儲氫合金在儲氫與輸氫技術(shù)中的應(yīng)用—蓄熱與輸熱技術(shù)

01、儲氫材料蓄熱原理

金屬氫化物在高于平衡分解壓力的氫壓下，金屬與氫的反應(yīng)在生成氫化物的同時，要放出相當(dāng)于生成熱的熱量Q，若向該反應(yīng)提供相當(dāng)于Q的熱能，使其進(jìn)行分解反應(yīng)，則氫就會在相當(dāng)于平衡分解壓力的壓力下釋放出來。這一過程相當(dāng)于熱-氫能變換，稱為化學(xué)蓄熱。

02、蓄熱用金屬氫化物

儲氫材料要求：

①反應(yīng)速度快；

②單位質(zhì)量或單位體積的蓄熱量大；

③可逆性好；

④反應(yīng)物和生成物無毒性、腐蝕性和可燃性；

⑤價格低廉；

⑥工作溫度范圍寬（-20~1000℃）；

⑦熱源溫度下的平衡分解壓力應(yīng)為0.1MPa至幾兆帕。

蓄熱系統(tǒng)：

蓄熱介質(zhì)用金屬氫化物和儲氫介質(zhì)用金屬氫化物。二者平衡特性應(yīng)該不同。氫氣由前者流向后者時蓄熱；反向流動時放熱。

氫化物蓄熱裝置

蓄熱過程：

利用外部熱源的熱能使蓄熱槽的蓄熱用儲氫材料的氫化物加熱，則氫化物被分解，放出氫氣。氫氣進(jìn)入儲氫槽，與其中合金反應(yīng)后，以氫化物形式儲存下來。

放熱過程：

將儲氫槽加熱，使氫化物分解得到氫氣，將氫氣加熱到高于氫化物蓄熱槽溫度下的平衡分解壓力，送進(jìn)蓄熱槽，由于氫與合金反應(yīng)為放熱反應(yīng)，就可向熱利用系統(tǒng)提供熱量。

03、金屬氫化物蓄熱系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀

日本以科學(xué)技術(shù)廳為主開展風(fēng)能變換成熱能、儲存與利用技術(shù)的研究。利用風(fēng)車的機(jī)械能驅(qū)動活塞，將空氣絕熱壓縮后制取高溫空氣，用高溫空氣將Ti-Fe-O系合金的氫化物容器加熱，分解成合金和氫。夜間寒冷時，使合金與氫反應(yīng)生成金屬氫化物，并產(chǎn)生反應(yīng)熱

04、金屬氫化物熱泵

常規(guī)空調(diào)

①能源消耗大；

②以氟利昂為工作介質(zhì)，易泄露，破壞臭氧層。

新型金屬氫化物熱泵空調(diào)

①可利用廢熱、太陽能等低品位的熱源驅(qū)動熱泵工作，是唯一由熱驅(qū)動、無運(yùn)動部件的熱泵；

②系統(tǒng)無腐蝕、無磨損、無噪聲；

③系統(tǒng)工作范圍大，工作溫度可調(diào)。

工作原理：

包括升溫、增熱和冷凍三個循環(huán)。

氫化物熱泵以氫氣為工作介質(zhì)，以儲氫材料為能量轉(zhuǎn)換材料。由同溫度下分解壓不同的2種儲氫合金Ma和Mb組成熱力學(xué)循環(huán)系統(tǒng)。利用它們的平衡壓差來驅(qū)動氫氣流動，使兩種氫化物分別處于吸氫（放熱）和放氫（吸熱）狀態(tài)，從而達(dá)到升溫增熱或制冷的目的。

工作參數(shù)：

①工作氫容量：系統(tǒng)中通過反應(yīng)可以在兩種金屬氫化物間傳遞的氫氣量。

②循環(huán)時間：兩種金屬氫化物間一個吸、放氫反應(yīng)所需的時間。

③充氫量：根據(jù)金屬氫化物對的最大工作氫容量確定。

主要性能指標(biāo)：

①特性系數(shù)COP：系統(tǒng)的有效輸出熱量Q出于系統(tǒng)作為動力輸入總熱量Q入的比值。

②總熱輸出能力E輸出：單位時間內(nèi)系統(tǒng)輸出的總熱量。

③凈平均制冷功率Wh凈：系統(tǒng)在制冷循環(huán)中的平均功率。

作熱泵材料條件：

①有效吸氫量大；

②吸收、分解等溫線的平臺要平坦；

③吸收、釋放氫時反應(yīng)速度大；

④冷凍循環(huán)時生成熱值?Ha≤ ?Hb，升溫循環(huán)時?Ha＞ ?Hb；

⑤吸收、釋放氫時的滯后程度小；

⑥合金和裝置材料的熱容量要小；

⑦合金抗衰退和抗中毒能力強(qiáng)；

⑧價格便宜。

目前金屬氫化物熱泵存在的問題：

①合金的氫化和脫氫反應(yīng)中的滯后現(xiàn)象和平高線傾斜，對工作系數(shù)影響大；

②金屬氫化物的粉碎使傳導(dǎo)效果降低；

③現(xiàn)有熱泵的熱交換速度差；

④合金成本貴。