NO330286B1

NO330286B1 - Continuously operated hydrogen compressor and method of operation thereof

Info

Publication number: NO330286B1
Application number: NO20090497A
Authority: NO
Inventors: Volodymyr A Yartys; Michael V Lototsky; Jan Petter Maehlen; Hallmar Halldors; Arild Vik; Asbjorn Strand
Original assignee: Inst Energiteknik
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2011-03-21
Also published as: EP2391846A1; NO20090497L; EP2391846A4; WO2010087723A1

Abstract

Det er beskrevet en kontinuerlig drevet metallhydrid-hydrogenkompressor hvor det sørges for oppvarming og avkjøling av metallhydrid ved hjelp av et varmepumpesystem. Kompressoren består av to eller flere kompresjonsmoduler, som hver har en metallhydridbeholder med et metallhydridleie termisk koblet til en oppvarmende eller avkjølende side av et varmepumpesystem som har en oppvarmende side, avkjølende side og en varmeslukside. Metallhydridbeholderene er også forbundet med et gassfordelingssystem som omfatter rørledninger for innførsel av lavtrykkshydrogen og avgivelse av høytrykkshydrogen, gassoppsamlere, tilbakeslagsventiler og forbindende rørledninger. Under bruk virker kompressoren som et reversibelt varmepumpesystem hvor de oppvarmende og avkjølende sider periodisk arbeider vekselvis som oppvarmer og avkjøler. Derved kan metallhydridleiet oppvarmes til en høyere temperatur som fremmer desorpsjon av hydrogen ved høyt trykk derfra, eller avkjøling til en lavere temperatur som fremmer sorpsjon ved lavt trykk av hydrogen i dette ved hjelp av den samme oppvarmende og avkjølende side av varmepumpesystemet, mens overskytende varme fjernes permanent fra varmesluksiden ved et middels temperaturnivå.A continuously operated metal hydride hydrogen compressor is described in which heating and cooling of metal hydride by means of a heat pump system is provided. The compressor consists of two or more compression modules, each of which has a metal hydride container with a metal hydride bed thermally connected to a heating or cooling side of a heat pump system having a heating side, cooling side and a heat extinguishing side. The metal hydride containers are also connected to a gas distribution system which includes pipelines for introducing low pressure hydrogen and delivering high pressure hydrogen, gas collectors, non-return valves and connecting pipelines. During use, the compressor acts as a reversible heat pump system where the heating and cooling sides periodically work alternately as heaters and coolers. Thereby, the metal hydride bed can be heated to a higher temperature which promotes desorption of hydrogen at high pressure therefrom, or cooling to a lower temperature which promotes sorption at low pressure of hydrogen therein by means of the same heating and cooling side of the heat pump system, while removing excess heat. permanently from the heat shut-off side at a medium temperature level.

Description

Den her beskrevne oppfinnelse gjelder en kontinuerlig drevet metallhydrid hydrogenkompressor drevet ved hjelp av et reversibelt varmepumpesystem på grunnlag av termoelektriske elementer, og en fremgangsmåte ved drift av en sådan kompressor. The invention described here relates to a continuously driven metal hydride hydrogen compressor driven by means of a reversible heat pump system based on thermoelectric elements, and a method for operating such a compressor.

Særlig gjelder oppfinnelsen en kompresjonsanordning for termisk sorpsjon av hydrogen, som benytter et metallhydridmaterial, hvis oppvarming ledsages av frigjøring av høytrykkshydrogen og hvis avkjøling ledsages av absorpsjon av lavtrykkshydrogen ved hjelp av et reversibelt varmepumpesystem. Anordningen i henhold til oppfinnelsen kan brukes av gasstjenester for fylling av gass-sylindere med høytrykks hydrogengass og ved kryogenisk ingeniørarbeid for å frembringe systemer for hydrogenkondensering og -rekondensering av høytrykks hydrogengass. Den beste bruk av denne anordning er i mikrokryogeniske systemer for rekondensering av hydrogen innen romfartsteknikk. In particular, the invention relates to a compression device for thermal sorption of hydrogen, which uses a metal hydride material, the heating of which is accompanied by the release of high-pressure hydrogen and the cooling of which is accompanied by the absorption of low-pressure hydrogen by means of a reversible heat pump system. The device according to the invention can be used by gas services for filling gas cylinders with high-pressure hydrogen gas and by cryogenic engineering to produce systems for hydrogen condensation and recondensation of high-pressure hydrogen gas. The best use of this device is in microcryogenic systems for the recondensation of hydrogen in aerospace engineering.

Den konvensjonelle måte å anvende mekaniske kompressorer på har en rekke ulemper når den brukes for å komprimere hydrogen. Først av alt medfører kombinasjonen av intensiv mekanisk bevegelse og høytrykksmedier av eksplosiv gass en iboende poten-siell fare. Videre kan mekaniske hyd rog en kompressorer ha problemer med hensyn til pålitelighet på grunn av muligheten for at H2unnslipper gjennom deres bevegelige pakninger, så vel som på grunn av hyd rog en korrosjon og sprøheten til materialene i bestanddelene. Problemet med forurensning av det avgitte hydrogen med et smøremiddel kan også oppstå. The conventional way of using mechanical compressors has a number of disadvantages when used to compress hydrogen. First of all, the combination of intensive mechanical movement and high-pressure media of explosive gas entails an inherent potential danger. Furthermore, mechanical hyd rog en compressors can have reliability problems due to the possibility of H 2 escaping through their moving seals, as well as due to hyd rog en corrosion and the brittleness of the component materials. The problem of contamination of the released hydrogen with a lubricant can also arise.

En lovende fremgangsmåte ved hydrogenkomprimering som ikke fordrer bevegelige deler, er en som anvender metallhydrider. Denne fremgangsmåte utnytter den reversible vekselvirkning mellom hydriddannende metaller eller legeringer og hydrogengass, i samsvar med skjemaet nedenfor: A promising method of hydrogen compression that does not require moving parts is one that uses metal hydrides. This process utilizes the reversible interaction between hydride-forming metals or alloys and hydrogen gas, in accordance with the scheme below:

hvor M betegner et metall eller en legering, MHXer et tilsvarende metallhydrid og (s) og (g) henholdsvis fast (solid) fase og gassfase. Den direkte prosess, dvs. hydrogen-sorpsjonen, ledsages av dannelse av metallhydrid. Dette utføres ved å fjerne en viss mengde varme Q fra den eksoterme reaksjon ved hydriddannelsen ved en lavere temperatur TL. Den omvendte prosess, dvs. endotermisk dekomponering av hydridet etterfulgt av utvikling av desorbert hydrogen, stimuleres ved å tilføre den samme mengde varme Q ved en høyere temperatur TH. Hydrogenlikevektstrykket for reak- where M denotes a metal or an alloy, MHX is a corresponding metal hydride and (s) and (g) respectively solid (solid) phase and gas phase. The direct process, i.e. the hydrogen sorption, is accompanied by the formation of metal hydride. This is carried out by removing a certain amount of heat Q from the exothermic reaction in the hydride formation at a lower temperature TL. The reverse process, i.e. endothermic decomposition of the hydride followed by evolution of desorbed hydrogen, is stimulated by supplying the same amount of heat Q at a higher temperature TH. The hydrogen equilibrium pressure for the reac-

sjonen i henhold til ligning 1 øker eksponensielt med temperaturen, slik at sorpsjonen finner sted ved et lavere hydrogentrykk PL, mens desorpsjonen skjer ved et høyere trykk PH tilsvarende suge- og tømmeprosessen i en mekanisk kompressor. tion according to equation 1 increases exponentially with temperature, so that the sorption takes place at a lower hydrogen pressure PL, while the desorption takes place at a higher pressure PH corresponding to the suction and discharge process in a mechanical compressor.

Diverse tekniske løsninger for å oppnå termisk sorpsjonskomprimering av hydrogen ved hjelp av metallhydrider er blitt beskrevet i en rekke patenter og andre publikasjoner. Et eksempel er en fremgangsmåte ved lagring av hydrogen beskrevet av R.H. Wiswall og J.J. Reilly<1>, hvor hydrogengass absorberes av en titan-jern-legering ved lav temperatur TL=10°C og lavt trykk PL~35 bar, for så bli dersorbert ved et høyere trykk på inntil PH=250 bar, mens den varmes opp til en høy temperatur på inntil TH~200°C. Forfatterne estimerte også muligheten for på en sådan måte å generere hydrogentrykk på inntil PH=690 bar. Various technical solutions for achieving thermal sorption compression of hydrogen by means of metal hydrides have been described in a number of patents and other publications. An example is a method for storing hydrogen described by R.H. Wiswall and J.J. Reilly<1>, where hydrogen gas is absorbed by a titanium-iron alloy at low temperature TL=10°C and low pressure PL~35 bar, then desorbed at a higher pressure of up to PH=250 bar, while it is heated to a high temperature of up to TH~200°C. The authors also estimated the possibility of generating hydrogen pressure of up to PH=690 bar in such a way.

Et annet eksempel beskrevet av J.J. Reilly, A. Holtz og R.H. Wiswall<2>er en laboratorie gass-sirkulasjonspumpe drevet av dekomponering og regenerering av vanadium-dihydrid, alternativ oppvarmet og avkjølt ved hjelp av varmt (TH~50°C) og kaldt (TL=18°C) vann, idet operasjonen finner sted ved trykk på mellom PL=7bar og Ph=24bar. Another example described by J.J. Reilly, A. Holtz and R.H. Wiswall<2> is a laboratory gas circulation pump powered by the decomposition and regeneration of vanadium dihydride, alternatively heated and cooled by hot (TH~50°C) and cold (TL=18°C) water, as the operation takes place at a pressure of between PL=7bar and Ph=24bar.

Begge løsningene ovenfor førte til en periodisk drevet hydrogenkompresjon som begrenser deres mulige anvendelse for kontinuerlige tekniske prosesser. Both of the above solutions led to a periodically driven hydrogen compression which limits their possible application for continuous technical processes.

Følgelig er det behov for en metallhydrid hyd rog en kompressor som muliggjør kontinuerlig drift. På de vedføyde tegninger viser fig. 3 prinsippet for driften av den enkleste kontinuerlig drevne metallhydrid hydrogenkompressor. Kompressoren omfatter i det minste to kompresjonsmoduler 1, 2 som hver har et metall hyd rid leie A med en hydrogenlagringslegering termisk koblet til et utstyr B for tilførsel/fjerning av varme. Metallhydridleiet A er plassert i en beholder C som har en gassrørledning D. Alle gassrørled-ningene D er forbundet med et gassfordelingssystem E utstyrt med en port F for tilfør-sel av hydrogen ved lavt trykk PLog med en port G for avgivelse av hydrogen ved høyt trykk PH. Consequently, there is a need for a metal hydride compressor that enables continuous operation. In the attached drawings, fig. 3 the principle of operation of the simplest continuously driven metal hydride hydrogen compressor. The compressor comprises at least two compression modules 1, 2, each of which has a metal hydride bed A with a hydrogen storage alloy thermally connected to a device B for supplying/removing heat. The metal hydride bed A is placed in a container C which has a gas pipeline D. All the gas pipelines D are connected to a gas distribution system E equipped with a port F for supplying hydrogen at low pressure PLog with a port G for releasing hydrogen at high press PH.

Særlig kan gassfordelingssystemet E ha form av et sett stengeventiler (innbefattet fjernstyrte sådanne) eller tilbakeslagsverdier som er forbundet med rørledningene D In particular, the gas distribution system E can take the form of a set of shut-off valves (including remotely controlled ones) or non-return valves connected to the pipelines D

for kompresjonsmodulene 1, 2 samt hydrogeninnløps- og utløpsporter F og G, på en slik måte av lavtrykkshydrogen strømmer fra innløpsporten til en kompresjonsmodul 1 eller 2 som på et tidspunkt arbeider i sugemodus (absorpsjon), mens høytrykkshydro-genet strømmer fra en kompresjonsmodul 2 eller 1 som på samme tid arbeider i tømmemodus (desorpsjon), til utløpsporten G. Hydrogensugingen (absorpsjonen) ved for the compression modules 1, 2 as well as hydrogen inlet and outlet ports F and G, in such a way that low-pressure hydrogen flows from the inlet port to a compression module 1 or 2 which at one point works in suction mode (absorption), while the high-pressure hydrogen flows from a compression module 2 or 1 which at the same time works in discharge mode (desorption), to the outlet port G. The hydrogen suction (absorption) by

PL i metall hyd rid leiet Al eller A2 plassert i kompresjonsmodulen 1 eller 2, oppnås ved å fjerne varme Q ved et lavt temperaturnivå TL ved hjelp av utstyret Bl eller B2 for tilførsel/fjerning av varme, og som på et tidspunkt arbeider i lavtemperaturmodus for fjerning av varme, mens hydrogentømmingen (desorpsjonen) ved PH i metallhydridleiet A2 eller Al plassert i kompresjonsmodulen 2 eller 1, oppnås ved å tilføre varme Q på et høyere temperaturnivå TH ved å bruke utstyret B2 eller Bl for tilførsel/fjerning av varme og som på samme tid arbeider i høytemperaturmodus for tilførsel av varme. PL in metal hydride bearing Al or A2 located in the compression module 1 or 2, is obtained by removing heat Q at a low temperature level TL by means of the equipment Bl or B2 for the supply/removal of heat, and which at one time works in low temperature mode for removal of heat, while the hydrogen depletion (desorption) at PH in the metal hydride bed A2 or Al placed in the compression module 2 or 1 is achieved by supplying heat Q at a higher temperature level TH using the equipment B2 or Bl for supplying/removing heat and as on at the same time working in high temperature mode for supplying heat.

Således arbeider utstyret Bl og B2 for tilførsel/fjerning av varme i vekselvis motsatte modi, slik at når utstyret Bl fjerner varme Q ved TL fra metall hyd rid leiet Al (avkjøl-ing), tilfører utstyret B2 den samme mengde varme Q ved TH til metallhydridleiet A2 (oppvarming), og omvendt. Den kontinuerlige drift av kompressoren sørges det for ved periodisk reversering av driftsmodiene til utstyrene Bl og B2 for tilførsel/fjerning av varme. Forholdet mellom verdiene PL, TL, PH og TH defineres ut fra den type hydrogenlagringslegering som inneholdes i metallhydridleiet A eller nærmere bestemt, av den termiske stabilitet til metallhydridet dannet i løpet av det tilhørende hydrogenlagrings-legerings reversible vekselvirkning med hydrogengass. Kompressorens produktivitet avhenger i hovedsak av varmetilførselsraten på høytemperaturnivået dQn/dt og også av varmefjerningsraten på lavtemperaturnivået dQL/dt, slik at når den sakteste av disse to dQ/dt'er øker, øker også produktiviteten. Thus, the equipment Bl and B2 work for the supply/removal of heat in alternately opposite modes, so that when the equipment Bl removes heat Q at TL from the metal hydride bed Al (cooling), the equipment B2 supplies the same amount of heat Q at TH to the metal hydride bed A2 (heating), and vice versa. The continuous operation of the compressor is ensured by periodic reversal of the operating modes of the equipment B1 and B2 for the supply/removal of heat. The relationship between the values PL, TL, PH and TH is defined based on the type of hydrogen storage alloy contained in the metal hydride bed A or more precisely, by the thermal stability of the metal hydride formed during the associated hydrogen storage alloy's reversible interaction with hydrogen gas. Compressor productivity depends mainly on the heat input rate at the high temperature level dQn/dt and also on the heat removal rate at the low temperature level dQL/dt, so as the slower of these two dQ/dts increases, productivity also increases.

Den grunnleggende tekniske løsning beskrevet ovenfor med hensyn til kontinuerlig drevne metallhydrid hyd rog en kompressorer er beskrevet i en rekke patenter og publikasjoner<3>'<4,>osv-, og ytterligere forbedringer av disse gjelder hovedsakelig: Typen av hydrogenlagringslegering, antallet kompresjonselementer (to eller flere), deres gassforbindelser, og driftssekvensen for det tilhørende utstyr for tilførsel/- fjerning av varme. The basic technical solution described above with regard to continuously operated metal hydride hyd rog en compressors is described in a number of patents and publications<3>'<4,>etc-, and further improvements thereof mainly apply to: The type of hydrogen storage alloy, the number of compression elements ( two or more), their gas connections, and the operating sequence of the associated heat supply/removal equipment.

Som et eksempel har hyd rog en kompressoren beskrevet av P.M. Golben og M.J. Rosso<5>seks kompresjonselementer ordnet i to grupper, som hver er termisk koblet til sitt eget utstyr for tilførsel/fjerning av varme, og hvor kompresjonselementenes metall hyd rid leier i hver gruppe er basert på tre ulike hydrogenlagringslegeringer som gir de tilhørende metallhydrider forskjellig termisk stabilitet. Gassfordelingssystemet som er basert på tilbakeslagsventiler er laget på en måte som muliggjør flertrinnsdrift av kompressoren, hvorved det oppvarmede metallhydridleiet, som kjennetegnes ved høyere termisk stabilitet for det tilhørende metallhydrid, mater det avkjølte metallhydridleie, som kjennetegnes ved lavere termisk stabilitet for det tilhørende metallhydrid, med hydrogen ved høyere trykk. As an example, hyd rog en has the compressor described by P.M. Golben and M.J. Rosso<5>six compression elements arranged in two groups, each of which is thermally connected to its own equipment for supplying/removing heat, and where the metal hydride bearings of the compression elements in each group are based on three different hydrogen storage alloys that give the associated metal hydrides different thermal stability. The gas distribution system, which is based on non-return valves, is designed in a way that enables multi-stage operation of the compressor, whereby the heated metal hydride bed, characterized by higher thermal stability of the associated metal hydride, feeds the cooled metal hydride bed, characterized by lower thermal stability of the associated metal hydride, with hydrogen at higher pressure.

Med denne løsning blir det mulig å oppnå et høyere kompresjonsforhold P|_/PL ved å bruke et smalere temperaturområde (TH - TL), men samtidig har den en mer kompli-sert konstruksjon og dårligere pålitelighet enn en ett-trinns hydrogenkompressor. Dette skyldes det store antall tilbakeslagsventiler, hvis feilfunksjon kan føre til en tilbakestrømning av hydrogen og forstyrrelse eller avbrudd i kompressorens drift. Som vist ved termodynamisk analyse<6>er dessuten virkningsgraden for flertrinns metallhydrid hyd rog en kompressorer lavere enn den for ett-trinnskompressorer. With this solution, it becomes possible to achieve a higher compression ratio P|_/PL by using a narrower temperature range (TH - TL), but at the same time it has a more complicated construction and poorer reliability than a one-stage hydrogen compressor. This is due to the large number of non-return valves, the malfunction of which can lead to a backflow of hydrogen and disturbance or interruption in the operation of the compressor. Furthermore, as shown by thermodynamic analysis<6>, the efficiency of multi-stage metal hydride hydrogen compressors is lower than that of single-stage compressors.

Fremgangsmåtene og utstyret for tilførsel/fjerning av varme. The procedures and equipment for the supply/removal of heat.

Den mest vanlig brukte fremgangsmåte ved tilførsel av varme QHved en høy temperatur TH til et metallhydridleie for å stimulere hydrogendesorpsjonen derfra ved et høyt trykk PH omfatter bruk av et varmeoverføringsfluid, slik som varmt vann, som passerer gjennom en varmeveksler plassert i en metallhydridbeholder og som står i termisk kontakt med et metallhydridleie. Likeledes oppnås fjerning av varme QL ved lav temperatur TL fra et metallhydridleie, og som sørger for absorpsjon av lavtrykkshydrogen (PL) i dette, ved å bruke et varmeoverføringsfluid (dvs. kaldt vann) som passerer gjennom den samme varmeveksler. Særlig utnyttes en sådan metode av J.J. Reilly, A. Holtz og R.H. Wiswal<2>i den ovenfor nevnte hydrogensirkuleringspumpe og av P.M. Golben og M.J. Rosso, Jr<5>i dere hydrogenkompressor, osv. The most commonly used method of supplying heat QH at a high temperature TH to a metal hydride bed to stimulate hydrogen desorption therefrom at a high pressure PH involves the use of a heat transfer fluid, such as hot water, which passes through a heat exchanger placed in a metal hydride container and which stands in thermal contact with a metal hydride bed. Likewise, removal of heat QL at low temperature TL from a metal hydride bed, and which provides absorption of low pressure hydrogen (PL) therein, is achieved by using a heat transfer fluid (ie cold water) passing through the same heat exchanger. In particular, such a method is used by J.J. Reilly, A. Holtz and R.H. Wiswal<2>in the above-mentioned hydrogen circulation pump and by P.M. Golben and M.J. Rosso, Jr<5>i you hydrogen compressor, etc.

Med hensyn til fremgangsmåtene nevnt ovenfor bestemmes raten av tilførsel eller fjerning av varme dQ/dt til/fra metallhydridleiet av Newtons avkjølingslov<7>til å være proporsjonal med forskjellen mellom varmeoverføringsfluidets tilgjengelige temperatur T'H og T'L og metall hyd rid leiets temperatur TH eller TL, som fordres for å frembringe høytrykkshydrogendesorpsjon og lavtrykkshydrogenabsorpsjon. Dette betyr at når metall hyd rid leiets temperatur nærmer seg varmeoverføringsfluidets temperatur avtar varmetilførsels/fjerningsraten som er drivkraften for hydrogenutladingen/ladingen, dramatisk, hvilket fører til produktivitetstap. With respect to the methods mentioned above, the rate of heat input or removal dQ/dt to/from the metal hydride bed is determined by Newton's law of cooling<7> to be proportional to the difference between the available temperature T'H and T'L of the heat transfer fluid and the temperature of the metal hydride bed TH or TL, which is required to produce high pressure hydrogen desorption and low pressure hydrogen absorption. This means that when the temperature of the metal hydride bed approaches the temperature of the heat transfer fluid, the heat input/removal rate which is the driving force for the hydrogen discharge/charge decreases dramatically, leading to loss of productivity.

For å øke en metallhydridhydrogenkompressors produktivitet i høytrykksleverings-modusen består en mulighet i å bruke elektrisk oppvarming for å generere en tvungen varmetilførsel ved høy temperatur til metallhydridleiet. Et eksempel er hydrogenkom-pressoren patentert av P.M. Golben<4>, hvor en metallhydridbeholder har en innebygget elektrisk varmeanordning og en avkjølende kappe for å føre igjennom et kjølemiddel og sørge for fjerning av varme ved lav temperatur fra metallhydridleiet. Et annet eksempel er en metallhydrid hydrogenkompressor i industriell skala (PL=3 ... 5 bar, PH=150bar, produktivitet: 10 m<3>/h) beskrevet av Yu.F. ShmaTko m.fl.<8>, hvor metallhydridbeholdere varmes opp ved hjelp av innebygde elektriske varmeapparater og avkjøles eksternt ved hjelp av tvungen luftkonveksjon. Siden konveksjonskjøling fortsatt benyttes for denne type ingeniørarbeid, kjennetegnes sådanne teknikker ved en skarp senkning i produktiviteten når den temperatur i metallhydridleiet TL som fordres for hydrogenabsorpsjon ved lavt trykk (PL) nærmer seg kjølemiddelets tilgjengelige temperatur T'L. In order to increase the productivity of a metal hydride hydrogen compressor in the high pressure delivery mode, one possibility is to use electrical heating to generate a high temperature forced heat supply to the metal hydride bed. An example is the hydrogen compressor patented by P.M. Golben<4>, where a metal hydride container has a built-in electric heating device and a cooling jacket to pass through a coolant and ensure the removal of heat at low temperature from the metal hydride bed. Another example is a metal hydride hydrogen compressor on an industrial scale (PL=3 ... 5 bar, PH=150bar, productivity: 10 m<3>/h) described by Yu.F. ShmaTko et al.<8>, where metal hydride containers are heated using built-in electric heaters and cooled externally using forced air convection. Since convection cooling is still used for this type of engineering work, such techniques are characterized by a sharp drop in productivity when the temperature in the metal hydride bed TL required for hydrogen absorption at low pressure (PL) approaches the coolant's available temperature T'L.

Siktemålet for foreliggende oppfinnelse er å forsterke prosessen ved både tilførsel av varme og fjerning av varme i en kontinuerlig drevet metallhydrid hydrogen prosessor og på denne måte opprettholde høy produktivitet i et eneste kompresjonstrinn ved høye avgivelsestrykk PH, så vel som ved lave sugetrykk PL. Dette kan oppnås ved å anvende et varmepumpesystem som er i stand til å sørge for tvungen oppvarming såvel som tvungen avkjøling av metallhydridleiet. The aim of the present invention is to enhance the process by both the supply of heat and the removal of heat in a continuously operated metal hydride hydrogen processor and in this way maintain high productivity in a single compression stage at high discharge pressures PH, as well as at low suction pressures PL. This can be achieved by using a heat pump system which is capable of providing forced heating as well as forced cooling of the metal hydride bed.

En av disse løsninger er anvendt i fremgangsmåten og anordningen for komprimering av hydrogengass patentert av C. Halene<9>. Fremgangsmåten og anordningen benytter to metallhydridbeholdere utstyrt med varmevekslerkapper for oppvarming/avkjøling av metall hyd rid leiene i beholderene. Beholderene er forbundet med kilden for lavtrykkshydrogen og en mottager for høytrykkshydrogen gjennom et system av gassrørled-ninger og stengeventiler. I sin tur blir metallhydridbeholderenes varmevekslerkapper forbundet via systemet av rørledninger og stengeventiler til oppvarmende og avkjøl-ende kretser i en fordampnings/kondenseringsvarmepumpe utstyrt med permanent oppvarming av et varmeoverføringsfluid i den oppvarmende krets til en høyere temperatur TH og permanent avkjøling av varmeoverføringsfluidet i den avkjølende krets til en lavere temperatur TL. One of these solutions is used in the method and device for compressing hydrogen gas patented by C. Halene<9>. The method and device use two metal hydride containers equipped with heat exchanger jackets for heating/cooling the metal hydride beds in the containers. The containers are connected to the source of low-pressure hydrogen and a receiver of high-pressure hydrogen through a system of gas pipelines and shut-off valves. In turn, the heat exchanger shells of the metal hydride containers are connected via the system of pipelines and shut-off valves to heating and cooling circuits in an evaporative/condensing heat pump equipped with permanent heating of a heat transfer fluid in the heating circuit to a higher temperature TH and permanent cooling of the heat transfer fluid in the cooling circuit to a lower temperature TL.

Driften av kompressoren opprettholdes ved å åpne og lukke ventilene på en slik måte at på et tidspunkt er den første metallhydridbeholder forbundet med en mottager for høytrykkshydrogen mens dens varmevekslerkappe er forbundet med en oppvarmings-krets, samtidig som den andre beholder er forbundet med en kilde for lavtrykkshydrogen mens dens varmevekslerkappe er forbundet med en avkjølende krets. Det sørges for permanent drift av kompressoren ved periodisk å svitsje ventilene, slik at på et annet tidspunkt er den første beholder forbundet med en kilde for lavtrykkshydrogen, mens varmevekslerkappen er forbundet med en avkjølende krets, samtidig som den andre metallhydridbeholder på samme tid er forbundet med en mottager av høytrykkshydrogen, mens dens varmevekslerkappe er forbundet med en oppvarmende krets. For å øke operasjonens virkningsgrad ser man med den anvendte løsning også for seg visse forbedringer, slik som regenerering av varme mellom de avkjølte og oppvarmede metallhydridbeholdere, muligheten av å føre hydrogen fra en oppvarmet beholder til en avkjølt etter fullførelse av en kompresjonssyklus, osv. The operation of the compressor is maintained by opening and closing the valves in such a way that at some point the first metal hydride container is connected to a receiver for high pressure hydrogen while its heat exchanger jacket is connected to a heating circuit, while the second container is connected to a source of low pressure hydrogen while its heat exchanger shell is connected to a cooling circuit. Permanent operation of the compressor is ensured by periodically switching the valves, so that at another time the first container is connected to a source of low-pressure hydrogen, while the heat exchanger shell is connected to a cooling circuit, while the second metal hydride container is simultaneously connected to a receiver of high-pressure hydrogen, while its heat exchanger jacket is connected to a heating circuit. In order to increase the efficiency of the operation, the solution used also envisages certain improvements, such as regeneration of heat between the cooled and heated metal hydride containers, the possibility of passing hydrogen from a heated container to a cooled one after completion of a compression cycle, etc.

Løsningen beskrevet ovenfor har de etterfølgende trekk som ligner løsningen foreslått med foreliggende oppfinnelse: (i) i det minste to metallhydridkompresjonsmoduler forbundet gjennom rørledninger med et gassfordelingssystem som har en port for innføring av lavtrykkshydrogen The solution described above has the following features similar to the solution proposed by the present invention: (i) at least two metal hydride compression modules connected through pipelines with a gas distribution system having a port for the introduction of low pressure hydrogen

og en port for avgivelse av høytrykkshydrogen, and a port for releasing high-pressure hydrogen,

(ii) termisk kobling av metallhydridkompresjonsmodulene til en varmepumpe, og (ii) thermally coupling the metal hydride compression modules to a heat pump, and

(iii) nærvær av oppvarmingsutstyr til høy temperatur, avkjøl i ngsutstyr til lav temperatur og et kjølelegeme for middels temperatur. (iii) presence of high temperature heating equipment, low temperature cooling equipment and a medium temperature heat sink.

Med den tidligere tekniske løsning er imidlertid nevnte oppvarmings-, avkjølings- og kjølelegemeutstyr faste i rom og tid, dvs. at varmepumpens oppvarmings- og avkjøl-ingskretser drives kontinuerlig uten at deres driftsmodus endres. Dette fører til nød-vendigheten av å sette inn et system av ventiler for å svitsje strømningen av varmt og kaldt varmeoverføringsfluid mellom metallhydridbeholderenes varmevekslerkapper og denne svitsjing må synkroniseres med driften av ventilene i gassfordelingssystemet. Dette arrangement kompliserer i stor grad både konstruksjonen og driften av kompressoren og senker dens pålitelighet. With the previous technical solution, however, said heating, cooling and cooling body equipment are fixed in space and time, i.e. that the heat pump's heating and cooling circuits are operated continuously without their operating mode changing. This leads to the necessity of inserting a system of valves to switch the flow of hot and cold heat transfer fluid between the metal hydride containers' heat exchanger shells and this switching must be synchronized with the operation of the valves in the gas distribution system. This arrangement greatly complicates both the construction and operation of the compressor and lowers its reliability.

En lovende måte å implementere den foreslåtte løsning på er å fremstille varmepumpesystemet som et sett termoelektriske moduler (Peltier-elementer) tett forbundet (både termisk og elektrisk) med hverandre og med andre elementer i metallhydrid-hyd rog e n ko m p resso re n. A promising way to implement the proposed solution is to produce the heat pump system as a set of thermoelectric modules (Peltier elements) closely connected (both thermally and electrically) with each other and with other elements in the metal hydride-hydrogen compressor.

Det finnes to lignende tekniske løsninger som involverer termoelektriske moduler (Peltier-elementer) for å frembringe kompresjon av hydrogengass ved bruk av metallhydrider. Den første, som er beskrevet av V.A. Vasin<10>, bruker et Peltier-element hvis ene varme/kjøleside er dekket med en hydrogenlagringslegering (LaNi5eller TiFe). Tilførselen av effekt til Peltier-elementet forårsaker rask oppvarming av hydrogenlagringslegeringen i kontakt med den tilhørende varme side av elementet og derved rask høytrykks hydrogendesorpsjon derfra. Å gi elementet effekt med motsatt polaritet fører til rask avkjøling av hydrogenlagringslegeringen og derved rask lavtrykks hydrogenabsorpsjon i den. Siden denne løsning ikke har noe spesielt utstyr for varmespred-ning fra den motsatte side av Peltier-elementet, kan den brukes bare for periodisk drift (f.eks. for pneumatiske aktuatorer innen vakuum-ingeniørarbeid). There are two similar technical solutions involving thermoelectric modules (Peltier elements) to produce compression of hydrogen gas using metal hydrides. The first, which is described by V.A. Vasin<10>, uses a Peltier element whose one heating/cooling side is covered with a hydrogen storage alloy (LaNi5 or TiFe). The supply of power to the Peltier element causes rapid heating of the hydrogen storage alloy in contact with the associated hot side of the element and thereby rapid high pressure hydrogen desorption therefrom. Powering the element with opposite polarity leads to rapid cooling of the hydrogen storage alloy and thereby rapid low-pressure hydrogen absorption into it. Since this solution has no special equipment for heat dissipation from the opposite side of the Peltier element, it can be used only for intermittent operation (eg for pneumatic actuators in vacuum engineering).

En avansert løsning ble patentert av M.J. Rosso<11>, som beskriver et termoelektrisk, pneumatisk hyd rida ktiveringssystem hvor begge sider av et termoelektrisk element er termisk koblet til sine egne metallhydridleier. Tilførsel av likestrømseffekt til det termoelektriske element bevirker oppvarming av dets ene side med høytrykks hydrogen desorpsjon fra det tilhørende metallhydridleie samtidig som avkjøling av den annen side på samme tid forårsaker lavtrykks hydrogenabsorpsjon i det tilhørende metallhydridleie. Periodisk reversering av polariteten av tilførselen av likestrøm til det termoelektriske element reverserer absorpsjons/desorpsjonsprosessen og gir i prinsippet permanent vekselvis bevegelse av et stempel, hvis ene side står i kommunikasjon med hydrogenledningen til en første metallhydridbeholder, mens den annen står i kommunikasjon med hydrogenledningen til en andre metallhydridbeholder. An advanced solution was patented by M.J. Rosso<11>, which describes a thermoelectric, pneumatic hydride actuation system where both sides of a thermoelectric element are thermally coupled to their own metal hydride bearings. Supplying direct current power to the thermoelectric element causes heating of one side of it with high-pressure hydrogen desorption from the associated metal hydride bed while cooling the other side at the same time causes low-pressure hydrogen absorption in the associated metal hydride bed. Periodic reversal of the polarity of the supply of direct current to the thermoelectric element reverses the absorption/desorption process and in principle provides permanent alternating movement of a piston, one side of which is in communication with the hydrogen line of a first metal hydride container, while the other is in communication with the hydrogen line of a other metal hydride container.

Skjønt denne løsning gir periodiske hydrogentrykkendringer (fra PL til PH, og omvendt) Although this solution produces periodic hydrogen pressure changes (from PL to PH, and vice versa)

i en trykkfølsom mekanismes kamre ved å bruke metallhydrid og en termoelektrisk modul, er den egnet bare for pneumatisk aktivering og kan ikke anvendes direkte for permanent hydrogenkomprimering. in the chambers of a pressure-sensitive mechanism using metal hydride and a thermoelectric module, it is suitable only for pneumatic actuation and cannot be used directly for permanent hydrogen compression.

Som det kan sees ut fra en termodynamisk betraktning, vil en hvilken som helst varmepumpe (innbefattet den termoelektriske modul) tilføre mer varme QHtil høy-temperaturnivået TH enn den mengde QL som absorberes av den på lavtemperaturnivået TL. Forskjellen (QH- QL) vil være lik det ytre arbeid W som er nødvendig for å frembringe transport av den spesifiserte mengde varme fra lavt til høyt temperaturnivå. For en ideell varmepumpe som har en omvendt Carnot-syklus bestemmes verdien av W ved W = QH(1 - TL/TH), og for en virkelig varmepumpe vil verdien være høyere. For moderne termoelektriske kjøleinnretninger som arbeider på mellom TL = -30 ... -10°C og TH = 30 ... 50°C, er verdien av W omtrent 1,5 ganger større enn avkjølingskapasiteten QL<12.>Derfor vil den mengde varme QHsom tilføres høytempe-raturnivået være 2,5 ganger mer enn QL. As can be seen from a thermodynamic consideration, any heat pump (including the thermoelectric module) will add more heat QH to the high temperature level TH than the amount QL absorbed by it at the low temperature level TL. The difference (QH-QL) will be equal to the external work W which is necessary to produce transport of the specified amount of heat from low to high temperature level. For an ideal heat pump having a reverse Carnot cycle, the value of W is determined by W = QH(1 - TL/TH), and for a real heat pump the value will be higher. For modern thermoelectric cooling devices operating between TL = -30 ... -10°C and TH = 30 ... 50°C, the value of W is approximately 1.5 times greater than the cooling capacity QL<12.>Therefore, it will amount of heat QH which is supplied to the high temperature level be 2.5 times more than QL.

Siden det er nødvendig å fjerne den samme mengde varme fra lavtemperaturnivået som den tilført høytemperaturnivået for å oppnå normal drift av en metallhydrid hydrogenkompressor, vil den tidligere kjente tekniske løsning som brukes for kontinuerlig drevet hydrogenkompresjon føre til en senkning av produktiviteten eller alternativt en minskning av kompresjonsforholdet Ph/Pq under forlenget drift, idet dette skyldes vanskeligheten med å beherske spredningen av restvarme på riktig måte. Begrenset til det foreslåtte opplegg i tidligere kjente løsninger er den eneste måte å løse dette problem på å styre den periodiske fjerning av overskytende varme fra den oppvarmede side av den termoelektriske modul, hvilket i stor grad kompliserer implementering av løsningen beregnet på permanent hydrogenkompresjon. Since it is necessary to remove the same amount of heat from the low temperature level as that supplied to the high temperature level in order to achieve normal operation of a metal hydride hydrogen compressor, the previously known technical solution used for continuously operated hydrogen compression will lead to a lowering of the productivity or alternatively a reduction of the compression ratio Ph/Pq during extended operation, as this is due to the difficulty in controlling the spread of residual heat in the correct way. Limited to the proposed scheme in previously known solutions, the only way to solve this problem is to control the periodic removal of excess heat from the heated side of the thermoelectric module, which greatly complicates the implementation of the solution intended for permanent hydrogen compression.

Utover det som er nevnt ovenfor med hensyn til tidligere kjent teknikk henvises det også til publikasjonen WO 01/69144 A2 som angår en fremgangsmåte og anordning for frembringelse av trykksatt hydrogengass, og videre til publikasjonene US 2004 0079090 Al og US 2002 0028176 Al, men ingen av disse løser fullt ut det tekniske problem som foreliggende oppfinnelse har som oppgave å løse. In addition to what is mentioned above with regard to prior art, reference is also made to the publication WO 01/69144 A2 which relates to a method and device for producing pressurized hydrogen gas, and further to the publications US 2004 0079090 A1 and US 2002 0028176 A1, but none of these fully solves the technical problem that the present invention aims to solve.

På bakgrunn av den prinsipielt kjente teknikk omtalt ovenfor gjelder således foreliggende oppfinnelse en kontinuerlig drevet hydrogen prosessor som angitt i vedføyde patentkrav 1 og også en fremgangsmåte ved drift av en slik kompressor, som angitt i patentkrav 3. Based on the principle known technology discussed above, the present invention thus applies to a continuously operated hydrogen processor as stated in the attached patent claim 1 and also to a method for operating such a compressor, as stated in patent claim 3.

Den permanent drevne metallhydrid hydrogenkompressor i henhold til oppfinnelsen bruker to eller flere kompresjonsmoduler. Hver modul inneholder et metallhydridleie (MH-leie) plassert i en MH-beholder utstyrt med en gassrørledning og hjelpeutstyr som sørger for varmeveksling mellom MH-leiet og den oppvarmende/avkjølende side av beholderen. Den oppvarmende/avkjølende side er termisk koblet til den ene av to eller flere sider av et reversibelt varmepumpesystem, som hver er i stand til å arbeide som en avkjøler på et tidspunkt og som en oppvarmer på et annet. En del av hver MH-beholder er koblet til den side av varmepumpesystemet som på et tidspunkt arbeider som en avkjøler eller oppvarmer, mens den annen del er koblet til den annen side, idet denne annen side arbeider som en oppvarmer eller avkjøler på det samme tidspunkt. Ved å gjøre dette arbeider de to deler av MH-beholderene i gjensidig motsatte modi, dvs. at når den ene del avkjøles, oppvarmes den annen, og omvendt. Det reversible varmepumpesystem omfatter også en middeltemperatur varmeslukside anordnet for å fjerne overskytende varme. MH-beholderenes gassrørledninger er forbundet med inngangsporten for lavtrykkshydrogen og utgangsporten for høytrykkshydrogen via et gassfordelingssystem som omfatter gassoppsamlere, tilbakeslagsventiler og forbindelsesrørledninger. The permanently driven metal hydride hydrogen compressor according to the invention uses two or more compression modules. Each module contains a metal hydride bed (MH bed) placed in a MH vessel equipped with a gas pipeline and auxiliary equipment that provides heat exchange between the MH bed and the heating/cooling side of the vessel. The heating/cooling side is thermally coupled to one of two or more sides of a reversible heat pump system, each of which is capable of operating as a cooler at one time and as a heater at another. One part of each MH tank is connected to the side of the heat pump system that at one time works as a cooler or heater, while the other part is connected to the other side, this other side working as a heater or cooler at the same time . By doing this, the two parts of the MH containers work in mutually opposite modes, i.e. when one part cools, the other heats up, and vice versa. The reversible heat pump system also includes a medium temperature heat exhaust side arranged to remove excess heat. The MH containers' gas pipelines are connected to the low-pressure hydrogen inlet port and the high-pressure hydrogen outlet port via a gas distribution system comprising gas collectors, non-return valves and connecting pipelines.

Oppfinnelsen kjennetegnes ved at det reversible varmepumpesystem omfatter et sett på to eller flere termoelektriske moduler (Peltier-elementer), hvor den ene av to sider på hver modul er termisk koblet til et varmeslukutstyr, og den annen side til den oppvarmende/avkjølende side av en MH-beholder. De termoelektriske elementer er inndelt i to eller flere grupper, hvor én i hver gruppe får effekt på et tidspunkt med direkte polaritet, hvilket frembringer avkjøling av de tilhørende MH-beholdere, mens den annen på samme tid tilføres effekt med reversert polaritet, hvilket frembringer oppvarming av de tilhørende MH-beholdere. The invention is characterized by the fact that the reversible heat pump system comprises a set of two or more thermoelectric modules (Peltier elements), where one of two sides of each module is thermally connected to a heat extinguishing device, and the other side to the heating/cooling side of a MH container. The thermoelectric elements are divided into two or more groups, where one in each group receives power at a time with direct polarity, which produces cooling of the associated MH containers, while the other at the same time is supplied with power with reversed polarity, which produces heating of the associated MH containers.

Fremgangsmåten ved drift av kompressoren i henhold til oppfinnelsen omfatter trinn hvor en avkjølende/oppvarmende side av nevnte varmepumpesystem drives på lavt temperaturnivå, hvilket frembringer fjerning av varme fra metallhydridleiet koblet til denne side, og som stimulerer absorpsjon av lavtrykks hydrogen i denne, mens den annen avkjølende/oppvarmende side av nevnte varmepumpesystem på samme tid drives på det høye temperaturnivå, hvilket frembringer tilførsel av varme til metallhydridleiet koblet til denne side og som stimulerer desorpsjon av høytrykks hydrogen derfra, idet overskytende varme fjernes på et midlere temperaturnivå fra nevnte midlere temperaturside av varmepumpesystemet. The procedure for operating the compressor according to the invention includes steps where a cooling/heating side of said heat pump system is operated at a low temperature level, which produces the removal of heat from the metal hydride bed connected to this side, and which stimulates the absorption of low-pressure hydrogen therein, while the other cooling/heating side of said heat pump system at the same time is operated at the high temperature level, which produces supply of heat to the metal hydride bed connected to this side and which stimulates desorption of high pressure hydrogen therefrom, excess heat being removed at a medium temperature level from said medium temperature side of the heat pump system .

Permanent drift av kompressoren oppnås ved periodisk å svitsje den reversible varmepumpe mellom oppvarmende/avkjølende modus, og særlig ved å endre polariteten av effekttilførselen til de termoelektriske moduler. Ved å gjøre dette kan effekten tilført modulene som arbeider som avkjølere bli lik eller overskride den effekt som tilføres de moduler som arbeider som oppvarmere. Den sistnevnte modus kan brukes for å øke kompressorens produktivitet eller for å spare effekt, hvilket i tillegg kan oppnås ved å slå de oppvarmende termoelektriske moduler av over en periode som er avhengig av endringen i kompressorens produktivitet, før deres polaritet reverseres, hvilket fører til svitsjing fra oppvarmende til avkjølende modus. Permanent operation of the compressor is achieved by periodically switching the reversible heat pump between heating/cooling mode, and in particular by changing the polarity of the power supply to the thermoelectric modules. By doing this, the power supplied to the modules working as coolers can equal or exceed the power supplied to the modules working as heaters. The latter mode can be used to increase the productivity of the compressor or to save power, which can additionally be achieved by turning off the heating thermoelectric modules for a period dependent on the change in the productivity of the compressor, before reversing their polarity, leading to switching from heating to cooling mode.

Fordelene med oppfinnelsen innbefatter at hydrogen prosessoren får rask dynamisk ytelse, og høyere produktivitet, samt pålitelig og stabil forlenget drift på grunn av sin termiske selvbalansering, så vel som lett og fleksibel styring av driften, innbefattet tilgjengeligheten av trygg effektforvaltning. The advantages of the invention include that the hydrogen processor gets fast dynamic performance, and higher productivity, as well as reliable and stable extended operation due to its thermal self-balancing, as well as easy and flexible management of the operation, including the availability of safe power management.

Det er vedføyd tegninger, på hvilke: There are drawings attached, on which:

Fig. 1 skjematisk viser konstruksjonen og driften av en grunnleggende metallhydrid Fig. 1 schematically shows the construction and operation of a basic metal hydride

hydrogenkompressor som drives av et reverserbart varmepumpesystem, hydrogen compressor powered by a reversible heat pump system,

fig. 2 viser en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, hvor et sett termoelektriske fig. 2 shows a preferred embodiment of the invention, where a set of thermoelectric

elementer brukes som det reversible varmepumpesystem, elements are used as the reversible heat pump system,

fig. 3 viser prinsippet ved driften av den enkleste kontinuerlig drevne metallhydrid fig. 3 shows the principle of operation of the simplest continuously operated metal hydride

hyd rog e n ko m p resso r, hyd rog e n co m p resso r,

fig. 4 skjematisk viser et arrangement som prøver ble utført på, fig. 4 schematically shows an arrangement on which tests were carried out,

fig. 5 presenterer resultatet av testene, idet fig. 5A viser avgivelsestrykket og produktiviteten, mens fig. 5B viser bunntemperaturen for metallhydridbeholderene som funksjon av tiden, fig. 5 presents the results of the tests, as fig. 5A shows the delivery pressure and productivity, while fig. 5B shows the bottom temperature of the metal hydride containers as a function of time,

fig. 6 skjematisk viser et modifisert arrangement, fig. 6 schematically shows a modified arrangement,

fig. 7 presenterer på samme måte som fig. 5 resultatet av prøvene utført på det fig. 7 presents in the same way as fig. 5 the result of the tests carried out on it

modifiserte arrangement vist i fig. 6, og modified arrangement shown in fig. 6, and

fig. 8 presenterer en sammenligning av de største produktiviteter for kompressorer i henholdsvis tidligere kjente løsninger og foreliggende oppfinnelse, idet de drives under de samme betingelser. fig. 8 presents a comparison of the greatest productivities for compressors in previously known solutions and the present invention respectively, as they are operated under the same conditions.

Foreliggende oppfinnelse gjelder et reversibelt varmepumpesystem (fig. 1, gjenstand 21) som har to eller flere vekselvis drevne oppvarmende/avkjølende sider 22, 23 som hver er i stand til å bli benyttet som en oppvarmer på et tidspunkt og som avkjøler på et annet. De respektive oppvarmende/avkjølende sider står i permanent termisk kontakt med sitt eget metallhydridleie 17 i en tilhørende metallhydridbeholder 18. Varmepumpesystemet har også en varmeslukside 24 som arbeider ved en midlere temperatur Tsink, hvor TL<Tsink<<T>H, og som er permanent forbundet med varmespred-ningsutstyr. The present invention relates to a reversible heat pump system (Fig. 1, item 21) which has two or more alternately driven heating/cooling sides 22, 23, each of which is able to be used as a heater at one time and as a cooler at another. The respective heating/cooling sides are in permanent thermal contact with their own metal hydride bed 17 in an associated metal hydride container 18. The heat pump system also has a heat sink side 24 which operates at an average temperature Tsink, where TL<Tsink<<T>H, and which is permanent connected with heat spreading equipment.

Med henvisning til fig. 2 omfatter den beskrevne utførelse av det reversible varmepumpesystem et sett på to eller flere termoelektriske moduler (Peltier-elementer), som hver er termisk koblet til et varmeslukutstyr og også til den oppvarmende/avkjølende side av en MH-beholder. En av de to oppvarmende/avkjølende sider av hvert element (gjenstand 11) er termisk koblet til sitt eget hydridleie 17 plassert i en tilhørende beholder 18, samtidig som den annen oppvarmende/avkjølende side av det termoelektriske element er termisk koblet til et varmeslukutstyr 24. With reference to fig. 2, the described embodiment of the reversible heat pump system comprises a set of two or more thermoelectric modules (Peltier elements), each of which is thermally connected to a heat extinguishing device and also to the heating/cooling side of a MH container. One of the two heating/cooling sides of each element (item 11) is thermally connected to its own hydride bed 17 located in an associated container 18, while the other heating/cooling side of the thermoelectric element is thermally connected to a heat extinguishing device 24.

Det termoelektriske element er inndelt i to eller flere grupper. Den ene av gruppene tilføres likestrømseffekt på en slik måte at de sider av de termoelektriske elementer som er koblet til de tilhørende metallhydridleier oppvarmes for å frembringe hydrogendesorpsjon derfra ved høyt trykk, samtidig som de motsatte sider av de termoelektriske elementer avkjøles for å absorbere varme fra varmeslukutstyret. På samme tid tilføres en annen gruppe av elementene likestrøm med motsatt polaritet, slik at de sider av de termoelektriske elementer som er koblet til tilhørende metallhydridleier avkjøles for å frembringe hydrogenabsorpsjon i disse ved lavt trykk, samtidig som de motsatte sider av det termoelektriske elementer oppvarmes for å avgi varme til varmeslukutstyret. Denne driftsmodus reverseres periodisk ved å endre polariteten av likestrømmen tilført alle elementer, og ved å gjøre dette blir de tidligere oppvarmede metallhydridleier nå avkjølt, hvilket frembringer lavtrykks hydrogenabsorpsjon, mens de tidligere metallhydridleier samtidig oppvarmes, hvilket gir høytrykks hydrogendesorpsjon derfra. Svitsjingen av gass-strømmene henholdsvis fra hydrogeninngangsledningen 33 til de avkjølte metallhydridleier og fra de oppvarmede metallhydridleier til hydrogenutgangsledningen 34 gjennomføres ved hjelp av et gassfordelingssystem 32, hvis bestemte konfigurasjon kan være et sett tilbakeslagsventiler som med gassrørled-ninger er riktig forbundet med hydrogeninngangsledningen 33 og -utgangsledningen 34, samt gassrørledninger 18 til metallhydridbeholderene. The thermoelectric element is divided into two or more groups. One of the groups is supplied with direct current power in such a way that the sides of the thermoelectric elements connected to the associated metal hydride beds are heated to produce hydrogen desorption therefrom at high pressure, while the opposite sides of the thermoelectric elements are cooled to absorb heat from the heat quenching equipment . At the same time, another group of elements is supplied with direct current of opposite polarity, so that the sides of the thermoelectric elements which are connected to the associated metal hydride beds are cooled to produce hydrogen absorption in them at low pressure, while at the same time the opposite sides of the thermoelectric elements are heated for to emit heat to the heat extinguishing equipment. This mode of operation is periodically reversed by changing the polarity of the direct current supplied to all elements, and by doing this the previously heated metal hydride beds are now cooled, producing low pressure hydrogen absorption, while the former metal hydride beds are simultaneously heated, producing high pressure hydrogen desorption therefrom. The switching of the gas flows, respectively, from the hydrogen input line 33 to the cooled metal hydride beds and from the heated metal hydride beds to the hydrogen output line 34 is carried out by means of a gas distribution system 32, the specific configuration of which can be a set of non-return valves which are correctly connected with the hydrogen input line 33 and - the output line 34, as well as gas pipelines 18 to the metal hydride containers.

Som det her tidligere er nevnt er kreftspredningen eller -tapet fra den varme side av et termoelektrisk element alltid større enn den kraft som absorberes av den kalde side av det termoelektriske element. På samme tid fordrer både høytrykks/høytemperatur-desorpsjon og lavtrykks/lavtemperaturabsorpsjon at omtrent den samme mengde varme tilføres eller fjernes fra metallhydridleiet. Den høyere produktivitet for kompressoren i henhold til denne oppfinnelse kan derfor oppnås ved å øke effekten tilført de termoelektriske elementer som på et tidspunkt arbeider som avkjølere for tilknyttede metallhydridleier, sammenlignet med effekten tilført de termoelektriske elementer som på samme tid arbeider som oppvarmere for de tilhørende metallhydridleier. Alternativt vil reduksjon av effekten tilført de termoelektriske elementer som på et tidspunkt arbeider i den oppvarmende modus sammenlignet med effekten tilført de termoelektriske elementer som på samme tid arbeider i avkjølende modus, føre til en reduksjon i det totale kraftforbruk uten å senke kompressorens produktivitet. I tillegg kan effekt-besparende drift oppnås ved i en periode å slå av de termoelektriske elementer som arbeider i den oppvarmende modus, før de svitsjes til avkjølende modus. Utgangs-/utladingsproduktiviteten faller da til null, samtidig som suge-/inngangsproduktiviteten ikke gjør det. As previously mentioned here, the power dissipation or loss from the hot side of a thermoelectric element is always greater than the power absorbed by the cold side of the thermoelectric element. At the same time, both high-pressure/high-temperature desorption and low-pressure/low-temperature absorption require approximately the same amount of heat to be added to or removed from the metal hydride bed. The higher productivity of the compressor according to this invention can therefore be achieved by increasing the power supplied to the thermoelectric elements which at one point work as coolers for associated metal hydride beds, compared to the power supplied to the thermoelectric elements which at the same time work as heaters for the associated metal hydride beds . Alternatively, reducing the power supplied to the thermoelectric elements which at one point work in the heating mode compared to the power supplied to the thermoelectric elements which at the same time work in the cooling mode, will lead to a reduction in the total power consumption without lowering the compressor's productivity. In addition, power-saving operation can be achieved by temporarily switching off the thermoelectric elements that work in the heating mode, before they are switched to the cooling mode. The output/discharge productivity then falls to zero, while the suction/input productivity does not.

Driften av og ytelsen for kompressoren i henhold til foreliggende oppfinnelse sammenlignet med tidligere kjente tekniske løsninger er illustrert ved hjelp av eksemplene 1 og 2 nedenfor, idet eksempel 1 gjelder realisering av en tidligere kjent teknisk løsning, mens eksempel 2 beskriver driften av den foreslåtte løsning under de samme betingelser som i eksempel 1. The operation and performance of the compressor according to the present invention compared to previously known technical solutions is illustrated using examples 1 and 2 below, with example 1 relating to the realization of a previously known technical solution, while example 2 describes the operation of the proposed solution under the same conditions as in example 1.

Eksempel 1 Example 1

Det ble utført eksperimenter på et arrangement slik som skjematisk vist i fig. 4 og som omfatter to kompresjonsmodulbeholdere 1, 2 fremstilt av aluminium. Hver beholder (med en samlet vekt på 110 g) var utstyrt med en intern varmeveksler og ble lastet med 90 g AB5-type hydrogenlagringslegering IA, IA og hermetisk lukket med en flens forbundet med en gassrørledning som sluttet i en kompresjonsmodulgassoppsamler IB, 2B. Bunnen i beholderene 1, 2 var termisk koblet til begge de to sider av Marlow XLT2385-03AC termoelektriske moduler 3 forbundet med en likestrømsforsyningsenhet 4 med mulighet for regulering av utgangseffekt og reversering av dens polaritet. Et sådant opplegg tilsvarer den tidligere kjente tekniske løsning<11>. For å frembringe de samme effektforsyningsbetingelser som for prøven med den foreslåtte løsning (eksempel 2), ble det i eksempel 1 også benyttet to termoelektriske moduler koblet i sekvens, både termisk og elektrisk. Temperaturen på bunnen av beholderene Tl, T2 ble overvåket ved å bruke termoelementer av K-type. Varmesluket var forsynt med en vifte 5, mens omgivelsestemperaturen var omtrent 25°C. Experiments were carried out on an arrangement as schematically shown in fig. 4 and which comprises two compression module containers 1, 2 made of aluminium. Each container (with a total weight of 110 g) was equipped with an internal heat exchanger and was loaded with 90 g of AB5 type hydrogen storage alloy IA, IA and hermetically closed with a flange connected to a gas pipeline terminating in a compression module gas collector IB, 2B. The bottom of the containers 1, 2 was thermally connected to both the two sides of Marlow XLT2385-03AC thermoelectric modules 3 connected to a direct current supply unit 4 with the possibility of regulation of output power and reversal of its polarity. Such an arrangement corresponds to the previously known technical solution<11>. In order to produce the same power supply conditions as for the sample with the proposed solution (example 2), in example 1 two thermoelectric modules connected in sequence were also used, both thermally and electrically. The temperature at the bottom of the containers T1, T2 was monitored using K-type thermocouples. The heat sink was equipped with a fan 5, while the ambient temperature was approximately 25°C.

Gassoppsamlerene IB, 2B for kompresjonsmodulene 1, 2 var via tilbakeslagsventiler 6 (piler angir gass-strømretningen) forbundet med inngangs- og utgangsgassoppsamlere 7 og 8, som utgjør kompressorens gassfordelingssystem. Ledningen for tilførsel av lavtrykkshydrogen forbundet med inngangsoppsamleren 7 inneholder en hydrogensylind-er 9 og en reduksjonsenhet 10 som gjør det mulig å innstille inngangstrykket PL. Sistnevnte ble overvåket ved å bruke en lavtrykksføler 11. Utgangsoppsamleren 8 var forbundet med en høytrykks hydrogenmottager 12. Utgangstrykket PH ble overvåket ved hjelp av en trykkføler 13. Utgangsproduktiviteten Q ble beregnet ut fra tidsavhengigheten for PH, det samlede volum (~3,5 I) og høytrykkshydrogenmottagerens temperatur ved å bruke standard prosedyren ved volumetrisk databehandling. The gas collectors IB, 2B for the compression modules 1, 2 were via non-return valves 6 (arrows indicate the direction of gas flow) connected to the input and output gas collectors 7 and 8, which make up the gas distribution system of the compressor. The line for the supply of low-pressure hydrogen connected to the inlet collector 7 contains a hydrogen cylinder 9 and a reduction unit 10 which makes it possible to set the inlet pressure PL. The latter was monitored using a low-pressure sensor 11. The output collector 8 was connected to a high-pressure hydrogen receiver 12. The output pressure PH was monitored using a pressure sensor 13. The output productivity Q was calculated from the time dependence of PH, the total volume (~3.5 I ) and the high-pressure hydrogen receiver temperature using the standard procedure of volumetric data processing.

Prøvebetingelsene var som følger: Det lave hydrogentrykk (sugetrykket) ble holdt ved et nivå på PL = 10 bar, den samlede likestrømseffekt som ble tilført begge de termoelektriske moduler var 130 - 160 W (30 - 35% av merkeverdien), effekten tilført The test conditions were as follows: The low hydrogen pressure (suction pressure) was maintained at a level of PL = 10 bar, the total direct current power supplied to both thermoelectric modules was 130 - 160 W (30 - 35% of the rated value), the power supplied

begge de termoelektriske moduler var lik (siden de er koblet i serie). Når temperaturen på den varme side av en modul Tl eller T2 nærmet seg 100°C, ble i tillegg driftssyklus-en avbrutt etterfulgt av reversering av polariteten. Det sistnevnte ble gjort for å unngå overoppheting av de termoelektriske moduler som har en øvre tillatt grense for deres temperatur på den varme side (~130°C). both thermoelectric modules were equal (since they are connected in series). In addition, when the temperature on the hot side of a module T1 or T2 approached 100°C, the duty cycle was interrupted followed by reversal of the polarity. The latter was done to avoid overheating of the thermoelectric modules which have an upper allowable limit for their temperature on the hot side (~130°C).

Prøveresultatene er presentert i fig. 5A,B som viser tidsavhengigheten for utgangstrykket PH (bar) utgangsproduktiviteten Q (LH2/min, redusert til normalbetingelser) The test results are presented in fig. 5A,B showing the time dependence of the output pressure PH (bar) the output productivity Q (LH2/min, reduced to normal conditions)

(fig. 5A), så vel som temperaturer Tl og T2 (°C) på bunnen av metall hyd rid beholderene (fig. 5B). (Fig. 5A), as well as temperatures Tl and T2 (°C) at the bottom of the metal hydride containers (Fig. 5B).

Resultatene viser at under driftsbetingelser ble det største hydrogentrykk i mottageren som ble oppnådd under prøvene (Ph/max=40 bar), nådd etter 120 minutter, hvilket tilsvarer åtte komplette oppvarmings/avkjølingssykluser for hver metallhydridbeholder. Kompressorens gjennomsnittlige avgitte produktivitet avtar gradvis under driften. Til tross for tvungen luftavkjøling ble det allerede etter første syklus observert en vesent-lig økning i de termoelektriske modulers/metallhybridkontegnernes gjennomsnittlige temperatur. De etablerte verdier av den minste kaldsidetemperatur (T^^) og kompressoren gjennomsnittlige temperatur var henholdsvis 40°C og 60°C. Som allerede bemerket var den høyeste varmesidetemperatur TH/MAX=100°C, hvorved den største temperaturforskjellen mellom kompressorens kalde og varme sider var (th-tl)max~60 grader. The results show that under operating conditions, the largest hydrogen pressure in the receiver achieved during the tests (Ph/max=40 bar) was reached after 120 minutes, which corresponds to eight complete heating/cooling cycles for each metal hydride container. The average delivered productivity of the compressor gradually decreases during operation. Despite forced air cooling, a significant increase in the average temperature of the thermoelectric modules/metal hybrid connectors was already observed after the first cycle. The established values of the minimum cold side temperature (T^^) and the compressor average temperature were respectively 40°C and 60°C. As already noted, the highest hot side temperature was TH/MAX=100°C, whereby the largest temperature difference between the cold and hot sides of the compressor was (th-tl)max~60 degrees.

Senkning av inngangstrykkverdien (PL<10 bar) førte til en krapp økning av kompressorens produktivitet, og dette kan forklares med en for høy verdi av dens kaldside temperatur, TL>40°C. Økning av tilført effekt førte til rask overoppheting av den varme side og senkning av produktiviteten i påfølgende sykluser, på grunn av reduksjon i metallhydridets reversible hydrogenkapasitet i beholderene. Lowering the inlet pressure value (PL<10 bar) led to a sharp increase in the compressor's productivity, and this can be explained by an excessively high value of its cold side temperature, TL>40°C. Increasing input power led to rapid overheating of the hot side and lowering of productivity in subsequent cycles, due to a reduction in the metal hydride's reversible hydrogen capacity in the containers.

Eksempel 2 Example 2

Et modifisert prøvearrangement er vist i fig. 6. Det ble benyttet de samme bestand-deler som i eksempel 1 (fig. 4) og derfor er duplisert omtale utelatt. A modified test arrangement is shown in fig. 6. The same component parts were used as in example 1 (fig. 4) and therefore duplicate mentions have been omitted.

Til forskjell fra eksempel 1 ble varmesluket anordnet i form av en spesiell vannavkjølt varmeslukplate (fig. 6, gjenstand 5) hvor både metallhydridbeholderene og de termoelektriske moduler var installert. Som i eksempel 1 ble de termoelektriske moduler tilført effekt fra en effektforsyningsenhet 4 og elektrisk koblet i serie, men i foreliggende tilfelle, med motsatt polaritet. Det opplegg som ble benyttet (fig. 6) er en av de varianter av realiseringen av løsningen foreslått med denne oppfinnelse og som har identiske felles komponenter, slik som en realisering i henhold til den tidligere kjente tekniske løsning (eksempel 1). Videre ble de samme driftsparametre som i eksempel 1, innbefattet den elektriske effekt tilført de termoelektriske moduler, beholdt. Den eneste forskjell med hensyn til driften var at i dette eksempel ble svitsjingen mellom oppvarmings- og avkjølingsmodus (reversering av polariteten) utført når utgangsproduktiviteten falt til null, siden i det foreliggende tilfelle, ble overoppheting av de termoelektriske moduler over 100°C ikke observert under operasjonen. In contrast to example 1, the heat sink was arranged in the form of a special water-cooled heat sink plate (fig. 6, item 5) where both the metal hydride containers and the thermoelectric modules were installed. As in example 1, the thermoelectric modules were supplied with power from a power supply unit 4 and electrically connected in series, but in the present case, with opposite polarity. The arrangement that was used (fig. 6) is one of the variants of the realization of the solution proposed with this invention and which has identical common components, such as a realization according to the previously known technical solution (example 1). Furthermore, the same operating parameters as in example 1, including the electrical power supplied to the thermoelectric modules, were retained. The only difference regarding the operation was that in this example the switching between heating and cooling mode (polarity reversal) was performed when the output productivity dropped to zero, since in the present case, overheating of the thermoelectric modules above 100°C was not observed during the operation.

Prøveresultatene er presentert i fig. 7A,B, tilsvarende eksempel 1 (fig. 5). Som det kan sees ble det største hydrogentrykk i mottageren (Ph/max=40 bar) også oppnådd i løpet av 120 minutter, men ved bruk av bare 6 komplette oppvarmings-/avkjølingssykluser. Kompressoren kjennetegnes ved stabil drift over lang tid og dens avgitte produktivitet synker i en mindre grad enn i eksempel 1. Den etablerte verdi av den minste kaldsidetemperatur erTLyMIN=-10 ... -5°C. Den største temperaturforskjell mellom kompressorens kalde og varme side under drift var (TH-TL)MAX~90 grader. The test results are presented in fig. 7A,B, corresponding to example 1 (Fig. 5). As can be seen, the largest hydrogen pressure in the receiver (Ph/max=40 bar) was also achieved within 120 minutes, but using only 6 complete heating/cooling cycles. The compressor is characterized by stable operation over a long period of time and its output productivity drops to a lesser extent than in example 1. The established value of the minimum cold side temperature is TLyMIN=-10 ... -5°C. The largest temperature difference between the cold and hot sides of the compressor during operation was (TH-TL)MAX~90 degrees.

Senkning av inngangstrykkverdien (PL<10 bar) førte til en gradvis senkning av kompressorens produktivitet, men senkningen er mye mindre enn for tilfellet beskrevet i eksempel 1. Selv ved PL~1 bar ble hydrogenkompresjon observert på grunn av den forholdsvis lave kaldsidetemperatur. Økning av tilført effekt førte til forkortelse av syklustiden og i sin tur en økning i den totale produktivitet. Lowering the inlet pressure value (PL<10 bar) led to a gradual lowering of the compressor's productivity, but the lowering is much smaller than for the case described in example 1. Even at PL~1 bar, hydrogen compression was observed due to the relatively low cold side temperature. An increase in added power led to a shortening of the cycle time and, in turn, an increase in total productivity.

Fig. 8 viseren sammenligning mellom henholdsvis de største produktiviteterfor kompressoren i henhold til tidligere kjente løsninger og foreliggende oppfinnelse drevet under de samme betingelser. Det viser seg at foreliggende oppfinnelse gir høyere utgangsproduktivitet, særlig ved lave uttømmingstrykk. Videre gir foreliggende oppfinnelse en lavere temperatur på den kalde side og en større temperaturforskjell (TH-TL), hvilket i sin tid gjør det mulig å drive ved lavere sugetrykk og frembringe høyere kompresjonsforhold. Fig. 8 shows a comparison between, respectively, the greatest productivities for the compressor according to previously known solutions and the present invention operated under the same conditions. It turns out that the present invention provides higher output productivity, particularly at low discharge pressures. Furthermore, the present invention provides a lower temperature on the cold side and a greater temperature difference (TH-TL), which in due course makes it possible to operate at a lower suction pressure and produce a higher compression ratio.

Den asymmetriske forvaltning av varme med mulighet for et varmesluk ved middels temperaturnivå realisert med denne oppfinnelse, sørger også for selvbalansering med hensyn til varme i metallhydridkompressoren drevet ved hjelp av termoelektriske elementer. Dette arrangement fører til jevne termiske betingelser og følgelig stabil langtidsdrift. På grunn av selvbalanseringen kjennetegnes kompressoren dessuten av fleksibilitet med hensyn til regulering, hvilket åpner for bruk av asymmetrisk effekt-forsyning, hvilket betyr at mindre effekt kan tilføres de termoelektriske moduler som varmer opp metallhydridleiet enn dem som frembringer avkjøling. Dette gjør det mulig enten å øke kompressorens produktivitet ved å øke effekten tilført de avkjølende termoelektriske moduler eller senke effektforbruket ved å minske effekten tilført de oppvarmende moduler (selv til null ved slutten av operasjonssyklusen når hydrogen allerede er frigjort fra det oppvarmede metallhydridleiet, men ikke ennå er fullstendig absorbert i det avkjølte leie). The asymmetric management of heat with the possibility of a heat shut-off at a medium temperature level realized with this invention also ensures self-balancing with respect to heat in the metal hydride compressor driven by means of thermoelectric elements. This arrangement leads to uniform thermal conditions and consequently stable long-term operation. Due to the self-balancing, the compressor is also characterized by flexibility with regard to regulation, which allows for the use of asymmetric power supply, which means that less power can be supplied to the thermoelectric modules that heat the metal hydride bed than to those that produce cooling. This makes it possible either to increase the productivity of the compressor by increasing the power supplied to the cooling thermoelectric modules or to lower the power consumption by reducing the power supplied to the heating modules (even to zero at the end of the operating cycle when hydrogen has already been released from the heated metal hydride bed, but not yet is completely absorbed in the cooled bed).

TABELL OVER REFERANSER TABLE OF REFERENCES

1 R.H. Wiswall, J.J. Reilly, Jr.: Method of storing hydrogen, US Patent No. 3 516 263 1 R.H. Wiswall, J.J. Reilly, Jr.: Method of storing hydrogen, US Patent No. 3,516,263

(1970) 2 J.J. Reilly, A. Holtz and R.H. Wiswall: A new laboratory gas circulation pump for intermediate pressures, Rev. Sei. Instr., 42, 1985 (1971) (1970) 2 J.J. Reilly, A. Holtz and R.H. Wiswall: A new laboratory gas circulation pump for intermediate pressures, Rev. Pollock. Instr., 42, 1985 (1971)

3 J.P. Powell, F.J. Salzano: Hydride compressor, US Patent No. 4 085 590 (1978) 3 J.P. Powell, F.J. Salzano: Hydride compressor, US Patent No. 4,085,590 (1978)

4 P.M. Golben: Hydrogen compressor, US Patent No. 4 505 120 (1985) 4 P.M. Golben: Hydrogen compressor, US Patent No. 4,505,120 (1985)

5 P.M. Golben, M.J. Rosso, Jr.: Hydrogen compressor, US Patent No. 4 402 187 (1983) 6 V.Z. Mordkovich, Yu.K. Baichtok, M.Kh. Sosna, N.V. Dudakova, N.N. Korostyshevsky: Efficiency analysis for use of intermetallic compounds in hydrogen isolation and compression, Teoreticheskie Osnovy Khimicheskoi tekhnologii (Foundations of Chemical Technology), 24, No.6 (1990) 769 - 774 (Translated into 5 P.M. Golben, M.J. Rosso, Jr.: Hydrogen compressor, US Patent No. 4,402,187 (1983) 6 V.Z. Mordkovich, Yu.K. Baichtok, M.Kh. Sosna, N.V. Dudakova, N.N. Korostyshevsky: Efficiency analysis for use of intermetallic compounds in hydrogen isolation and compression, Teoreticheskie Osnovy Khimicheskoi tekhnologii (Foundations of Chemical Technology), 24, No.6 (1990) 769 - 774 (Translated into

English by Plenum Publishing Corporation, 1991) English by Plenum Publishing Corporation, 1991)

7 Y.A. Cengel, m.A. Boles: Thermodynamics: An engineering approach, McGraw Hill, 1998 8 Yu.F. ShmaTko, A.I. Ivanovsky, M.V. Lototsky, V.I. Kolosov, D.V. Volosnikov: Sample pilot plant ofindustrial metal- hydride compressor, International Journal of 7 Y.A. Cengel, m.A. Boles: Thermodynamics: An engineering approach, McGraw Hill, 1998 8 Yu.F. ShmaTko, A.I. Ivanovsky, M.V. Lototsky, V.I. Kolosov, D.V. Volosnikov: Sample pilot plant of industrial metal-hydride compressor, International Journal of

Hydrogen Energy 24 (1999) 645 - 648 Hydrogen Energy 24 (1999) 645 - 648

9 C.Halene: Method and apparatus for compressing hydrogen gas, US Patent No. 4 995 235 (1991) 10 V.A. Vasin: Non- delay thermal sorption compressors for autonomous supply of actuators of the controlled resilience for the functional mechanisms of high- vacuum facilities, 6th R&D Conference "Vacuum Science and Technology", Gurzuf, October 9 C.Halene: Method and apparatus for compressing hydrogen gas, US Patent No. 4,995,235 (1991) 10 V.A. Vasin: Non-delay thermal sorption compressors for autonomous supply of actuators of the controlled resilience for the functional mechanisms of high-vacuum facilities, 6th R&D Conference "Vacuum Science and Technology", Gurzuf, October

1999, p.33 - 34 (in Russian) 1999, p.33 - 34 (in Russian)

11 M.J. Rosso, Jr.: Hydride- thermoelectricpneumatic actuation system, US Patent No. 6 128 904 (2000) 11 M.J. Rosso, Jr.: Hydride-thermoelectricpneumatic actuation system, US Patent No. 6,128,904 (2000)

12 Marlow Industries, Inc., www.marlow.com 12 Marlow Industries, Inc., www.marlow.com

LISTE OVER HENVENINGSTALL LIST OF REFERENCE NUMBERS

Ifig. 1: Ifig. 1:

11 - 13 - første gruppe kompresjonsmoduler 11 - 13 - first group of compression modules

14 - 16 - andre gruppe kompresjonsmoduler 14 - 16 - second group of compression modules

17 - metallhydridleie (MH) 17 - metal hydride bearing (MH)

18 - metallhydridbeholder 18 - metal hydride container

21 - reversibelt varmepumpesystem (RHP) 21 - reversible heat pump system (RHP)

22 - lavtemperatur (LT) avkjølende/høytemperatur (HT) oppvarmende side av RHP 22 - low temperature (LT) cooling/high temperature (HT) heating side of RHP

23 - HT/LT-side av RHP 23 - HT/LT side of RHP

24 - middeltemperatur (MT) varmeslukside av RHP 24 - medium temperature (MT) heat sink side of RHP

25 - effektinngang til varmepumpe 25 - power input to heat pump

26 - fjerning/tilførsel av varme til siden 22 av RHP 27 - tilførsel/fjerning av varme fra side 23 av RHP 26 - removal/supply of heat to side 22 of RHP 27 - supply/removal of heat from side 23 of RHP

28 - varmefjerning fra RHP 28 - heat removal from RHP

31 - gassrørledning 31 - gas pipeline

32 - gassfordelingssystem 32 - gas distribution system

33 - inngangsrørledning 33 - input pipeline

34 - utgangsrørledning 34 - output pipeline

35 - lavtrykks hydrogenstrømning 35 - low pressure hydrogen flow

36 - høytrykks hydrogenstrømning 36 - high pressure hydrogen flow

LISTE OVER HEIWISNINGSTALL (forts.) LIST OF HEIWISNING NUMBERS (continued)

I fig. 2: In fig. 2:

11-15 kompresjonsmoduler 17 - metallhydridleie (MH) 11-15 compression modules 17 - metal hydride bearing (MH)

18 - metallhydridbeholder 18 - metal hydride container

21 - termoelektrisk element (TE) 21 - thermoelectric element (TE)

22 - lavtemperatur (LT, når +) avkjølings-/høytemperatur (HT når -) oppvarmingsside av TE 23 - høytemperatur (HT når +) avkjølings-/lavtemperatur (LT, når -) oppvarmingsside av TE 22 - low temperature (LT, when +) cooling/high temperature (HT when -) heating side of TE 23 - high temperature (HT when +) cooling/low temperature (LT, when -) heating side of TE

24 - varmeslukutstyr 24 - heat extinguishing equipment

31 - gassrørledning 31 - gas pipeline

32 - gassfordelingssystem: 32 - gas distribution system:

33 - inngangsrørledning 33 - input pipeline

34 - utgangsrørledning 34 - output pipeline

35 - lavtrykks hydrogenstrømninger 35 - low-pressure hydrogen flows

36 - høytrykks hydrogenstrømninger 36 - high-pressure hydrogen flows

37 - gassoppsamlere 37 - gas collectors

38 - tilbakeslagsventiler 38 - check valves

39 - rørledninger 39 - pipelines

25 - effektforsyning/styringsblokk 25 - power supply/control block

26 - fjerning/tilførsel av varme til side B av TE 27 - tilførsel/fjerning av varme fra side C av TE 26 - removal/supply of heat to side B of TE 27 - supply/removal of heat from side C of TE

28 - fjerning av varme 28 - removal of heat

Claims

1. Continuously operated hydrogen processor comprising two or more compression modules (11 - 16), each having a metal hydride container (18) with the metal hydride bed (17) thermally connected to a heating or a cooling side (22, 23) of one of two or several reversible heat pump systems, so that at least one module (11 - 13) absorbs hydrogen at low pressure when cooled, while at least another module (14 - 16) desorbs hydrogen at a higher pressure when heated, and as in additionally comprises a heat exhaust side (24) at medium temperature, each of said metal hydride containers being connected via a pipeline (31) to a gas distribution system (32) which comprises pipelines (33, 34) for the supply of low-pressure hydrogen and the release of high-pressure hydrogen, gas collectors, non-return valves and connecting pipelines, characterized in that the reversible heat pump system comprises a set of two or more thermoelectric elements (21), where one of two sides of each said thermoelectric element is thermally connected to said metal hydride bed in one of said compression modules, while the other side of each said thermoelectric element is thermally connected to a heat extinguishing device (24) which ensures continuous removal of heat during use.

2. Compressor as stated in claim 1, and which further comprises a direct current power supply (25), a thermoelectric element (21) in each set of said thermoelectric elements being connected to the direct current power supply with direct polarity, while another of the thermoelectric elements (21) in the set is connected to the DC power supply with reversed polarity.

3. Method for operating a compressor as stated in claim 1, the method comprising steps where a cooling/heating side of said heat pump system is operated at a low temperature level to produce the removal of heat from the metal hydride bed connected to this side, and which stimulates the absorption of low-pressure hydrogen in this, while the other cooling/heating side of said heat pump system is operated at a higher temperature level to ensure the supply of heat to the metal hydride bed connected to this side and which stimulates desorption of high-pressure hydrogen from it, and where excess heat is removed at an intermediate temperature level from said heat outlet side at medium temperature level in the heat pump system, characterized in that the method comprises a step which causes the power supplied to the thermoelectric elements which at one point in time work as coolers for the associated metal hydride beds, to be equal to or higher than the power supplied to the thermoelectric elements which at the same time work as heaters for the associated -end metal hydride bearing.

4. Method as stated in claim 3, and which further comprises that the configuration of the compressor is periodically reversed by changing the operation of the cooling/heating side of said heat pump system from removing heat at a low temperature level to adding heat at a higher temperature level, and vice versa, and while this is going on, the removal of excess heat at a medium temperature level from said heat outlet side at a medium temperature is realized in the heat pump system.

5. Method as stated in claim 4, and which further comprises steps where the configuration of the compressor is realized by reversing the polarity of the direct current effect supplied to the thermoelectric elements.

6. Method as stated in claim 5, and which further includes steps where power is not supplied to the thermoelectric elements which are to be switched from heating to cooling of the associated metal hydride beds, prior to reversing the polarity of the supplied direct current power.

7. Method as stated in claim 6, and which further comprises steps where the duration of an interruption in the power supply prior to reversal of polarity is synchronized with a change in the compressor's productivity.