金屬氫化物熱泵是指通過在兩種平衡特性不同的貯氫合金之間交替吸收和放出氫氣，利用其熱效應使周圍介質加熱或冷卻的裝置。它可把熱量從低溫區送到高溫區，用於加熱或致冷，從而為低溫熱源如工業廢熱、地熱等的開發利用提供途徑。
基本介紹
- 中文名：金屬氫化物熱泵
- 外文名：metal hydride heat pump
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
研究歷史,研究進展,優點,原理,
研究歷史
近10多年來，氫熱泵得到了迅速發展，在可逆熟化學循環領域裡，吸收式氫熱泵巳成為金屬氫化物套用中的一個富有吸引力的分支。與其它類型的熱泵相比，氯熱泵無機槭運動部件，適用溫度範圍很寬(從-50°C到幾百攝氏度)，可利用低品位廢熱和太陽能等。節約能耗，在一個系統中可適用空調製冷、增熱、升溫和能盤轉換等多種功能。此外，作為CFCs製冷方法的替代製冷方祛，很有競爭力，並對保護臭氧層、減少酸雨和減緩溫室效應等環境保護有重大作用。已有許多試驗的和實用的氫熱泵裝置，如1976年美國L.Z.Terry提出氫熱泵製冷的第-一個專利。1976年美國阿貢實驗室建成HYCSOS系統，集增熱採暖、 空調製冷和能量轉換於一體，美國於80年代初就建成製冷量為3.489kW和供熱量為3.5kW的升溫裝置。西德從1981年開始組建一支用氫熱泵空調的汽車隊和家用氫熱泵系統。日本的研究規模最大，也最有成效，已建成348.9kW的氡熱泵。我國在金屬氫化物材料研究方面巳取得重大成就，在863計畫的資助下，我校開展利用金屬氫化物的空調製冷裝置研究，主要技術指標為;夏天空調室面積18~25m',空調溫度24~28°C，製冷能力3.489kW。
研究進展
人類面臨著能源危機，作為主要能源的石油，煤炭和天然氣由於長期的過量開採已瀕臨枯竭。由於一次能源越來開越難以適應人類生存和發展需要，繼續尋找和開發新能源，如太陽能，生物質能，氫能，風能，潮汐能，地熱能及核能等。在眾多的新能源中，氫能因其資源豐富，發熱值高，清潔及熱效率高等優點收到特別重視，因此21世紀被認為是氫能時代。氫氣是輸運和儲存是氫技術難以廣泛套用的難題之一。金屬氫化物的儲氫密度與液氫相同或者更高，儲氫效率高。從安全性，輸運和儲存等幾個反方面綜合衡量，儲氫合金具有廣泛的套用前景。
優點
金屬氫化物熱泵是美國學者Terry提出的，它具有以下優點：
①可利用廢熱，太陽能等低品位的熱源驅動熱泵工作，是唯 一由熱驅動，無運動部件的熱泵；
②系統工作時只有氣固相作用，因而無腐蝕，且由於無運動部件，因而無磨損，無噪聲；
③系統工作溫度範圍大，不存在氟利昂對大氣臭氧層的破壞作用；
④可達到夏季製冷冬季採暖雙效作用。
由於以上優點，因而作為熱泵材料的金屬氫化物發展迅速。
原理
金屬氫化物熱泵的原理是通過氫氣與儲氫材料之間的可逆化學反應，利用金屬氫化物吸熱放氫和吸氫放熱的特點，通過交替加熱冷卻，實現加熱或製冷的目的。其過程可用以下反應式來表示，即：
M+H2⇌MHx+∆H
反應式中M為儲氫材料，NHx為對應的金屬氫化物，∆H為氫化物生成焓變。用於熱泵的金屬氫化物滿足Vant`tHoff方程，即：
式中P為氧化物平衡壓力，△S為氫化物分解熵變，R為氣體常數，Fs為表示坪域平坦性的參數，Fh為表示坪域滯後性的參數，Xo為吸儲氫的最大量（H∕合金），Xf吸儲氫量（H∕合金）。
氫化物熱泵式以氫氣（H2）為工作介質，以貯氫材料作為能連轉換材料，由同溫度下分解壓不同的兩種氫化物組成的熱力循環系統，利用他們的平衡壓差來去動氫氣流動，是兩種氫化物分別處於吸氫（放熱）和放氫（吸熱）狀態，從而達到升溫，增熱或製冷的目的。
