利用氫吸收合金和低品質熱能的動力產生裝置的製作方法

2023-05-31 08:58:41 3

專利名稱：利用氫吸收合金和低品質熱能的動力產生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種動力產生裝置，該裝置能夠將溫度為30℃至60℃的未利用的低品質的熱能如由太陽能收集器收集的熱能，地熱能，從溫泉排出的廢水的熱能，由工廠或從垃圾焚化爐排出的廢熱，轉化為具有80℃至90℃的較高溫度的熱能，並將該熱能傳遞給一種低沸點的介質，使其蒸發，由此得到的蒸氣驅動一渦輪機以產生動力，並且該裝置可以廣泛地用來作為一種轉換未利用的能量以產生動力的系統。
作為現有技術中普遍採用的使用渦輪機的動力產生裝置中的一種是通過受熱介質的蒸氣驅動渦輪機產生動力。
在使用燃氣輪機的動力產生裝置中，動力的產生是以冷卻介質蒸氣例如水蒸汽、氨、碳氟化合物，或通過氣化受熱介質如攜帶熱量的天然氣所得到的蒸氣被壓縮並導入燃氣輪機中以驅動燃氣輪機來實現的，從燃氣輪機排出的蒸氣被冷卻凝結，所得到的液體介質被再次加熱，以壓縮蒸氣的形式循環地導入燃氣輪機中。然而，在這種裝置中，加熱溫度和冷卻溫度之間的溫差是相當大的，即100℃或更大。實際上，當熱源的溫度為大約150℃，冷源的溫度為10至30℃時，驅動這種燃氣輪機裝置是很困難的，因為熱效率相當低，而設備的消耗卻很高。
近年來，出現了一種使用氫氣驅動渦輪機產生動力的利用氫吸收合金的動力產生裝置。
在這種採用氫氣渦輪機的動力產生裝置中，裝備有一種氫吸收合金的氫化合物的裝置，由一溫度為300至350℃的熱源加熱，以導致其釋放高溫高壓的氫氣，進而驅動氫氣渦輪機，產生動力，而後，從氫氣渦輪機排出的氫氣被導入另一裝備有氫吸收合金的裝置中，並由氫吸收合金所吸收，以便該裝置也被加熱，循環地將高溫高壓的氫氣導入氫氣渦輪機中。然而，這種裝置的問題是需要流動的氫氣要多於使用氫吸收合金的熱泵中的氫氣，而且熱源的高溫端的溫度應該在300至350℃，由此釋放氫氣的溫度升高了，熱效率卻變得很低，所使用的氫吸收合金的工作狀況惡化，因而性能和耐久力都要下降，並且設備的費用也升高了。
本發明旨在解決上述現有技術的動力產生裝置中存在的問題，其目的在於提供一種具有高的熱轉換效率且可以在多種領域中應用的實用的動力產生裝置。
本發明涉及一種利用氫吸收合金和低品質熱能的動力產生裝置，其中分別採用並裝備有兩種類型的能夠雙向地吸收和釋放氫氣並具有不同的氫熱平衡壓力特性的氫吸收合金，一第一氫吸收合金熱交換器容器和一第二氫吸收合金熱交換器容器可換氣地彼此相互連接，當氫氣在上述第一氫吸收合金熱交換器容器和第二氫吸收合金熱交換器容器之間流動時，至少有兩組熱產生循環利用所產生的熱量，在相同溫度下，具有較高的平衡壓力的氫吸收合金中的一個的一種氫化合物在一低溫端由低品質熱源加熱以釋放氫氣，所釋放的氫氣由在具有一較低氫平衡壓力的一高溫端的另一氫吸收合金吸收，由此得到其溫度高於低品質熱源的溫度的熱能，並藉助由此得到的熱量產生冷卻介質的蒸氣，進而推動一燃氣輪機，實現動力的產生。本發明裝置能夠使用氫吸收合金將未利用的低溫熱能有效地轉換成高溫熱能，以產生動力。由於本發明裝置的高的熱轉換率，所以本發明裝置不再需要在現有的動力產生中採用的從150至350℃的高溫熱源，因此說本發明裝置還是相當經濟實用的。


圖1是本發明的利用氫吸收合金和低品質熱能的動力產生裝置的框圖。
圖2的圖表示出了驅動本發明的利用氫吸收合金和低品質熱能的動力產生裝置的熱產生循環。
下面將參照附圖描述本發明的一個最佳實施例。
如圖1所示，本發明的利用氫吸收合金和低品質熱能的動力產生裝置主要包括氫吸收合金熱交換容器1,2,3,4，其內裝備有氫吸收合金，一低溫熱量儲存箱7，一高溫熱量儲存箱11，一冷卻介質蒸發器12，一燃氣輪機13和一發動機14。
低品質的熱源(從30℃到60℃)如由太陽能收集器收集到的熱能，地熱能等熱能8，從溫泉排出的廢水的熱能，由工廠排出的廢熱的低品質能量或從垃圾焚化爐排出的廢水的熱能9及廢氣10被儲存在低溫熱儲存箱7內。
兩組兩種類型的、具有不同的氫熱平衡壓力特性的氫吸收合金Ma，Mb被分別裝在兩組氫吸收合金熱交換器容器內。即，氫吸收合金Ma裝在氫吸收合金熱交換器容器2,3內，氫吸收合金Mb裝在氫吸收合金熱交換器容器1,4內。各組氫吸收合金熱交換器容器中的每一個藉助一閥門5,6與另一組中的一個彼此相連，以便氫氣能通過這些閥門。在各組裝置中，在相同的溫度下，氫吸收合金Mb的氫平衡壓力要高於氫吸收合金Ma的氫平衡壓力，如圖2所示。在圖1中，15示出了一介質凝結器，16示出了一箱，17是一介質反饋泵，18是一預熱器，19和20分別是冷卻水。
下面將描述具有上述結構的動力產生裝置如何操作運行。
在氫吸收合金熱交換容器1內的氫吸收合金Mb在一低溫端具有較高的氫平衡壓力，它吸收氫，形成金屬氫化合物MbH。氫吸收合金熱交換器容器1由從熱儲存箱7內的未利用的低品質熱源8,9,10中得到的40℃的低溫水加熱，由於氫吸收合金熱交換器容器1內壓力的增高，進而使金屬氫化合物MbH產生吸熱反應以釋放氫。所釋放的氫流動到氫吸收合金熱交換器容器2，被在一高溫端具有較低的氫平衡壓力的氫吸收合金Ma所吸收。而後產生一吸熱反應以釋放80℃的高溫熱量，所產生的熱水被儲存在高溫儲存箱11內。由此，可以從低溫熱能中得到高溫熱能。冷卻介質蒸發器12由熱水加熱，進而使該介質蒸發，以便由此得到的蒸汽驅動渦輪機13，在發動機14處產生動力21。
然而，在一再循環過程中，在氫吸收合金熱交換器容器3內的金屬氫化合物MaH由低溫熱儲存箱7內的40℃的低溫水加熱，由於氫吸收合金熱交換器容器3內壓力的增高，產生一吸熱反應以釋放氫。所釋放的氫氣溫度下降到室外空氣的溫度20℃，並流動到壓力下降的氫吸收合金熱交換器容器4，以在低溫端具有較高的氫平衡壓力的氫吸收合金Mb吸收所釋放的氫氣，以再次形成金屬氫化合物MbH，以此重複循環。
如上所述，通過使用至少兩組氫吸收合金Ma和Mb，可以連續地產生高溫熱量，並且數量相同的氫氣可以重複地在氫吸收合金Ma和Mb之間轉移，而沒有損失。通過用連續產生的高溫熱量加熱冷卻介質蒸發器，蒸發該介質並用所產生的蒸氣驅動渦輪機就能連續地驅動本發明的動力產生裝置。
使用具有不同氫平衡壓力的氫吸收合金作為氫吸收合金Ma和Mb。更具體地說，稀土元素的氫吸收合金能夠很好地化合併使用，例如，LaNi5-xAlx,MmNi5-xAlx,MmNi5-xMnx,MmNi5-xAlx-yMny(0＜X≤1.0,0＜Y≤0.5)可以被用來作為氫吸收合金Ma，而LaNi5,MmNi5-xAlx,MmNi5-xMnx(0＜X≤1.0)可以被用來作為氫吸收合金Mb，但是，對氫吸收合金沒有任何限制。上述的Mm是指含鈰的稀土元素合金，它是一種稀土金屬混合物。
下表所示的一個例子是本發明的利用氫吸收合金和低品質熱量的動力產生裝置的主要運行情況。
本發明的利用氫吸收合金和低品質熱能的動力產生裝置通過利用氫吸收合金可以將低品質的(低溫度的)熱能比如太陽能，地熱能，來自工廠和垃圾焚化爐的熱能轉化為高品質的(高溫度的)熱能，並利用熱量有效地產生動力，所以說本發明能夠降低石油消耗，並對能夠對保護地球的生態環境作出貢獻。
權利要求
1．一種利用氫吸收合金和低品質熱能的動力產生裝置，其特徵在於採用兩種類型的能夠雙向地吸收和釋放氫氣並具有不同的氫熱平衡壓力特性的氫吸收合金；所述兩種類型的氫吸收合金被分別裝備在可換氣地彼此相互連接的一第一氫吸收合金熱交換器容器和一第二氫吸收合金熱交換器容器內；當氫氣在所提供的所述第一氫吸收合金熱交換器容器和第二氫吸收合金熱交換器容器之間流動時，至少有兩組熱產生循環利用所產生的熱量；在相同溫度下具有較高的平衡壓力的所述氫吸收合金中的一個的一種氫化合物在一低溫端由至少一個具有較低溫度的低品質熱源加熱以釋放氫氣；所釋放的氫氣由在具有一較低氫平衡壓力的一高溫端的另一氫吸收合金吸收，以產生其溫度高於低品質熱源的溫度的熱能；藉助由此得到的熱量產生冷卻介質蒸氣；和由一燃氣輪機實現動力的產生。
全文摘要
本發明公開了一種利用氫吸收合金和低品質熱能的動力產生裝置,其中分別採用並裝備有兩種類型的能夠雙向地吸收和釋放氫氣並具有不同的氫熱平衡壓力特性的氫吸收合金,一第一氫吸收合金熱交換容器(1)和一第二氫吸收合金熱交換容器(2)可換氣地彼此相互連接,當氫氣在上述第一氫吸收合金熱交換容器(1)和第二氫吸收合金熱交換容器(2)之間流動時,至少有兩組熱產生循環利用所產生的熱量,在相同溫度下,具有較高的氫平衡壓力的一低溫端的氫吸收合金的氫化合物由低品質熱源(8,9,10)加熱,所釋放的氫氣由在具有一較低氫平衡壓力的一高溫端的另一氫吸收合金吸收,由此得到其溫度高於低品質熱源的溫度的熱能,並藉此得到的熱量產生冷卻介質蒸氣,進而推動一燃氣輪機(13),實現動力的產生。
文檔編號F01K25/10GK1220718SQ96180320
公開日1999年6月23日 申請日期1996年6月21日 優先權日1996年6月21日
發明者大角泰章 申請人:國際融合有限公司