专利名称：两用太阳能金属氢化物复合机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能复合机，具体是一种两用太阳能金属氢化物复合机，用于节能技术领域。
背景技术：
在我国农村的许多地区，家庭的生活用水大都是用人力从水井中取水。对于较为干旱的地区，水井一般都离住处很远，从水井中提出水后，人们还需将水运至家中。这个过程不但吃力，而且浪费劳力。另外，在生活用热水方面，广大农村的普通居民几乎没有能力购买热水器，因为热水器本身及其运行费用对于农村居民来说较为昂贵。如何解决农村居民饮用水和生活热水问题成为提高人们生活水平的两大难题。在我国中西部地区，农民为确保农作物的正常生长，大多在干旱季节采用水泵从地下抽水进行灌溉。然而，广大农村的电网还不十分普及，特别是在田地里面，这给农民带来了极大的不便。即使能够采用水泵进行灌溉，所需要的大水量和较高的电费价格往往使大多数农民望而却步。
经检索发现，申请号为02232778.9，专利名称为“热动力太阳能水泵”，该专利主要由波纹管、蒸发器、集热器接头、热传导控制筒和泵体外壳组成；波纹管密封地装在外壳内，其外围与外壳内壁之间的间隙为水室，该水室连通设在壳体上的入口单向阀接头和出口单向阀接头，该波纹管内密封地装有呈下部开口套筒状的热传导控制筒，该热传导控制筒内装有蒸发器，该蒸发器外壁与热传导控制筒内壁及下部之间的空隙及热传导控制筒外壁与波纹管内壁及下部之间的空隙为工质腔，该工质腔内填充有低沸点有机工质，该蒸发器连接伸出外壳的集热器接头，该接头连接太阳能集热器。该发明装置直接以太阳能加热介质为热源，结构简单，成本较低，但热效率不高，且扬程有限。现有的太阳能热水器一般都是利用一定的装置将光能转化为热能，普遍存在的问题是效率不高。现有的技术中还未有利用太阳能将水泵和热水器合二为一的设备。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足和缺陷，提供一种两用太阳能金属氢化物复合机，使其同时具有水泵和热水器功能，该设备采用太阳能作为动力来驱动金属氢化物循环，通过金属氢化物与氢气之间可逆反应的热效应来实现热水器加热水的功能，同时利用隔膜中氢气压力的变化将水从低处送到高处，实现水泵的功能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括金属氢化物水泵，储水箱，金属氢化物反应床，保温热水箱，太阳能集热板，两个单向阀，流量调节阀，换热器，水源通过单向阀与金属氢化物水泵的进口相连，金属氢化物水泵的出口通过另一个单向阀与储水箱的进口相连，储水箱的出口通过流量调节阀与换热器的进口相连，换热器的出口与保温热水箱相连接，换热器和金属氢化物反应床都安装在太阳能集热板中，控制器与流量调节阀电连接。
金属氢化物反应床为管束型，即反应床中布置有内填金属氢化物的细管，在管中心设有透氢的粉末烧结而成的过滤器，换热器的水管与单体金属氢化物反应床错开布置，每一根单体金属氢化物反应床的一端都设有出口并与氢气总管相连接，换热器也设有进口和出口总管。
金属氢化物水泵主要由隔膜和弹簧组成，隔膜的上部与金属氢化物反应床相连，其下部与弹簧相连，弹簧固定在金属氢化物水泵的容器底部。
金属氢化物反应床、太阳能集热板和隔膜中均设有温度和压力传感器，其输出信号进控制器。
金属氢化物反应床是内填金属氢化物的细管，在管中心设有透氢薄膜以利于氢气的传递，整个反应床内置于太阳能集热板内。太阳能集热板用来吸收太阳能，其内部除布置有金属氢化物反应床外，还均匀设置了换热器的换热管来冷却太阳能集热板，并最终冷却金属氢化物反应床。本发明为一机两用系统，不但可作水泵，还可同时用作热水器。为了使金属氢化物吸氢和放氢有序地进行，并使系统能有效、安全工作，本发明的控制器，根据系统中各点温度、压力偏差及其变化率，来确定系统中流量调节阀的开启与关闭及其开启时的开启度。
某些金属氢化物与氢气之间的反应为可逆反应并伴随有明显的热效应。反应的化学方程式如下
式中M为储氢合金；MHX为对应的金属氢化物；ΔH为氢化物生成焓变，即反应热；P1、T1为放氢时的压力和温度；P2、T2为吸氢时的压力和温度。S表示物质为固体状态、g表示物质为气体状态。金属氢化物的平衡压力随温度的增大而急剧升高，随温度的降低而急剧降低。例如，一般金属氢化物在70℃时的压力为5个大气压甚至更高，在15-20℃时的压力低于1个大气压。
对金属氢化物进行加热，反应向右进行，即在温度T1下释放出压力为P1的氢气，相当于把热能转变为化学能(氢)。反之如果反应压力高于温度T2条件下的平衡分解压力P2，反应向左进行，吸氢并释放出温度为T2的热量ΔH，相当于把化学能(氢)转变为热能，该部分所释放的热量将被收集为热水器的热量。
为了满足不同扬程和流量的需要，本发明中的金属氢化物材料可更换。MmNi4Al适用于“小流量和高扬程”，当扬程为80-100m时，其流量为8L/(Kg循环)，热水温度在90℃左右。LaNi4.6Al0.4适用于“大流量和小扬程”，用太阳能作为动力时扬程约为20m左右，流量为110L/(Kg循环)。因此，当本发明装置用作水泵时，其流量和扬程范围很宽，可根据具体情况选用合适的氢化物材料。
本发明以太阳能作为驱动能源，不需要消耗电能，具有节能作用；所利用的氢能为清洁可再生能源，对装置无腐蚀，对环境无危害；以金属氢化物吸放氢时的压差为动力，可以将水从低处送到高处，实现水泵的功能，而且可以选择吸放氢压差不同的金属氢化物，使得水泵的扬程有较大的变化范围；以金属氢化物吸氢时的反应热来加热冷水，实现热水器的功能，且氢化物吸氢时的反应热一般都比较高，如稀土系金属氢化物一般都在30KJ·mol-1H2，碱土系金属氢化物可达到7030KJ·mol-1H2以上，故加热效率比较高，提高了能源利用率，节省了时间；本发明装置中没有运动部件，不存在磨损，无噪音，使用寿命长。此外，还可以选用来源广泛、成本较低的金属氢化物，这样有利于推广应用。
图1本发明结构示意图具体实施方式
如图1所示，本发明包括金属氢化物水泵1，储水箱2，金属氢化物反应床3，保温热水箱4，太阳能集热板5，单向阀8、9，流量调节阀10，换热器11，水源通过单向阀8与金属氢化物水泵1的进口相连，金属氢化物水泵1的出口通过单向阀9与储水箱2的进口相连，储水箱2的出口通过流量调节阀10与换热器11的进口相连，换热器11的出口与保温热水箱4相连接，换热器11和金属氢化物反应床3都安装在太阳能集热板5中，控制器与流量调节阀10电连接。
金属氢化物反应床3为管束型，即反应床中布置有内填金属氢化物的细管，在管中心设有透氢的粉末烧结而成的过滤器，换热器11的水管与单体金属氢化物反应床3错开布置，每一根单体金属氢化物反应床3的一端都设有出口并与氢气总管相连接，换热器11也设有进口和出口总管。
金属氢化物水泵1主要由隔膜6和弹簧7组成，隔膜6的上部与金属氢化物反应床3相连，其下部与弹簧7相连，弹簧7固定在金属氢化物水泵的容器底部。
流量调节阀10连接有控制器，金属氢化物反应床3、太阳能集热板5和隔膜6中均设有温度和压力传感器，其输出信号进控制器。
水源与金属氢化物水泵1之间的管路中流的是水，金属氢化物水泵1与储水箱2之间的管路中流的是金属氢化物水泵1压出的高压水，储水箱2与换热器之间的管路中流的也是水，换热器11与保温热水箱之间的管路中流的是热水。循环开始时，控制器打开流量调节阀10并根据金属氢化物反应床3内的温度和压力来控制流量调节阀10的开度，储水箱2中的水进入换热器11并使金属氢化物反应床3降温，从而使金属氢化物的平衡压力急剧降低。隔膜6中的高压气体进入反应床并被金属氢化物进一步吸收，金属氢化物吸氢放出的热量被水吸走。在换热器11中的水吸收金属氢化物反应床3的显热和反应热以及整个太阳能集热板5上的热量后温度达到90℃左右，最后流入保温热水箱4，完成热水器加热水的功能。金属氢化物反应床3吸氢后使得隔膜6中的氢气压力急剧下降，隔膜6在弹簧的作用下大量收缩并造成金属氢化物水泵1的容器内形成负压，水源内的水在大气压的作用下通过单向阀8进入金属氢化物水泵1的容器中。在金属氢化物水泵1的容器处于负压的条件下，储水箱2中的水由于单向阀9的作用而不能进入金属氢化物水泵1的容器中，从而保证了储水箱中的水不会倒流。随着过程的进行，隔膜6、金属氢化物反应床3和太阳能集热板5的温度和压力逐渐降低，控制器在这些参数达到一定值时关闭流量调节阀10。在换热器11中没有水流通后，太阳能集热板5获得太阳能并使金属氢化物反应床3升温，从而使反应床内的金属氢化物放氢。放出的氢气通过氢气总管进入隔膜6，隔膜6内的氢气压力急剧增大而迅速膨胀，金属氢化物水泵1的容器内的液体压力同时增大，从而将容器内的水压出并通过单向阀9流入位置远高于水源的储水箱2，完成水泵的功能。同样，由于单向阀8的作用，金属氢化物水泵1压出去的水不会倒流入水源。至此，一个完整的循环结束，如此继续循环下去，不断完成了太阳能驱动的热水器和水泵的功能。
权利要求
1.一种两用太阳能金属氢化物复合机，包括储水箱(2)，保温热水箱(4)，太阳能集热板(5)，单向阀(8、9)，流量调节阀(10)，其特征在于，还包括金属氢化物水泵(1)，金属氢化物反应床(3)，换热器(11)，水源通过单向阀(8)与金属氢化物水泵(1)的进口相连，金属氢化物水泵(1)的出口通过单向阀(9)与储水箱(2)的进口相连，储水箱(2)的出口通过流量调节阀(10)与换热器(11)的进口相连，换热器(11)的出口与保温热水箱(4)相连接，换热器(11)和金属氢化物反应床(3)都设置在太阳能集热板(5)中。
2.根据权利要求1所述的两用太阳能金属氢化物复合机，其特征是，金属氢化物反应床(3)为管束型，即反应床中布置有内填金属氢化物的细管，在管中心设有透氢的粉末烧结而成的过滤器，换热器(11)的水管与单体金属氢化物反应床(3)错开布置，每一根单体金属氢化物反应床(3)的一端都设有出口并与氢气总管相连接，换热器(11)也设有进口和出口总管。
3.根据权利要求1所述的两用太阳能金属氢化物复合机，其特征是，金属氢化物水泵(1)主要由隔膜(6)和弹簧(7)组成，隔膜(6)的上部与金属氢化物反应床(3)相连，其下部与弹簧(7)相连，弹簧(7)固定在金属氢化物水泵(1)的容器底部。
4.根据权利要求1或2或3所述的两用太阳能金属氢化物复合机，其特征是，流量调节阀(10)连接有控制器，金属氢化物反应床(3)、太阳能集热板(5)和隔膜(6)中均设有温度和压力传感器，其输出信号进控制器。
全文摘要
一种两用太阳能金属氢化物复合机，用于节能技术领域。包括金属氢化物水泵，储水箱，金属氢化物反应床，保温热水箱太阳能集热板，两单向阀，流量调节阀，换热器，水源通过单向阀与金属氢化物水泵的进口相连，金属氢化物水泵的出口通过单向阀与储水箱的进口相连，储水箱的出口通过流量调节阀与换热器的进口相连，换热器的出口与保温热水箱相连接，换热器和金属氢化物反应床都设置在太阳能集热板中，控制器与流量调节阀电连接。本发明无腐蚀、无磨损，运动部件少，使用场合灵活、方便，加热温度、流量、扬程变化范围大且可调，采用氢气作为能量载体，属于天然工质，不存在对环境的破坏作用，为环保型的水泵和热水器。
文档编号C01B6/00GK1603714SQ200410066420
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月16日 优先权日2004年9月16日
发明者倪久建, 陈江平, 陈芝久, 杨涛, 覃峰 申请人:上海交通大学