储氢合金在储氢与输氢技术中的应用—蓄热与输热技术

01、储氢材料蓄热原理

金属氢化物在高于平衡分解压力的氢压下，金属与氢的反应在生成氢化物的同时，要放出相当于生成热的热量Q，若向该反应提供相当于Q的热能，使其进行分解反应，则氢就会在相当于平衡分解压力的压力下释放出来。这一过程相当于热-氢能变换，称为化学蓄热。

02、蓄热用金属氢化物

储氢材料要求：

①反应速度快；

②单位质量或单位体积的蓄热量大；

③可逆性好；

④反应物和生成物无毒性、腐蚀性和可燃性；

⑤价格低廉；

⑥工作温度范围宽（-20~1000℃）；

⑦热源温度下的平衡分解压力应为0.1MPa至几兆帕。

蓄热系统：

蓄热介质用金属氢化物和储氢介质用金属氢化物。二者平衡特性应该不同。氢气由前者流向后者时蓄热；反向流动时放热。

氢化物蓄热装置

蓄热过程：

利用外部热源的热能使蓄热槽的蓄热用储氢材料的氢化物加热，则氢化物被分解，放出氢气。氢气进入储氢槽，与其中合金反应后，以氢化物形式储存下来。

放热过程：

将储氢槽加热，使氢化物分解得到氢气，将氢气加热到高于氢化物蓄热槽温度下的平衡分解压力，送进蓄热槽，由于氢与合金反应为放热反应，就可向热利用系统提供热量。

03、金属氢化物蓄热系统开发现状

日本以科学技术厅为主开展风能变换成热能、储存与利用技术的研究。利用风车的机械能驱动活塞，将空气绝热压缩后制取高温空气，用高温空气将Ti-Fe-O系合金的氢化物容器加热，分解成合金和氢。夜间寒冷时，使合金与氢反应生成金属氢化物，并产生反应热

04、金属氢化物热泵

常规空调

①能源消耗大；

②以氟利昂为工作介质，易泄露，破坏臭氧层。

新型金属氢化物热泵空调

①可利用废热、太阳能等低品位的热源驱动热泵工作，是唯一由热驱动、无运动部件的热泵；

②系统无腐蚀、无磨损、无噪声；

③系统工作范围大，工作温度可调。

工作原理：

包括升温、增热和冷冻三个循环。

氢化物热泵以氢气为工作介质，以储氢材料为能量转换材料。由同温度下分解压不同的2种储氢合金Ma和Mb组成热力学循环系统。利用它们的平衡压差来驱动氢气流动，使两种氢化物分别处于吸氢（放热）和放氢（吸热）状态，从而达到升温增热或制冷的目的。

工作参数：

①工作氢容量：系统中通过反应可以在两种金属氢化物间传递的氢气量。

②循环时间：两种金属氢化物间一个吸、放氢反应所需的时间。

③充氢量：根据金属氢化物对的最大工作氢容量确定。

主要性能指标：

①特性系数COP：系统的有效输出热量Q出于系统作为动力输入总热量Q入的比值。

②总热输出能力E输出：单位时间内系统输出的总热量。

③净平均制冷功率Wh净：系统在制冷循环中的平均功率。

作热泵材料条件：

①有效吸氢量大；

②吸收、分解等温线的平台要平坦；

③吸收、释放氢时反应速度大；

④冷冻循环时生成热值?Ha≤ ?Hb，升温循环时?Ha＞ ?Hb；

⑤吸收、释放氢时的滞后程度小；

⑥合金和装置材料的热容量要小；

⑦合金抗衰退和抗中毒能力强；

⑧价格便宜。

目前金属氢化物热泵存在的问题：

①合金的氢化和脱氢反应中的滞后现象和平高线倾斜，对工作系数影响大；

②金属氢化物的粉碎使传导效果降低；

③现有热泵的热交换速度差；

④合金成本贵。