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金属氢化物氢能发电电气系统及发电方法

阅读:317发布:2024-01-04

专利汇可以提供金属氢化物氢能发电电气系统及发电方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种金属氢化物氢能发电电气系统及发电方法,系统包括至少一台 气缸 、中央 控制器 、稳压整合模 块 、电 力 外供模块和 蓄 电池 组。气缸包括上端盖、下端盖和缸体,缸体设有氢气进口和氢气出口,缸体的外部缠绕上发电线圈组和下发电线圈组。缸体的内部上 活塞 和下活塞将缸体分为可伸缩的上氢气腔、中间氢气腔和下氢气腔。上氢气腔的上部和下氢气腔的下部设有格栅,格栅的上部或下部装有金属氢化物。上端盖的上氢气出口连接到下端盖的下氢气入口,下端盖的下氢气出口连接到上端盖的上氢气入口。本发明以氢气为工作介质,利用金属氢化物的吸放氢作用,驱使上下活塞上下运动,使缸体外部缠绕的发电线圈组产生感应发电,有利于节能减排和创造经济效益。,下面是金属氢化物氢能发电电气系统及发电方法专利的具体信息内容。

1.一种金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述系统包括至少一台气缸(1)、稳压整合模(19)、电外供模块(20)和电池组(22),所述稳压整合模块(19)与电力外供模块(20)和蓄电池组(22)电路连接,所述电力外供模块(20)连接到外部电网;所述气缸(1)包括上端盖、下端盖和缸体,所述缸体设有氢气进口(15)和氢气出口(8),缸体的外部缠绕上发电线圈组(24)和下发电线圈组(25),所述上发电线圈组(24)和下发电线圈组(25)电路连接到稳压整合模块(19);所述缸体的内部设有永磁结构的上活塞(3)和下活塞(4),所述上活塞(3)和下活塞(4)将缸体分为可伸缩的上氢气腔(10)、中间氢气腔(11)和下氢气腔(12);所述上氢气腔(10)的上部设有格栅(2),格栅的上部装有金属氢化物(7),所述下氢气腔(12)的下部设有格栅(2),格栅的下部装有金属氢化物(7);所述上端盖设有上氢气入口(31)和上氢气出口(32),所述下端盖设有下氢气出口(33)和下氢气入口(34);所述上氢气出口(32)分为两路,一路通过B氢气循环(21)和涡轮增压机(37)连接到下氢气入口(34),所述下氢气出口(33)通过涡轮增压机(37)连接到上氢气入口(31);另一路通过A氢气循环泵(6)和涡轮增压机(37)连接到下氢气入口(34);所述下氢气出口(33)通过涡轮增压机(37)连接到上氢气入口(31)。
2.根据权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述系统设有氢气稳压罩(16),所述氢气稳压罩(16)设有可燃气体报警器(17)和大气稳压罐(18);氢气稳压罩(16)加装内保温或/和外保温,设备加装外保温或夹层保温,管道加装内保温或外保温或内外保温;所述大气稳压罐(18)设有大气稳压罐上活塞(5)和大气稳压罐下活塞(14),所述大气稳压罐上活塞(5)和大气稳压罐下活塞(14)中间为大气稳压罐氮气腔(13),大气稳压罐氮气腔(13)中添有氮气也可以被其他惰性或稳定气体所代替,氢气稳压罩(16)内添有氢气也可以被其他惰性或稳定气体所代替;金属氢化物氢能发电系统一旦有氢气泄露,就会被可燃气体报警器(17)监测到,以便停机检修,保证安全;大气稳压罐(18)可以安装在氢气稳压罩(16)的任意位置,其作用是使氢气稳压罩(16)里面的压力与大气压力相同,并且通过氮气与大气环境有效隔绝;在氢气稳压罩(16)外设内部做功气体调节器(38),保持氢气稳压罩(16)内温度恒定,可以将白天热量存储,夜晚温度低时放出热量,如白天热量储存不够,可以利用自身电产热;另外,季节变化时也可以根据室外温度不同更换与室外温度匹配的金属氢化物,更换金属氢化物可以采用在线不停机的推进更换模式,即将另一种金属氢化物从新金属氢化物注入口(35)注入,推进式把原有金属氢化物从旧金属氢化物抽出口(36)抽出。
3.根据权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述气缸(1)缸体的侧壁设有活塞位置检测孔(28),所述活塞位置检测孔(28)的外部设有透明堵头(27);所述缸体的外部设有红外线检测仪(29),所述红外线检测仪(29)的探头对准活塞位置检测孔(28)位置。
4.根据权利要求3所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述系统设有中央控制器(23),所述中央控制器(23)与稳压整合模块(19)、电力外供模块(20)、蓄电池组(22)、A氢气循环泵(6)、B氢气循环泵(21)、红外线检测仪(29)和各路(9)控制连接;以上装置连接的电缆和金属氢化物再生机与新金属氢化物注入口(35)和旧金属氢化物抽出口(36)的连接管道均严格密封,确保氢气无泄漏
5.根据权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述气缸(1)的缸体内装有气缸内套(30),所述气缸内套(30)与格栅(2)之间设有缓冲垫(26);所述气缸(1)上部的金属氢化物(7)和下部的金属氢化物(7)分别设有新金属氢化物注入口(35)和旧金属氢化物抽出口(36)。
6.根据权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述金属氢化物包括但不限于稀土系金属氢化物,也可以是多种物质的混合物,金属氢化物至少应为1倍的当量(1倍的当量是指金属氢化物在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属氢化物的量),但也可以为多倍当量,以增加吸放氢的速度;允许金属氢化物和/或包括但不限于氢气的循环介质中增加固体、液体、气体物质,起催化剂作用,从而稳定地增加吸放氢速度,或提高金属氢化物吸氢的百分比或金属氢化物放氢的百分比,或改变金属氢化物的P-C-T曲线;所述气缸(1)上下金属氢化物采用不同的金属氢化物;金属氢化物(7)可以是密实的堆积颗粒层,也可以是有一定空隙率的堆积颗粒层,从而利用换热氢气使其形成一定程度的流化层,以提高换热效率。
7.根据权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述金属氢化物吸放氢时采用氢气直接进入金属氢化物进行换热,利用氢气的流动载热进行换热,也可以在金属氢化物内设置换热盘管,进行间壁换热;活塞每分钟往复次数根据冲程数,工序数,活塞和气缸的尺寸,金属氢化物当量可以任意设置,保证活塞和气缸之间有效润滑并严格密封;格栅(2)能够让气体有效通过同时不让金属氢化物散落到气缸内;气缸(1)的位置可以任意设置,包括但不限于平、垂直和任意度;多个气缸可以组合在一起,组合的位置、方式和角度均可以任意选择;整个系统允许从环境中取热,也允许向环境中散热,以满足换热时的热量匹配;金属氢化物的换热既可以采用直接换热,也可以采用间壁换热,换热介质允许是包括氢气在内的气体,也可以是液体或者固体物质,也可以是气、液、固任意两种的组合或者三种组合;允许上下活塞采用包括但不限于的轻质材料制作,以减轻活塞质量,在轻质材料上允许包裹永磁或者是永磁铁被轻质材料包裹。
8.根据权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述气缸采用上下双负压源,不排除采用多于两个的负压源,当负压源数目确定时做功机械可以多种多样,包括但不限于活塞机械、旋转机械,包括采用以上类似原理做功的所有机械;当采用活塞机械时,不仅包括三工序做功模式,也包括超过三工序的多工序做功模式。
9.根据权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述金属氢化物氢能发电电气系统不仅可以安装在大气环境中,也可以安装在与大气连通或不连通的其他介质中,例如海洋、地下水,有可能得到氢气稳压罩(16)内的比大气压力更高的做功氢气压力,从而得到比安装在大气环境中更高的做功能力。
10.根据权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述各气缸的上下金属氢化物(7)均设有新金属氢化物注入口(35)和旧金属氢化物抽出口(36);金属氢化物对于吸放氢次数是有使用寿命的,新鲜的金属氢化物随着吸放氢次数的增加,吸放氢的时间和效率就会下降,定期需要进行金属氢化物的更新,保证金属氢化物吸放氢的高效运行;新、旧金属氢化物的更换采用在线不停机的推进更换模式,即将新鲜的金属氢化物从新金属氢化物注入口(35)注入,推进式把旧金属氢化物从旧金属氢化物抽出口(36)抽出;被抽出的旧金属氢化物可以在氢气稳压罩(16)内的再生机内进行再生处理,也可以在氢气稳压罩(16)外的再生机内进行再生处理,处理后的新金属氢化物再以一定的时间窗口注入新金属氢化物注入口(35)。
11.根据权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统,其特征是:所述金属氢化物至少应为1倍的当量(1倍的当量是指金属氢化物在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属氢化物的量),也可以增加多倍当量,以增加吸放氢的速度;气缸上、下的金属氢化物为吸氢饱和度是0 100%的金属氢化物;采用了多倍当量的金属氢化物时,由于~
吸放氢的速度比较快,活塞运行周期留有固定的吸放氢时间,有可能过量吸放氢,通过控制吸放氢的热量转移速度和金属氢化物的温度来准确控制吸放氢的量。
12.一种权利要求1所述的金属氢化物氢能发电电气系统的发电方法,其特征是:所述发电方法包括3个工序,过程如下:
⑴工序1,关闭上氢气入口(31)、上氢气出口(32)和下氢气入口(34)、下氢气出口(33),打开氢气进口阀门,大气压压力下的氢气从气缸的下左侧的氢气进口(15)进入气缸的中间氢气腔(11),并在大气压的作用下推动上活塞(3)向上移动,上氢气腔(10)内的氢气为负压,随着上活塞(3)持续上移,上氢气腔(10)内的氢气压力逐渐增大,增大到大气压力,此时打开上氢气入口(31)、上氢气出口(32),上部金属氢化物开始吸氢并放出热量,直至上部金属氢化物将氢气吸收完全;吸氢过程中放出的热量通过A氢气循环泵(6)移出;
⑵工序2,关闭气缸的氢气进口(15)上的阀门,打开氢气出口(8)上的阀门,并打开下氢气出入口阀门,在一定温度下加热下部金属氢化物放氢,产生一定压力的氢气,推动下活塞(4)向上移动,将中间氢气腔(11)中的氢气从气缸的右上侧的氢气出口(8)排出,直至将氢气全部排出;
⑶工序3,关闭气缸(1)的氢气出口(8)阀门,此时下部金属氢化物开始吸氢,上、下活塞同时向下移动,当上氢气腔(10)的压力变为设计负压时,上部金属氢化物开始放出氢气,此时下部金属氢化物吸氢和上部金属氢化物放氢同时进行,直至下部金属氢化物吸氢结束和上部金属氢化物放氢结束;
所述工序1-工序3循环重复进行,通过切换阀门(9)的开关操作,可以使任意两个气缸的上金属氢化物和下金属氢化物连通,使得气缸中金属氢化物吸氢放热和放氢吸热的热量相互匹配;A氢气循环泵(6)、B氢气循环泵(21)的出口分别设置涡轮增压机(37),通过涡轮增压机(37)有效的回收系统的压力能,使进入气缸的换热氢气与金属氢化物本身需要的压力相匹配;利用金属储氢材料吸氢形成负压,并引入大气压环境(引力场)推动活塞进行做功,同时利用不同的金属储氢材料自身吸/放氢压力受温度影响变化特性的差异,让不同的金属储氢材料在吸/放氢温度、压力及吸热量与放热量之间形成合理匹配,完成金属储氢材料吸/放氢的循环运作,从而实现了利用不同金属储氢材料、环境压力、环境热量来进行发电做功;上部金属储氢材料吸/放氢压力受温度的影响较小,下部金属储氢材料吸/放氢压力受温度的影响较大,利用气缸上下两端金属氢化物的交替吸氢放氢作用,在活塞两侧形成压差,驱使永磁铁结构的上活塞和下活塞上下运动切割磁力线,使缸体外部缠绕的发电线圈产生电流发电;至少一个引力场、两个负压源、四个负压状态就形成了一个做功循环;
引力场形成的环境相对高压包括但不限于大气环境压力和水压;负压源是指能形成对于环境压力来说的相对低压的物质、装置和过程;负压状态也是对于环境压力来说的相对低压的状态。
13.根据权利要求12所述的金属氢化物氢能发电电气系统的发电方法,其特征是:所述金属氢化物包括但不限于采用纳米级颗粒,其比表面积极大,金属氢化物吸放氢速度大幅度提高,从而可满足气缸中金属氢化物吸放氢的要求。
14.根据权利要求12所述的金属氢化物氢能发电电气系统的发电方法,其特征是:所述活塞运行包括3个工序,过程如下:
(1)工序1中上活塞(3)在起始推力作用下向上移动,靠活塞两侧的压差推动活塞加速,当活塞位移到达气缸的某位置时,上发电线圈组(24)接通线路开始发电,并使活塞减速运行,继续位移直至缓冲垫(26)处停止;活塞开始加速时的压差最大,随着活塞的移动压差逐渐下降是一个变加速过程,活塞的速度和时间是一条曲线;当活塞位移到达气缸的某位置达到一定速度时或活塞速度最大时,上发电线圈组(24)接通线路开始发电,随着活塞继续减速移动连续稳定输出电流,活塞减速度近似为定值,活塞的速度和时间近似是一条直线;
(2)工序2中下活塞(4)在起始推力作用下向上移动,靠活塞两侧的压差推动活塞加速运行,但其加速度较小,因此开启下发电线圈组(25)反向通电,下活塞(4)在下发电线圈组(25)的电磁场作用下向上加速移动,当活塞位移到达气缸的某位置时,上发电线圈组(24)接通线路开始发电,并使活塞减速运行,继续位移直至缓冲垫(26)处停止;靠活塞两侧的压差推动活塞加速运行加速度较小,开启下发电线圈组(25)反向通电,推动下活塞(4)向上定加速移动,活塞的速度和时间近似是一条直线;当活塞位移到达气缸的某位置达到一定速度时或活塞速度最大时,上发电线圈组(24)接通线路开始发电,随着活塞继续减速移动连续稳定输出电流,活塞减速度近似为定值, 活塞的速度和时间近似是一条直线;
(3)工序3中上、下活塞在起始推力作用下向下移动,靠活塞两侧的压差推动活塞加速,但其加速度较小,因此开启上发电线圈组(24)反向通电,推动上、下活塞向下加速移动,当活塞位移到达气缸的某位置时,下发电线圈组(25)接通线路开始发电,并使活塞减速运行,继续位移直至缓冲垫(26)处停止;靠活塞两侧的压差推动活塞加速运行加速度较小,开启上发电线圈组(24)反向通电,推动上、下活塞向下定加速移动,活塞的速度和时间近似是一条直线;当活塞位移到达气缸的某位置达到一定速度时或活塞速度最大时,下发电线圈组(25)接通线路开始发电,随着活塞继续减速移动连续稳定输出电流,活塞减速度近似为定值, 活塞的速度和时间近似是一条直线;所述活塞电磁加速装置或被机械、飞轮等可以实现活塞加速功能的所有装置所替代;通过活塞加速装置使气缸内的活塞在各个工序中速度基本一致,从而使发电装置平稳运行。
15.根据权利要求12所述的金属氢化物氢能发电电气系统的发电方法,其特征是:所述
4个气缸运行过程中8组金属氢化物吸放氢热量匹配步骤如下:
第一步:气缸一的上金属氢化物吸氢放热,下金属氢化物无变化;气缸二的上金属氢化物无变化,下金属氢化物放氢吸热;气缸三的上金属氢化物无变化,下金属氢化物吸氢放热;气缸四的上金属氢化物放氢吸热,下金属氢化物吸氢放热;气缸一的上金属氢化物吸氢放热与气缸二下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸三下金属氢化物吸氢放热和气缸四的下金属氢化物吸氢放热与气缸四的上金属氢化物放氢吸热热量匹配;
第二步:气缸一的上金属氢化物无变化,下金属氢化物放氢吸热;气缸二的上金属氢化物无变化,下金属氢化物吸氢放热;气缸三的上金属氢化物放氢吸热,下金属氢化物吸氢放热;气缸四的上金属氢化物吸氢放热,下金属氢化物无变化;气缸四的上金属氢化物吸氢放热与气缸一下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸二下金属氢化物吸氢放热和气缸三的下金属氢化物吸氢放热与气缸三的上金属氢化物放氢吸热热量匹配;
第三步:气缸一的上金属氢化物无变化,下金属氢化物吸氢放热;气缸二的上金属氢化物放氢吸热,下金属氢化物吸氢放热;气缸三的上金属氢化物吸氢放热,下金属氢化物无变化;气缸四的上金属氢化物无变化,下金属氢化物放氢吸热;气缸三的上金属氢化物吸氢放热与气缸四下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸一下金属氢化物吸氢放热和气缸二的下金属氢化物吸氢放热与气缸二的上金属氢化物放氢吸热热量匹配;
第四步:气缸一的上金属氢化物放氢吸热,下金属氢化物吸氢放热;气缸二的上金属氢化物吸氢放热,下金属氢化物无变化;气缸三的上金属氢化物无变化,下金属氢化物放氢吸热;气缸四的上金属氢化物无变化,下金属氢化物吸氢放热;气缸二的上金属氢化物吸氢放热与气缸三下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸四下金属氢化物吸氢放热和气缸一的下金属氢化物吸氢放热与气缸一的上金属氢化物放氢吸热热量匹配。

说明书全文

金属氢化物氢能发电电气系统及发电方法

技术领域

[0001] 本发明属于能量综合利用技术领域,涉及一种金属氢化物氢能发电电气系统及发电方法。

背景技术

[0002] 自然界充满着无限的常温能源,空气、等无限量的常温能源,具有开发潜。地球上的能源绝大部分来自于太阳,在能源日益紧缺的今天,新的可再生绿色洁净发电技术日益受到重视。现在新能源中,水能和能发电技术应用较为普遍,技术也较为成熟。水电开发潜力不大,而风力又过于分散,只能在一些特定区域有用,而且水能和风能发电装置投入很大,占地面积广。空气能已逐步进入人们的视野中,目前空气能热水器也得到了普遍应用,其原理就是利用空气中的热能,通过加热水。但是利用空气能发电的技术非常少,技术不够成熟,难以推广应用。
[0003] 授权公告号为CN202055876U,授权公告日为2011年11月30日的中国实用新型专利公开了一种新能源太阳能热力超临界低温空气能发电装置。包括吸热器、膨胀发电机组、回热器、冷却器、增压泵、制冷机及其管道附件及检测和控制装置,密闭系统内有氮气或混合工质。工质经吸热器成为高压超临界流体,经膨胀发电机组做功发电成为临界状态工质,经回热器、冷却器冷凝,由增压泵压入回热器换热再进吸热器吸热形成封闭循环发电系统。它也可以用于余热废热地热等中低温热源发电,工质用二或混合工质。该实用新型专利能够将空气能转化成推动发电机组转动的动能,但是因冷却器冷凝需要耗能,其系统能量转换率变低,发电机发电量较小,实际推广价值有限。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种金属氢化物氢能发电电气系统,以氢气为循环工质,利用金属氢化物的吸氢/放氢特性产生的压力差,推动活塞上下运动,使缸体外部缠绕的发电线圈产生感应发电,充分利用大自然能量,有利于节能减排和创造经济效益。本发明的另一目的是提供一种金属氢化物氢能发电的方法。
[0005] 本发明的技术方案是:金属氢化物氢能发电电气系统,包括至少一台气缸、稳压整合模、电力外供模块和电池组,稳压整合模块与电力外供模块和蓄电池组电路连接,电力外供模块连接到外部电网。气缸包括上端盖、下端盖和缸体,缸体设有氢气进口和氢气出口,缸体的外部缠绕上发电线圈组和下发电线圈组,上发电线圈组和下发电线圈组电路连接到稳压整合模块。缸体的内部设有永磁结构的上活塞和下活塞,上活塞和下活塞将缸体分为可伸缩的上氢气腔。中间氢气腔和下氢气腔。上氢气腔的上部设有格栅,格栅的上部装有金属氢化物,下氢气腔的下部设有格栅,格栅的下部装有金属氢化物。上端盖设有上氢气入口和上氢气出口,下端盖设有下氢气出口和下氢气入口。上氢气出口分为两路,一路通过B氢气循环泵涡轮增压机连接到下氢气入口,下氢气出口通过涡轮增压机连接到上氢气入口;另一路通过A氢气循环泵和涡轮增压机连接到下氢气入口,下氢气出口通过涡轮增压机连接到上氢气入口。
[0006] 系统设有氢气稳压罩,氢气稳压罩设有可燃气体报警器和大气稳压罐。氢气稳压罩加装内保温或/和外保温,设备加装外保温或夹层保温,管道加装内保温或外保温或内外保温。大气稳压罐设有大气稳压罐上活塞和大气稳压罐下活塞,大气稳压罐上活塞和大气稳压罐下活塞中间为大气稳压罐氮气腔,大气稳压罐氮气腔中添有氮气也可以被其他惰性或稳定气体所代替,氢气稳压罩内添有氢气也可以被其他惰性或稳定气体所代替。金属氢化物氢能发电系统一旦有氢气泄露,就会被可燃气体报警器监测到,以便停机检修,保证安全。大气稳压罐可以安装在氢气稳压罩的任意位置,其作用是使氢气稳压罩里面的压力与大气压力相同,并且通过氮气与大气环境有效隔绝。在氢气稳压罩外设内部做功气体调节器,保持氢气稳压罩内温度恒定,可以将白天热量存储,夜晚温度低时放出热量,如白天热量储存不够,可以利用自身电产热。另外,季节变化时也可以根据室外温度不同更换与室外温度匹配的金属氢化物,更换金属氢化物可以采用在线不停机的推进更换模式,即将另一种金属氢化物从新金属氢化物注入口注入,推进式把原有金属氢化物从旧金属氢化物抽出口抽出。
[0007] 气缸缸体的侧壁设有活塞位置检测孔,活塞位置检测孔的外部设有透明堵头。缸体的外部设有红外线检测仪,红外线检测仪的探头对准活塞位置检测孔位置。系统设有中央控制器,中央控制器与稳压整合模块、电力外供模块、蓄电池组、A氢气循环泵、B氢气循环泵、红外线检测仪和各路控制连接。以上装置连接的电缆和金属氢化物再生机与新金属氢化物注入口和旧金属氢化物抽出口的连接管道均严格密封,确保氢气无泄漏。气缸的缸体内装有气缸内套,气缸内套与格栅之间设有缓冲垫。气缸上部的金属氢化物和下部的金属氢化物分别设有新金属氢化物注入口和旧金属氢化物抽出口。
[0008] 金属氢化物包括但不限于稀土系金属氢化物,也可以是多种物质的混合物,金属氢化物至少应为1倍的当量(1倍的当量是指金属氢化物在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属氢化物的量),但也可以为多倍当量,以增加吸放氢的速度。允许金属氢化物和/或包括但不限于氢气的循环介质中增加固体、液体、气体物质,起催化剂作用,从而稳定地增加吸放氢速度,或提高金属氢化物吸氢的百分比或金属氢化物放氢的百分比,或改变金属氢化物的P-C-T曲线。气缸上下金属氢化物采用不同的金属氢化物。金属氢化物可以是密实的堆积颗粒层,也可以是有一定空隙率的堆积颗粒层,从而利用换热氢气使其形成一定程度的流化层,以提高换热效率。
[0009] 金属氢化物吸放氢时采用氢气直接进入金属氢化物进行换热,利用氢气的流动载热进行换热,也可以在金属氢化物内设置换热盘管,进行间壁换热。活塞每分钟往复次数根据冲程数,工序数,活塞和气缸的尺寸,金属氢化物当量可以任意设置,保证活塞和气缸之间有效润滑并严格密封。格栅能够让气体有效通过同时不让金属氢化物散落到气缸内。气缸的位置可以任意设置,包括但不限于水平、垂直和任意度。多个气缸可以组合在一起,组合的位置、方式和角度均可以任意选择。整个系统允许从环境中取热,也允许向环境中散热,以满足换热时的热量匹配。金属氢化物的换热既可以采用直接换热,也可以采用间壁换热,换热介质允许是包括氢气在内的气体,也可以是液体或者固体物质,也可以是气、液、固任意两种的组合或者三种组合。允许上下活塞采用包括但不限于的轻质材料制作,以减轻活塞质量,在轻质材料上允许包裹永磁或者是永磁铁被轻质材料包裹。
[0010] 气缸采用上下双负压源,不排除采用多于两个的负压源,当负压源数目确定时做功机械可以多种多样,包括但不限于活塞机械、旋转机械,包括采用以上类似原理做功的所有机械。当采用活塞机械时,不仅包括三工序做功模式,也包括超过三工序的多工序做功模式。金属氢化物氢能发电电气系统不仅可以安装在大气环境中,也可以安装在与大气连通或不连通的其他介质中,例如海洋、地下水,有可能得到氢气稳压罩内的比大气压力更高的做功氢气压力,从而得到比安装在大气环境中更高的做功能力。各气缸的上下金属氢化物均设有新金属氢化物注入口和旧金属氢化物抽出口。金属氢化物对于吸放氢次数是有使用寿命的,新鲜的金属氢化物随着吸放氢次数的增加,吸放氢的时间和效率就会下降,定期需要进行金属氢化物的更新,保证金属氢化物吸放氢的高效运行。新、旧金属氢化物的更换采用在线不停机的推进更换模式,即将新鲜的金属氢化物从新金属氢化物注入口注入,推进式把旧金属氢化物从旧金属氢化物抽出口抽出。被抽出的旧金属氢化物可以在氢气稳压罩内的再生机内进行再生处理,也可以在氢气稳压罩外的再生机内进行再生处理,处理后的新金属氢化物再以一定的时间窗口注入新金属氢化物注入口。金属氢化物至少应为1倍的当量(1倍的当量是指金属氢化物在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属氢化物的量),也可以增加多倍当量,以增加吸放氢的速度。气缸上、下的金属氢化物为吸氢饱和度是0 100%的金属氢化物。采用了多倍当量的金属氢化物时,由于吸放氢的速度~比较快,活塞运行周期留有固定的吸放氢时间,有可能过量吸放氢,通过控制吸放氢的热量转移速度和金属氢化物的温度来准确控制吸放氢的量。
[0011] 本发明金属氢化物氢能发电的方法,包括3个工序,过程如下:⑴工序1,关闭上氢气入口、上氢气出口和下氢气入口、下氢气出口,打开氢气进口阀门,大气压压力下的氢气从气缸的下左侧的氢气进口进入气缸的中间氢气腔,并在大气压的作用下推动上活塞向上移动,上氢气腔内的氢气为负压,随着上活塞持续上移,上氢气腔内的氢气压力逐渐增大,增大到大气压力,此时打开上氢气入口、上氢气出口,上部金属氢化物开始吸氢并放出热量,直至上部金属氢化物将氢气吸收完全。吸氢过程中放出的热量通过A氢气循环泵移出。
[0012] ⑵工序2,关闭气缸的氢气进口上的阀门,打开氢气出口上的阀门,并打开下氢气出入口阀门,在一定温度下加热下部金属氢化物放氢,产生一定压力的氢气,推动下活塞向上移动,将中间氢气腔中的氢气从气缸的右上侧的氢气出口排出,直至将氢气全部排出。
[0013] ⑶工序3,关闭气缸的氢气出口阀门,此时下部金属氢化物开始吸氢,上、下活塞同时向下移动,当上氢气腔的压力变为设计负压时,上部金属氢化物开始放出氢气,此时下部金属氢化物吸氢和上部金属氢化物放氢同时进行,直至下部金属氢化物吸氢结束和上部金属氢化物放氢结束。
[0014] 工序1-工序3循环重复进行,通过切换阀门的开关操作,可以使任意两个气缸的上金属氢化物和下金属氢化物连通,使得气缸中金属氢化物吸氢放热和放氢吸热的热量相互匹配。A氢气循环泵、B氢气循环泵的出口分别设置涡轮增压机,通过涡轮增压机有效的回收系统的压力能,使进入气缸的换热氢气与金属氢化物本身需要的压力相匹配。
[0015] 利用金属储氢材料吸氢形成负压,并引入大气压环境(引力场)推动活塞进行做功,同时利用不同的金属储氢材料自身吸/放氢压力受温度影响变化特性的差异,让不同的金属储氢材料在吸/放氢温度、压力及吸热量与放热量之间形成合理匹配,完成金属储氢材料吸/放氢的循环运作,从而实现了利用不同金属储氢材料、环境压力、环境热量来进行发电做功。上部金属储氢材料吸/放氢压力受温度的影响较小,下部金属储氢材料吸/放氢压力受温度的影响较大,利用气缸上下两端金属氢化物的交替吸氢放氢作用,在活塞两侧形成压差,驱使永磁铁结构的上活塞和下活塞上下运动切割磁力线,使缸体外部缠绕的发电线圈产生电流发电。至少一个引力场、两个负压源、四个负压状态就形成了一个做功循环。引力场形成的环境相对高压包括但不限于大气环境压力和水压。负压源是指能形成对于环境压力来说的相对低压的物质、装置和过程。负压状态也是对于环境压力来说的相对低压的状态。金属氢化物包括但不限于采用纳米级颗粒,其比表面积极大,金属氢化物吸放氢速度大幅度提高,从而可满足气缸中金属氢化物吸放氢的要求。
[0016] 活塞运行包括3个工序,过程如下:(1)工序1中上活塞在起始推力作用下向上移动,靠活塞两侧的压差推动活塞加速,当活塞位移到达气缸的某位置时,上发电线圈组接通线路开始发电,并使活塞减速运行,继续位移直至缓冲垫处停止。活塞开始加速时的压差最大,随着活塞的移动压差逐渐下降是一个变加速过程,活塞的速度和时间是一条曲线。当活塞位移到达气缸的某位置达到一定速度时或活塞速度最大时,上发电线圈组接通线路开始发电,随着活塞继续减速移动连续稳定输出电流,活塞减速度近似为定值,活塞的速度和时间近似是一条直线。
[0017] (2)工序2中下活塞在起始推力作用下向上移动,靠活塞两侧的压差推动活塞加速运行,但其加速度较小,因此开启下发电线圈组反向通电,下活塞在下发电线圈组的电磁场作用下向上加速移动,当活塞位移到达气缸的某位置时,上发电线圈组接通线路开始发电,并使活塞减速运行,继续位移直至缓冲垫处停止。靠活塞两侧的压差推动活塞加速运行加速度较小,开启下发电线圈组反向通电,推动下活塞向上定加速移动,活塞的速度和时间近似是一条直线。当活塞位移到达气缸的某位置达到一定速度时或活塞速度最大时,上发电线圈组。接通线路开始发电,随着活塞继续减速移动连续稳定输出电流,活塞减速度近似为定值, 活塞的速度和时间近似是一条直线。
[0018] (3)工序3中上、下活塞在起始推力作用下向下移动,靠活塞两侧的压差推动活塞加速,但其加速度较小,因此开启上发电线圈组反向通电,推动上、下活塞向下加速移动,当活塞位移到达气缸的某位置时,下发电线圈组接通线路开始发电,并使活塞减速运行,继续位移直至缓冲垫处停止。靠活塞两侧的压差推动活塞加速运行加速度较小,开启上发电线圈组反向通电,推动上、下活塞向下定加速移动,活塞的速度和时间近似是一条直线。当活塞位移到达气缸的某位置达到一定速度时或活塞速度最大时,下发电线圈组接通线路开始发电,随着活塞继续减速移动连续稳定输出电流,活塞减速度近似为定值, 活塞的速度和时间近似是一条直线。活塞电磁加速装置或被机械、飞轮等可以实现活塞加速功能的所有装置所替代。通过活塞加速装置使气缸内的活塞在各个工序中速度基本一致,从而使发电装置平稳运行。
[0019] 4个气缸运行过程中8组金属氢化物吸放氢热量匹配步骤如下:第一步:气缸一的上金属氢化物吸氢放热,下金属氢化物无变化。气缸二的上金属氢化物无变化,下金属氢化物放氢吸热。气缸三的上金属氢化物无变化,下金属氢化物吸氢放热。气缸四的上金属氢化物放氢吸热,下金属氢化物吸氢放热。气缸一的上金属氢化物吸氢放热与气缸二下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸三下金属氢化物吸氢放热和气缸四的下金属氢化物吸氢放热与气缸四的上金属氢化物放氢吸热热量匹配。
[0020] 第二步:气缸一的上金属氢化物无变化,下金属氢化物放氢吸热。气缸二的上金属氢化物无变化,下金属氢化物吸氢放热。气缸三的上金属氢化物放氢吸热,下金属氢化物吸氢放热。气缸四的上金属氢化物吸氢放热,下金属氢化物无变化。气缸四的上金属氢化物吸氢放热与气缸一下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸二下金属氢化物吸氢放热和气缸三的下金属氢化物吸氢放热与气缸三的上金属氢化物放氢吸热热量匹配。
[0021] 第三步:气缸一的上金属氢化物无变化,下金属氢化物吸氢放热。气缸二的上金属氢化物放氢吸热,下金属氢化物吸氢放热。气缸三的上金属氢化物吸氢放热,下金属氢化物无变化。气缸四的上金属氢化物无变化,下金属氢化物放氢吸热。气缸三的上金属氢化物吸氢放热与气缸四下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸一下金属氢化物吸氢放热和气缸二的下金属氢化物吸氢放热与气缸二的上金属氢化物放氢吸热热量匹配。
[0022] 第四步:气缸一的上金属氢化物放氢吸热,下金属氢化物吸氢放热。气缸二的上金属氢化物吸氢放热,下金属氢化物无变化。气缸三的上金属氢化物无变化,下金属氢化物放氢吸热。气缸四的上金属氢化物无变化,下金属氢化物吸氢放热。气缸二的上金属氢化物吸氢放热与气缸三下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸四下金属氢化物吸氢放热和气缸一的下金属氢化物吸氢放热与气缸一的上金属氢化物放氢吸热热量匹配。
[0023] 本发明金属氢化物氢能发电电气系统通过内装上、下活塞的气缸,以氢气为工作介质,利用金属氢化物的吸放氢作用,驱使上下活塞上下运动,使缸体外部缠绕的发电线圈产生感应发电,充分利用了大自然的能量,有利于节能减排和创造经济效益。本发明通过中央控制器对系统各个单元或设备进行控制,实现了金属氢化物氢能发电电气系统的自动化操作。将本发明金属氢化物氢气发电装置安装在发电厂发电,也可以用于汽车发动机驱动汽车行驶,或用于手机、家用电器等设备的动力芯片,给以上设备提供动力能源,可以利用其它自然物质所携带的能量,通过工质循环驱动氢气往复式活塞发电机发电,将大气压力转变为电能,进而驱动交通工具运行,实现绿色交通,实现节能减排。附图说明
[0024] 图1为本发明金属氢化物氢能发电电气系统的示意图;图2为本发明活塞发电工作原理图示意图;
图3为本发明金属氢化物氢能发电电气系统的气缸组合示意图;
图4为本发明气缸内活塞位置检测原理示意图;
图5为本发明金属氢化物温度变化和吸放氢时序示意图;
图6为本发明气缸内活塞运动工序1速度时间示意图;
图7为本发明气缸内活塞运动工序2、3速度时间示意图;
图8为本发明4个气缸运行过程中8组金属氢化物吸放氢热量匹配示意图;
图9为本发明上下金属氢化物的P-C-T曲线图;
图10为本发明金属氢化物氢能发电电气系统的另一示意图。
[0025] 其中:1—气缸、2—格栅、3—上活塞、4—下活塞、5—大气稳压罐上活塞、6—A氢气循环泵、7—金属氢化物、8—氢气出口、9—阀门、10—上氢气腔、11—中间氢气腔、12—下氢气腔、13—大气稳压罐氮气腔、14—大气稳压罐下活塞、15—氢气进口、16—氢气稳压罩、17—可燃气体报警器、18—大气稳压罐、19—稳压整合模块、20—电力外供模块、21—B氢气循环泵、22—蓄电池组、23—中央控制器、24—上发电线圈组、25—下发电线圈组、26—缓冲垫、27—透明堵头、28—活塞位置检测孔、29—红外线检测仪、30—气缸内套、31—上氢气入口、32—上氢气出口、33—下氢气出口、34—下氢气入口、35—新金属氢化物注入口、36—旧金属氢化物抽出口、37—涡轮增压机、38—内部做功气体调节器。

具体实施方式

[0026] 下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例,本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
[0027] 实施例1本发明金属氢化物氢能发电电气系统如图1所示,包括4台气缸1、中央控制器23、稳压整合模块19、电力外供模块20和蓄电池组22,稳压整合模块19与电力外供模块20和蓄电池组22电路连接,电力外供模块20连接到外部电网。每个气缸1由上端盖、下端盖和缸体构成,缸体设有氢气进口15和氢气出口8。缸体的外部缠绕上发电线圈组24和下发电线圈组25,上发电线圈组24和下发电线圈组25电路连接到稳压整合模块19。缸体的内部设有永磁结构的上活塞3和下活塞4,上活塞3和下活塞4将缸体分为可伸缩的上氢气腔10、中间氢气腔11和下氢气腔12,永磁铁材料为钕铁。上氢气腔10的上部设有格栅2,格栅2的上部装有金属氢化物7,金属氢化物主要为铬锰。下氢气腔12的下部设有格栅2,格栅2的下部装有金属氢化物7,下部金属氢化物主要为氢化镧。上、下活塞3、4可以在整个气缸中自由上下移动,金属氢化物7通过格栅2被限定在气缸1的两端,氢气可以通过格栅2进出金属氢化物7,方便金属氢化物吸放氢气,金属氢化物7(包括钛铬锰和氢化镧)不能通过格栅2。金属氢化物7可以是密实的堆积颗粒层,也可以是有一定空隙率的堆积颗粒层,从而利用换热氢气使其形成一定程度的流化层,以提高换热效率,本实施例采用后者。
[0028] 缸体内装有气缸内套30,气缸内套30与格栅2之间设有缓冲垫26。上端盖设有上氢气入口31和上氢气出口32,下端盖设有下氢气出口33和下氢气入口34。各气缸的上下金属氢化物7均设有新金属氢化物注入口35和旧金属氢化物抽出口36。如图4所示,每个气缸的上氢气出口32分为两路,一路通过B氢气循环泵21和涡轮增压机37连接到四个气缸的下氢气入口34,下氢气出口33通过涡轮增压机37连接到上氢气入口31;另一路通过A氢气循环泵6和涡轮增压机37连接到四个气缸的下氢气入口34,下氢气出口33通过涡轮增压机37连接到上氢气入口31。每个上氢气入口31、上氢气出口32、下氢气出口33和下氢气入口34设有阀门9。系统设有氢气稳压罩16,氢气稳压罩16包在四个气缸及连接管路的外部,氢气稳压罩
16外设有可燃气体报警器17和大气稳压罐18。大气稳压罐18设有大气稳压罐上活塞5和大气稳压罐下活塞14,大气稳压罐上活塞5和大气稳压罐下活塞14中间为大气稳压罐氮气腔
13。氢气稳压罩16加装内保温或/和外保温,设备加装外保温或夹层保温,管道加装内保温或外保温或内外保温。金属氢化物氢能发电系统一旦有氢气泄露,就会被可燃气体报警器
17监测到,以便停机检修,保证安全。大气稳压罐18可以安装在氢气稳压罩16的任意位置,其作用是使氢气稳压罩16里面的压力与大气压力相同,并且通过氮气与大气环境有效隔绝。在氢气稳压罩16外设内部做功气体调节器38,保持氢气稳压罩16内温度恒定为20℃,可以将白天热量存储,夜晚温度低时放出热量,如白天热量储存不够,可以利用自身电产热。
另外,季节变化时也可以根据室外温度不同更换与室外温度匹配的金属氢化物,更换金属氢化物可以采用在线不停机的推进更换模式,即将另一种金属氢化物从新金属氢化物注入口35注入,推进式把原有金属氢化物从旧金属氢化物抽出口36抽出。
[0029] 如图2所示,气缸1缸体的侧壁设有活塞位置检测孔28,活塞位置检测孔28的外部设有透明堵头27。缸体的外部设有红外线检测仪29,红外线检测仪29的探头对准活塞位置检测孔28。中央控制器23与稳压整合模块19、电力外供模块20、蓄电池组22、A氢气循环泵6、B氢气循环泵21、红外线检测仪29、涡轮增压机37和各路阀门9控制连接,自动化控制金属氢化物氢能发电电气系统的操作运行。以上装置连接的电缆和金属氢化物再生机与新金属氢化物注入口35和旧金属氢化物抽出口36的连接管道均严格密封,确保氢气无泄漏。
[0030] 4台气缸中有上下8组金属氢化物,每台气缸的上氢气出口32分别与A氢气循环泵6或B氢气循环泵21连接,A氢气循环泵6、B氢气循环泵21的出口通过涡轮增压机37分别与另外三台气缸的下氢气入口34连接,从下氢气出口33出来的氢气通过涡轮增压机37返回到上氢气入口31形成闭路循环,通过切换阀门9的开关操作,可以使任意两个气缸的上金属氢化物和下金属氢化物连通,使得4台气缸中8组金属氢化物吸氢放热和放氢吸热的热量相互匹配。A氢气循环泵6、B氢气循环泵21的出口分别设置涡轮增压机37,通过涡轮增压机37把0.11MPa压力的氢气变为0.1MPa,利用此压力能加压0.1MPa压力的氢气到0.11MPa ;反之通过涡轮增压机37把0.025MPa压力的氢气变为0.02MPa,加压0.02MPa压力的氢气到
0.025MPa。涡轮增压机37有效的回收系统的压力能,使进入气缸的换热氢气与金属氢化物本身需要的压力相匹配。4台气缸连续工作,每台气缸的上发电线圈组24和下发电线圈组25所发的间断电流,通过各自的电缆线连接到稳压整合模块19,稳压整合后的连续电流,通过电力外供模块20供给外部电网,或者储存在蓄电池22中。中央控制器23是整套发电装置的控制中心,根据各个气缸的发电运行状态,按时序控制阀门的开关和各个电气设备的动作,使整套气缸装置能够自动平稳运行。
[0031] 本发明金属氢化物氢能气缸工作过程有3个工序,如图2所示。
[0032] 工序1,关闭上氢气出入口31、32和下氢气出入口33、34,打开氢气进口阀门,0.1MPa的氢气从气缸的下左侧的氢气进口15进入气缸的中间氢气腔11,并在大气压的作用下推动上活塞3向上移动,上氢气腔10内的氢气压力为 0.025MPa,温度为-20℃,随着上活塞3持续上移,上氢气腔10内的氢气压力逐渐增大,增大到0.1MPa温度变为20℃,此时打开上氢气出入口31、32,上部金属氢化物开始吸氢并放出热量,直至上部金属氢化物将
0.1MPa、20℃的氢气吸收完全。吸氢过程中放出的热量通过A氢气循环泵6移出。
[0033] 工序2,关闭气缸的氢气进口15上的阀门,打开氢气出口8上的阀门,并打开下氢气出入口阀门,在18℃下加热下部金属氢化物放氢,产生0.11MPa的氢气,推动下活塞4向上移动,将中间氢气腔11中的氢气从气缸的右上侧的氢气出口8排出,直至将氢气全部排出。
[0034] 工序3,关闭气缸1的氢气出口8阀门,此时下部金属氢化物开始在-18℃、0.02MPa下吸氢,上、下活塞同时向下移动,当上氢气腔10的压力变为0.025MPa时,上部金属氢化物开始放出-20℃、0.025MPa的氢气,此时下部金属氢化物吸氢和上部金属氢化物放氢同时进行,直至下部金属氢化物吸氢结束和上部金属氢化物放氢结束。
[0035] 循环重复以上工序1-工序3进行发电。
[0036] 本专利中利用金属储氢材料吸氢形成负压,并引入大气压环境(引力场)推动活塞进行做功,同时利用不同的金属储氢材料自身吸/放氢压力受温度影响变化特性的差异,让不同的金属储氢材料在吸/放氢温度、压力及吸热量与放热量之间形成合理匹配,完成金属储氢材料吸/放氢的循环运作,从而实现了利用不同金属储氢材料、环境压力、环境热量来进行发电做功。本专利中,上部金属储氢材料吸/放氢压力受温度的影响较小,下部金属储氢材料吸/放氢压力受温度的影响较大,如图9所示,上部金属氢化物的吸氢压力为0.1MPa,吸氢温度20℃,放氢压力为0.025MPa,放氢温度为-20℃。下部金属氢化物的吸氢压力为0.02MPa,吸氢温度-18℃,放氢压力为0.11MPa,放氢温度为18℃,利用气缸上下两端金属氢化物的交替吸氢放氢作用,在活塞两侧形成压差,驱使永磁铁结构的上活塞和下活塞上下运动切割磁力线,使缸体外部缠绕的发电线圈产生电流发电。通过切换阀门9的开关操作,可以使任意两个气缸的上金属氢化物和下金属氢化物连通,使得4台气缸中8组金属氢化物吸氢放热和放氢吸热的热量相互匹配。本实施例至少一个引力场、两个负压源、四个负压状态就形成了一个做功循环。引力场形成的环境相对高压包括但不限于大气环境压力和水压;负压源是指能形成对于环境压力来说的相对低压的物质、装置和过程;负压状态也是对于环境压力来说的相对低压的状态。
[0037] 如图3所示,采用4个气缸的叠加结构,节约空间、减少体积。每个气缸的活塞做功的有效容积为5升,上部金属氢化物的容积为0.711升, 下部金属氢化物的容积为0.711升。为获得净功20kW,活塞的外径至少为300mm,活塞的行程为70mm。4个气缸的吸放氢气循环量为0.0064kg/s,每个气缸每分钟的循环运行频率为2500次,每个气缸做功6.2kW、每台泵消耗功为1.3kW、每个气缸在工序2和工序3过程中活塞加速消耗功为0.55kW,整套装置净功
20kW。
[0038] 各气缸的上下金属氢化物7均设有新金属氢化物注入口35和旧金属氢化物抽出口36。气缸每分钟的循环运行频率为2500次,金属氢化物吸放氢的频率也为每分钟2500次,金属氢化物对于吸放氢次数是有使用寿命的,新鲜的金属氢化物随着吸放氢次数的增加,吸放氢的时间和效率就会下降,定期需要进行金属氢化物的更换,保证金属氢化物吸放氢的高效运行。新、旧金属氢化物的更换采用在线不停机的连续推进更换模式,即将新鲜的金属氢化物从新金属氢化物注入口35注入,同时把旧金属氢化物从旧金属氢化物抽出口36抽出。被抽出的旧金属氢化物可以在氢气稳压罩16内的再生机内进行再生处理,也可以在氢气稳压罩16外的再生机内进行再生处理,处理后的新金属氢化物再以一定的时间窗口注入新金属氢化物注入口35。
[0039] 金属氢化物至少应为1倍的当量(1倍的当量是指金属氢化物在整个一个完整工序循环内单次吸氢饱和时的所需最少金属氢化物的量),也可以增加多倍当量,以增加吸放氢的速度。本实施例采用2000倍当量,即气缸上、下金属氢化物的量均为1920g、体积为711ml,每次循环吸放氢的量为9.6mg,吸放氢的时间为6ms,吸放氢的百分率为0.05%。气缸上、下的金属氢化物为吸氢饱和度达50%的金属氢化物,吸氢结束时饱和度为50.05%,放氢结束时饱和度为50%,这样有利于吸放氢速度时间的匹配。由于采用了2000倍当量的金属氢化物,吸放氢的速度很快,活塞运行周期留有吸放氢的时间为6ms,吸放氢有可能过量超过9.6mg,通过控制吸放氢的热量转移速度和金属氢化物的温度来准确控制吸放氢的量。金属氢化物采用纳米级颗粒,按50nm的颗粒计算,其比表面积达到了2.2万m2/kg,金属氢化物吸放氢量为0.05%,本实例选用的金属氢化物吸放氢即可满足气缸中金属氢化物吸放氢的要求。
[0040] 如图4所示为本发明气缸内活塞位置检测原理示意图,在气缸内壁30上留有活塞位置检测孔28,为防止氢气泄漏在活塞位置检测孔28上有透明堵头27,活塞位置检测孔28位于上发电线圈组24和下发电线圈组25的安装缝隙中,红外线检测仪29位于气缸外壁,可以随时监测到上活塞3和下活塞4在气缸内的位置。
[0041] 如图5所示为本发明金属氢化物温度变化和吸放氢时序示意图,气缸中的活塞完成1、2、3三个工序,每个工序需要时间为8ms,活塞工作一个周期为24ms,一秒钟时间内完成41.7个周期,一分钟内完成2500个周期,即气缸每分钟的循环运行频率为2500次。通过氢气直接接触换热,金属氢化物从20℃降温到-20℃需要时间为8ms,如B-E所示,反之金属氢化物从-20℃升温到20℃需要的时间也为8ms,如E-H所示。金属氢化物在0.1MPa条件下的吸氢起始温度为15℃,在0.025MPa条件下的放氢起始温度为-15℃,由图5可知金属氢化物吸放氢的时间均为6ms。
[0042] 工序1中上活塞3靠活塞两侧的压差推动活塞向上加速移动,起始瞬时推力不小于5299N(压差0.075MPa),后期推力逐渐降低,当活塞位移35mm到达气缸的中间位置时,上发电线圈组24接通线路开始发电,并使活塞减速运行,继续位移35mm直至缓冲垫26处停止,活塞总行程70mm运行耗时为8ms。如图6所示为本发明工序1气缸内活塞运动的速度时间示意图,活塞开始加速时的压差最大为0.075MPa,随着活塞的移动压差逐渐下降是一个变加速过程,活塞的速度和时间是一条曲线;当活塞向上移动4ms到达气缸的中间位置活塞速度最大为17.5m/s时,上发电线圈组24接通线路开始发电,随着活塞继续减速移动连续稳定输出电流,活塞减速度为定值4375m/s2, 活塞的速度和时间近似是一条直线。
[0043] 工序2中下活塞4向上移动的起始瞬时推力为706N(压差0.01MPa),后期推力保持不变,靠活塞两侧的压差推动活塞加速运行,但其加速度较小,因此开启下发电线圈组25反向通电,推动下活塞4向上加速移动,当活塞移动4ms到达气缸的中间位置时,上发电线圈组24接通线路开始发电,并使活塞减速运行,继续移动4ms直至缓冲垫26处停止,控制活塞总行程70mm运行耗时为8ms。如图7所示为本发明工序2气缸内活塞运动的速度时间示意图,靠活塞两侧的压差推动活塞加速运行加速度较小,开启下发电线圈组25反向通电,推动下活塞4向上定加速移动,活塞的速度和时间近似是一条直线;当活塞移动4ms到达气缸的中间位置活塞速度最大为17.5m/s时,上发电线圈组24接通线路开始发电,随着活塞继续减速移动连续稳定输出电流,活塞减速度为定值4375m/s2, 活塞的速度和时间近似是一条直线。
[0044] 工序3中上、下活塞向下移动的起始瞬时推力为353N(压差0.005MPa),后期推力保持不变,靠活塞两侧的压差推动活塞加速,但其加速度较小,因此开启上发电线圈组24反向通电,推动上、下活塞向下加速移动,当活塞移动4ms到达气缸的中间位置时,下发电线圈组25接通线路开始发电,并使活塞减速运行,继续移动4ms直至缓冲垫26处停止,使活塞总行程70mm运行耗时为8ms。如图7所示为本发明工序3气缸内活塞运动的速度时间示意图,靠活塞两侧的压差推动活塞加速运行加速度较小,开启上发电线圈组24反向通电,推动上、下活塞向下定加速移动,活塞的速度和时间近似是一条直线;当活塞移动4ms到达气缸的中间位置活塞速度最大为17.5m/s时,下发电线圈组25接通线路开始发电,随着活塞继续减速移动
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连续稳定输出电流,活塞减速度为定值4375m/s , 活塞的速度和时间近似是一条直线。
[0045] 图8为本发明4个气缸运行过程中8组金属氢化物吸放氢热量匹配示意图。
[0046] 第一步:气缸一的上金属氢化物在0.1MPa、20℃的情况下吸氢放热,下金属氢化物无变化;气缸二的上金属氢化物无变化,下金属氢化物在0.11MPa、18℃的情况下放氢吸热;气缸三的上金属氢化物无变化,下金属氢化物在0.02MPa、-18℃的情况下吸氢放热;气缸四的上金属氢化物在0.025MPa、-20℃的情况下放氢吸热,下金属氢化物在0.02MPa、-18℃的情况下吸氢放热。气缸一的上金属氢化物吸氢放热与气缸二下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸三下金属氢化物吸氢放热和气缸四的下金属氢化物吸氢放热与气缸四的上金属氢化物放氢吸热热量匹配。
[0047] 第二步:气缸一的上金属氢化物无变化,下金属氢化物在0.11MPa、18℃的情况下放氢吸热;气缸二的上金属氢化物无变化,下金属氢化物在0.02MPa、-18℃的情况下吸氢放热;气缸三的上金属氢化物在0.025MPa、-20℃的情况下放氢吸热,下金属氢化物在0.02MPa、-18℃的情况下吸氢放热;气缸四的上金属氢化物在0.1MPa、20℃的情况下吸氢放热,下金属氢化物无变化。气缸四的上金属氢化物吸氢放热与气缸一下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸二下金属氢化物吸氢放热和气缸三的下金属氢化物吸氢放热与气缸三的上金属氢化物放氢吸热热量匹配。
[0048] 第三步:气缸一的上金属氢化物无变化,下金属氢化物在0.02MPa、-18℃的情况下吸氢放热;气缸二的上金属氢化物在0.025MPa、-20℃的情况下放氢吸热,下金属氢化物在0.02MPa、-18℃的情况下吸氢放热;气缸三的上金属氢化物在0.1MPa、20℃的情况下吸氢放热,下金属氢化物无变化;气缸四的上金属氢化物无变化,下金属氢化物在0.11MPa、18℃的情况下放氢吸热。气缸三的上金属氢化物吸氢放热与气缸四下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸一下金属氢化物吸氢放热和气缸二的下金属氢化物吸氢放热与气缸二的上金属氢化物放氢吸热热量匹配。
[0049] 第四步:气缸一的上金属氢化物在0.025MPa、-20℃的情况下放氢吸热,下金属氢化物在0.02MPa、-18℃的情况下吸氢放热;气缸二的上金属氢化物在0.1MPa、20℃的情况下吸氢放热,下金属氢化物无变化;气缸三的上金属氢化物无变化,下金属氢化物在0.11MPa、18℃的情况下放氢吸热;气缸四的上金属氢化物无变化,下金属氢化物在0.02MPa、-18℃的情况下吸氢放热。气缸二的上金属氢化物吸氢放热与气缸三下金属氢化物放氢吸热匹配,气缸四下金属氢化物吸氢放热和气缸一的下金属氢化物吸氢放热与气缸一的上金属氢化物放氢吸热热量匹配。
[0050] 上活塞3、下活塞4和气缸1的尺寸可以根据工艺要求任意设置。金属氢化物7采用的金属氢化物包括但不限于稀土类金属氢化物。金属氢化物吸放氢时采用氢气直接进入金属氢化物进行换热,利用氢气的流动载热进行换热,也可以在金属氢化物内设置换热盘管,进行间壁换热。活塞每分钟往复次数根据冲程数,工序数,活塞和气缸的尺寸,金属氢化物当量可以任意设置,保证活塞和气缸之间有效润滑并严格密封。格栅2能够让气体有效通过同时不让金属氢化物散落到气缸内。
[0051] 气缸1的位置可以任意设置,包括但不限于水平、垂直和任意角度。多个气缸可以组合在一起,组合的位置、方式和角度均可以任意选择。
[0052] 整个系统允许从环境中取热,也允许向环境中散热,以满足换热时的热量匹配。允许在适当的时候,气缸内的上下金属氢化物可以被包括但不限于有机溶剂替代,从而使气缸上下都是有机溶剂,也允许在适当的时候,气缸内的上金属氢化物可以被包括但不限于有机溶剂替代,从而使气缸上部是有机溶剂,下部是金属氢化物,也允许在适当的时候,气缸内的下金属氢化物可以被包括但不限于有机溶剂替代,从而使气缸下部是有机溶剂,上部是金属氢化物,实施和上述类似的流程,满足发电功能,进行发电。
[0053] 金属氢化物的换热既可以采用直接换热,也可以采用间壁换热。允许上下活塞采用铝制作,包裹永磁铁,以减轻活塞质量。允许设置换热中心,当设置换热中心时可以适当减少气缸数,通过换热中心使气缸内金属氢化物的吸放氢的热量完全匹配。允许在气缸壁上设置换热盘管,增加换热面积。允许气缸内外壁和活塞上下表面有绝热材料,或者是气缸夹层或活塞夹层内有绝热材料或中空,以减少散热。
[0054] 允许在金属氢化物端加装防撞弹性材料,以使活塞可以快速回弹,增加各工序活塞的运行速度。在吸放氢的循环氢气之外,允许有换热循环氢气存在,换热循环氢气的量根据具体工艺要求进行调整,以满足换热速率和换热效率的需要。换热循环氢气可以在间壁换热盘管中循环,也可以直接进入金属氢化物中进行循环换热。
[0055] 本实施例采用上下双负压源,不排除采用多于两个的负压源,当负压源数目确定时做功机械可以多种多样,包括但不限于活塞机械、旋转机械,包括采用以上类似原理做功的所有机械。当采用活塞机械时,不仅包括三工序做功模式,也包括超过三工序的多工序做功模式。
[0056] 实施例2本发明金属氢化物氢能发电电气系统,工艺、设备和运行原理与实施例1完全一致,不同的是将该套发电装置安装在轮船的底部,系统处于水下加压状态,氢气稳压罩内的压力等于大气压力和水柱压力的加和,活塞上行工序1做功过程中的压差增加。整套发电装置安装在空气中时活塞的压差为0.075MPa,当整套发电装置安装在轮船的底部水下时,活塞的压差为0.075MPa + 水深米数乘以0.01MPa,本实施例发电装置安装在水下7.5米时,由于做功氢气压力比实施例1增加了0.075MPa,活塞的压差增加一倍发电量也增加一倍,此时的发电量为40kW。
[0057] 此时上部金属氢化物工作条件的吸氢压力为0.175MPa,吸氢温度45℃,放氢压力为0.025MPa,放氢温度为-45℃。下部金属氢化物工作条件的吸氢压力为0.02MPa,吸氢温度-42℃,放氢压力为0.185MPa,放氢温度为42℃。上部、下部金属氢化物包括但不限于实施例1选用的稀土系金属氢化物。中央控制器调整上部、下部金属氢化物工作条件以适应发电装置所处的吃水深度。
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