热反应的反应器温度上升到吸热温度范围以上时将存储在缓冲罐中的氢提供给进行吸热反应的反应器的氢供给阶段；和氢供给阶段结束后，将残留在进行放热反应的反应器中的氢压缩后提供给进行吸热反应的反应器的氢压送阶段。
本发明提供的利用储氢合金的反应装置及其控制方法不仅可使反应装置中产生的反应热保持均匀，而且还可减少压缩机的耗电量。而且，反应装置是在相对较低的压力下工作，因此能确保系统的安全性和产品的可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的利用储氢合金的反应装置及其控制方法进行详细说明。
图1为已有技术利用储氢合金的反应装置构成示意图。
图2为本发明利用储氢合金的反应装置构成示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的利用储氢合金的反应装置由反应器11、12；氢流管13；压缩机15；缓冲管21；缓冲罐22和阀门23a、23b组成。反应器11、12中装有吸附氢时进行放热反应，而排出氢时进行吸热反应的储氢合金。反应器11、12分别连接在氢流管13的两端，并且氢流管13中还设有两个可向一侧反应器11或另一侧反应器12切换氢流动方向的四通阀门14a、14b。四通阀门14a、14b之间的氢流管13上设有压缩机15，该压缩机可在氢流管13上形成一定压力，因而可交替向一侧反应器11或者另一侧反应器12压送氢。即，由于压缩机15只朝一个方向吸入或者排出氢，所以利用调节压缩机15附近氢流管13中四通阀门14a、14b的方法就能切换氢的流动方向。另外，位于四通阀门14a、14b和反应器11、12之间的氢流管13连接在缓冲管21的两端。缓冲管21中设有两个阀门23a、23b，这两个阀门使用的是电磁阀。而且，在阀门23a、23b之间的缓冲管21中设置了缓冲罐22，其可暂时存储提供给一侧反应器11或者另一侧反应器12的氢。
现以本发明的利用储氢合金的反应装置用于冷暖空调器为例来说明该反应装置的控制方法。本发明的反应装置可将与进行放热反应的反应器接触后的空气排放到室内而进行升温操作，或将与进行吸热反应的反应器接触后的空气排放到室内而进行降温操作。因此，在该反应装置的控制部中都预先设定了升温操作时进行放热反应的反应器放热温度范围和降温操作时进行吸热反应的反应器吸热温度范围，其原因是进行放热反应和吸热反应的反应器11、12需达到预先设定的温度时才能将其产生的反应热用于空调器等产品上。当进行降温操作时，进行吸热反应的反应器直到其上的温度上升到控制部预先设定的吸热温度范围为止才将与进行吸热反应的反应器接触后的冷气排放到室内空间。
利用本发明的反应装置的控制方法包括可从进行放热反应的反应器中排出氢并存储到缓冲罐22中的氢存储阶段；当进行吸热反应的反应器温度上升到吸热温度范围以上时将存储在缓冲罐22中的氢提供给进行吸热反应的反应器的氢供给阶段；和氢供给阶段结束后，将残留在进行放热反应的反应器中的氢压缩后提供给进行吸热反应的反应器的氢压送阶段。在氢存储阶段中，开启设置在进行放热反应的反应器侧的阀门同时应关闭设置在进行吸热反应的反应器侧的阀门。这时，因进行放热反应的反应器和缓冲罐22之间形成压力差，所以该反应器中的氢就会流入到缓冲罐22以使两者之间达到压力平衡，然后将设置在进行放热反应的反应器侧的阀门关闭。在氢供给阶段中，开启设置在进行吸热反应的反应器侧的阀门，从而可将暂时存储在缓冲罐22中的氢提供给该反应器。即，流入到缓冲罐22中的氢不经过压缩机15就能直接吸附到进行吸热反应的反应器中储氢合金上。在氢压送阶段中，启动压缩机15并同时关闭所有设置在缓冲管21中的阀门23a、23b。而且，即使氢供给阶段还未结束，如果氢的供给压力下降到设定压力以下，立即启动压缩机15，并开启设置在缓冲管21上的阀门23a、23b中进行放热反应的反应器侧的阀门，这样就能继续进行氢供给阶段。这时，压缩机15可将残留在进行放热反应的反应器中的氢压缩后提供给进行吸热反应的反应器，以维持进行吸热反应的反应器中单位时间内的氢流入量，因此这样就能使反应器的反应热在一定时间内基本保持恒定。同时，暂时存储在缓冲罐22中而后流入到反应器中的氢不需用压缩机压缩，不仅能节省驱动压缩机15的电量，而且可减小压缩机的容量。特别是缓冲罐22能存储一定数量的氢，这样可使反应装置在相对较低的压力下工作，因此能确保系统的安全。
Claims (7)
1、一种利用储氢合金的反应装置，所述的利用储氢合金的反应装置包括内部装有储氢合金，从而可在吸附氢时进行放热反应，而排出氢时进行吸热反应的一对反应器(11、12)；两端分别与该对反应器(11、12)相连，并且设有两个可切换氢流动方向的四通阀门(14a、14b)的氢流管(13)；设置在两个四通阀门(14a、14b)之间的氢流管(13)上且可压送氢的压缩机(15)；其特征在于：所述的利用储氢合金的反应装置还包括两端部分别与所述四通阀门(14a、14b)和所述反应器(11、12)之间的氢流管(13)相连的缓冲管(21)；设置在缓冲管(21)上且可开闭缓冲管(21)的两个阀门(23a、23b)；和设置在两个阀门(23a、23b)之间的缓冲管(21)上，从而可暂时存储从进行放热反应的一侧反应器(11，12)排出的氢，然后将存储的氢提供给进行吸热反应的另一侧反应器(12，11)的缓冲罐(22)。
2、根据权利要求1所述的利用储氢合金的反应装置，其特征在于：所述的阀门(23a、23b)是电磁阀。
3、一种利用储氢合金的反应装置的控制方法，所述的反应装置由反应器(11、12)；氢流管(13)；压缩机(15)；缓冲管(21)；缓冲罐(22)和阀门(23a、23b)组成；反应器(11、12)分别连接在氢流管(13)的两端，氢流管(13)中设有两个四通阀门(14a、14b)，而四通阀门(14a、14b)之间的氢流管(13)上设有压缩机(15)；位于四通阀门(14a、14b)和反应器(11、12)之间的氢流管(13)连接在缓冲管(21)的两端，缓冲管(21)中设有两个阀门(23a、23b)，而阀门(23a、23b)之间的缓冲管(21)中则设置了缓冲罐(22)，其特征在于：所述的利用储氢合金的反应装置的控制方法包括可从进行放热反应的反应器(11或12)中排出氢并存储到缓冲罐(22)中的氢存储阶段；当进行吸热反应的反应器(12或11)温度上升到吸热温度范围以上时将存储在缓冲罐(22)中的氢提供给进行吸热反应的反应器(12或11)的氢供给阶段；和氢供给阶段结束后，将残留在进行放热反应的反应器(11或12)中的氢压缩后提供给进行吸热反应的反应器(12或11)的氢压送阶段。
4、根据权利要求3所述的利用储氢合金的反应装置的控制方法，其特征在于：在所述的氢存储阶段中，开启设置在进行放热反应的反应器(11或12)侧的阀门(23a或23b)同时应关闭设置在进行吸热反应的反应器(12或11)侧的阀门(23b或23a)，进行放热反应的反应器(11或12)中的氢会流入到缓冲罐(22)，从而使两者之间达到压力平衡，然后将设置在进行放热反应的反应器(11或12)侧的阀门(23a或23b)关闭。
5、根据权利要求3所述的利用储氢合金的反应装置的控制方法，其特征在于：在所述的氢供给阶段中，开启设置在进行吸热反应的反应器(12或11)侧的阀门(23b或23a)。
6、根据权利要求3所述的利用储氢合金的反应装置的控制方法，其特征在于：在所述的氢供给阶段中，如果氢的供给压力下降到设定压力以下，启动压缩机(15)，从而将残留在缓冲罐(22)中的氢提供给进行吸热反应的反应器(12或11)。
7、根据权利要求3所述的利用储氢合金的反应装置的控制方法，其特征在于：在所述的氢压送阶段中，启动压缩机(15)，关闭所有设置在缓冲管(21)上的阀门(23a、23b)。
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