阅读说明：本技术 高压氢能做功系统 (High-pressure hydrogen energy work-doing system ) 是由 贾鹏 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高压氢能做功系统,包括多个空气换热器和保护罩,以及设置在保护罩内的B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气换热器和多个膨胀机。本发明公开的高压氢能做功系统,在B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内装填金属氢化物,利用金属氢化物吸氢放热和放氢吸热的特性形成冷端,利用室温与该冷端之间的温差并通过做功循环介质,实现膨胀做功,从而带动发电设备发电,充分利用了大自然能量及工业余热,有利于节能减排和创造经济效益。(The invention relates to a high-pressure hydrogen energy work-doing system which comprises a plurality of air heat exchangers, a protective cover, a B1 metal hydrogen storage material reaction bed, a B2 metal hydrogen storage material reaction bed, a hydrogen heat exchanger and a plurality of expanders, wherein the B1 metal hydrogen storage material reaction bed, the B2 metal hydrogen storage material reaction bed, the hydrogen heat exchanger and the expanders are arranged in the protective cover. The high-pressure hydrogen energy acting system disclosed by the invention is characterized in that a metal hydride is filled in a B1 metal hydrogen storage material reaction bed and a B2 metal hydrogen storage material reaction bed, cold ends are formed by utilizing the characteristics of hydrogen absorption, heat release and hydrogen release of the metal hydride, and expansion acting is realized by utilizing the temperature difference between room temperature and the cold ends and acting circulating media, so that power generation equipment is driven to generate power, natural energy and industrial waste heat are fully utilized, and the high-pressure hydrogen energy acting system is beneficial to energy conservation and emission reduction and creation of economic benefits.)

高压氢能做功系统

技术领域

本发明属于能量综合利用技术领域，涉及一种高压氢能做功系统。

背景技术

能源短缺、环境污染、全球气候变化，使开发清洁、高效、安全和可持续发展的能源迫在眉睫，其中氢能正在受到越来越多国家的重视。进入二十一世纪，发动机工业得到了迅速地发展，然而目前汽油机和柴油机依然是发动机的主要选择。汽油和柴油都是不可再生资源，为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响，以及减少大气污染和发动机尾气排放，需要寻找发动机的代用燃料，而氢能源是目前最理想的清洁燃料。随着世界各国环境保护的措施越来越严格，氢能源发动机由于其节能、低排放等特点成为发动机研究与开发的一个重点，并已经开始商业化。传统的氢能利用大多通过直接燃烧气态氢气获得热能及动能，但气态的氢气不易存储和运输，燃烧所得氢能直接用在动力系统上会产生爆震、不稳定等一系列影响安全使用的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压氢能做功系统，利用金属储氢材料吸氢放热和放氢吸热的特性形成冷端，利用室温与该冷端之间的温差并通过做功循环介质，实现膨胀做功，从而带动发电设备发电，充分利用大自然能量及工业余热，有利于节能减排和创造经济效益。

根据第一方面，本申请实施例提供了一种高压氢能做功系统，包括包括一级空气换热器、二级空气换热器、三级空气换热器、四级空气换热器、五级空气换热器和保护罩，以及设置在保护罩内的B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气换热器、一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机。

B1金属储氢材料反应床的换热出口经氢气换热器的壳程和一级空气换热器，与一级膨胀机的入口连接；一级膨胀机的出口经二级空气换热器与二级膨胀机的入口连接；二级膨胀机的出口经三级空气换热器与三级膨胀机的入口连接；三级膨胀机的出口经四级空气换热器与四级膨胀机的入口连接；四级膨胀机的出口经五级空气换热器与五级膨胀机的入口连接；五级膨胀机的出口经氢气换热器的管程与六级膨胀机的入口连接；六级膨胀机的出口与B2金属储氢材料反应床的换热进口连接。

B2金属储氢材料反应床的换热出口经液氢双向加压泵与B1金属储氢材料反应床的换热进口连接。B2金属储氢材料反应床的放氢出口经吸放氢循环泵与B1金属储氢材料反应床的吸氢进口连接。

一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机的功率输出轴分别与发电机连接。

进一步的，系统还包括金属储氢材料置换装置。B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床通过添加抽出口分别与金属储氢材料置换装置连接。B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内的金属储氢材料在金属储氢材料置换装置内进行间壁冷量/热量的交换，使得在当前循环中进行吸氢操作的金属储氢材料温度下降，从而为即将切换进行放氢操作做准备。而当前循环中进行放氢操作的金属储氢材料温度上升，为即将切换进行吸氢操作做准备。

进一步的，系统中的做功循环介质为氢气、惰性气体或有机工质。

当选用氢气作为系统的做功循环介质时，B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床分别通过直接换热或间壁换热的方式对做功循环介质进行加热或冷却。

当选用惰性气体或有机工质作为系统的做功循环介质时，B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床分别通过间壁换热的方式对做功循环介质进行加热或冷却，并相应的调整金属储氢材料对应的工作状态点，使惰性气体或有机工质可以在高温下气化和低温下液化。

进一步的，一级空气换热器、二级空气换热器、三级空气换热器、四级空气换热器和五级空气换热器均为翅片式换热器。

进一步的，保护罩设有可燃性气体报警器和保护气入口，保护气入口设有阀门，保护罩内填充的气体包括但不限于氢气、氦气、氮气。根据工况条件可以调节保护罩内的温度和压力。

进一步的，B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内装填的金属储氢材料相同，装填量允许相同也允许不同，其金属储氢材料置换频率可以根据工艺条件进行调整。单个金属储氢材料反应床装填金属储氢材料的量允许存在冗余，这样可以保证每次吸放氢速率满足快速高低压切换的需求，其冗余当量倍数根据工艺条件可以进行调整。1倍冗余当量是指金属储氢材料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储氢材料的量。

进一步的，B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床中存储的金属储氢材料可以是任意粒径的任意组合，同时，金属储氢材料可以是实心或空心的。金属储氢材料包括但不限于氢化钛铬。

金属储氢材料为温度正相关的金属储氢材料做功组合，金属储氢材料的吸/放氢状态点和工作点参数可根据工艺需要进行任意调节。温度正相关的金属储氢材料做功的定义为高温吸收高压氢气放出高温热量，低温放出低压氢气释放低温冷量。在高温时吸收氢气放出高温热量，利用金属储氢材料反应床直接换热使做功氢气升温。系统至少存在一个负压单元，或是金属储氢材料的负压，或是氢气液化的负压，或是以上负压的组合。低温下的做功氢气换热就是利用金属储氢材料低温放出低压氢气时吸热，将金属储氢材料产生的低温冷量用来冷却做功氢气进行液化。

进一步的，一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机同轴或非同轴连接。

当一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机非同轴连接时，一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机的功率输出轴分别与不同的发电机连接。

当一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机同轴连接时，一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机的功率输出轴均与同一发电机连接。

当一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机同轴连接时，采用具有中间抽头的多级膨胀机代替一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机。

根据第二方面，本申请实施例提供了另一种高压氢能做功系统，包括一级空气换热器、二级空气换热器、三级空气换热器、四级空气换热器、五级空气换热器和保护罩，以及设置在保护罩内的B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气换热器、一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机、六级膨胀机、反向循环进口管和反向循环出口管。

反向循环进口管的出口端通过第一三通阀，与B1金属储氢材料反应床中盘管的第一端口连接； B1金属储氢材料反应床中盘管的第二端口经液氢双向加压泵与B2金属储氢材料反应床中盘管的第一端口连接； B2金属储氢材料反应床中盘管的第二端口经第二三通阀、反向循环出口管和第三三通阀，与氢气换热器的壳程入口连接；氢气换热器的壳程出口经一级空气换热器与一级膨胀机的入口连接；一级膨胀机的出口经二级空气换热器与二级膨胀机的入口连接；二级膨胀机的出口经三级空气换热器与三级膨胀机的入口连接；三级膨胀机的出口经四级空气换热器与四级膨胀机的入口连接；四级膨胀机的出口经五级空气换热器与五级膨胀机的入口连接；五级膨胀机的出口经氢气换热器的管程与六级膨胀机的入口连接；六级膨胀机的出口通过第四三通阀分别与反向循环进口管的入口端以及第二三通阀连接。

一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机的功率输出轴分别与发电机连接。

根据第三方面，本申请实施例提供了另一种高压氢能做功系统，包括一级空气换热器、二级空气换热器、三级空气换热器、四级空气换热器、五级空气换热器和保护罩，以及设置在保护罩内的B1金属储氢材料反应床、B2金属储氢材料反应床、氢气换热器、一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机、六级膨胀机和换热盘管置换装置。

换热盘管置换装置的第一出口经氢气换热器的壳程和一级空气换热器，与一级膨胀机的入口连接；一级膨胀机的出口经二级空气换热器与二级膨胀机的入口连接；二级膨胀机的出口经三级空气换热器与三级膨胀机的入口连接；三级膨胀机的出口经四级空气换热器与四级膨胀机的入口连接；四级膨胀机的出口经五级空气换热器与五级膨胀机的入口连接；五级膨胀机的出口经氢气换热器的管程与六级膨胀机的入口连接；六级膨胀机的出口与换热盘管置换装置的第一入口连接。

换热盘管置换装置的第二出口经液氢双向加压泵与换热盘管置换装置上的第二入口连接。

换热盘管置换装置还分别与B1金属储氢材料反应床中的盘管，以及B2金属储氢材料反应床中的盘管连接，用于交换B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床中的盘管。

一级膨胀机、二级膨胀机、三级膨胀机、四级膨胀机、五级膨胀机和六级膨胀机的功率输出轴分别与发电机连接。

本发明公开的高压氢能做功系统，在B1金属储氢材料反应床和B2金属储氢材料反应床内装填金属氢化物，利用金属氢化物吸氢放热和放氢吸热的特性形成冷端，利用室温与该冷端之间的温差并通过做功循环介质，实现膨胀做功，从而带动发电设备发电，充分利用了大自然能量及工业余热，有利于节能减排和创造经济效益。将本发明公开的做功装置安装在轮船等交通工具和其他设备上，可以利用其它自然物质所携带的能量，通过工质循环驱动膨胀机做功，将柯来浦氢能转变为机械能从而驱动交通工具运行，实现绿色交通和发电。柯来浦氢能定义为包括但不限于自然界的能量和本发明类似的装置相结合而产生的能量。

附图说明

图1为本发明实施例1对应的高压氢能做功系统的结构示意图；

图2为本发明实施例2对应的高压氢能做功系统的结构示意图；

图3为实施例中金属储氢材料对应的工作状态点图；

图4为本发明实施例3对应的高压氢能做功系统的结构示意图；

图5为本发明实施例4对应的高压氢能做功系统的结构示意图。

其中：1—B1金属储氢材料反应床，2—金属储氢材料置换装置，3—B2金属储氢材料反应床，4—吸放氢循环泵，5—切换换热循环泵，6—液氢双向加压泵，7—氢气换热器，8—一级空气换热器，9—一级膨胀机，10—二级空气换热器，11—二级膨胀机，12—三级空气换热器，13—三级膨胀机，14—四级空气换热器，15—四级膨胀机，16—五级空气换热器，17—五级膨胀机，18—六级膨胀机，19—发电机，20—第一三通阀，21—反向循环进口管，22—反向循环出口管，23—换热盘管置换装置，24—第二三通阀，25—第三三通阀，26—第四三通阀，27—保护气入口，28—保护罩，29—可燃性气体报警器，30—氢气气化盘管，31—氢气液化盘管。

具体实施方式

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。

实施例1

本发明实施例提供了一种高压氢能做功系统，如图1所示，该系统包括一级空气换热器8、二级空气换热器10、三级空气换热器12、四级空气换热器14、五级空气换热器16和保护罩28，以及设置在保护罩28内的B1金属储氢材料反应床1、B2金属储氢材料反应床3、氢气换热器7、一级膨胀机9、二级膨胀机11、三级膨胀机13、四级膨胀机15、五级膨胀机17和六级膨胀机18。

B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3之间设有金属储氢材料置换装置2，B1金属储氢材料反应床1或B2金属储氢材料反应床3通过添加抽出口分别与金属储氢材料置换装置2连接，通过金属储氢材料置换装置2进行床层内金属储氢材料的取出、加入和热量交换。金属储氢材料反应床进行吸氢和放氢切换操作时，各个金属储氢材料反应床的容器固定，同时将B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3中的金属储氢材料进行置换，使B1金属储氢材料反应床1中的金属储氢材料保持吸氢操作，使B2金属储氢材料反应床3中的金属储氢材料保持放氢操作。更换方式包括但不限于气体输送和机械输送。

实施例1中的各个膨胀机采用单轴工作模式。具体的，在实施例1中，一级膨胀机9、二级膨胀机11、三级膨胀机13、四级膨胀机15、五级膨胀机17和六级膨胀机18采用非同轴连接的方式串联起来。为了充分利用各个膨胀机的输出功，可以将一级膨胀机9、二级膨胀机11、三级膨胀机13、四级膨胀机15、五级膨胀机17和六级膨胀机18的功率输出轴分别与不同的发电机19连接。

系统设有保护罩28，保护罩28设有可燃性气体报警器29和保护气入口27，保护气入口27设有阀门，保护罩内填充的气体为氮气，也不排除采用氢气、氦气等其他气体。保护罩28和所有的管道均设置有内保温、外保温或内外保温，保护罩内压力为0.11MPa，温度为-120℃。

系统的做功循环介质，例如做功氢气，进入B2金属储氢材料反应床3的盘管内，B2金属储氢材料反应床3中盘管外进行低温低压放氢吸热操作，吸收热量通过换热盘管间接传递给做功氢气，冷却并液化做功氢气，液化的做功氢气从B2金属储氢材料反应床3中的盘管内出来，进入液氢双向加压泵6加压后，进入B1金属储氢材料反应床1中的盘管内，B1金属储氢材料反应床1中盘管外进行相对高温高压吸氢放热操作，放出的热量通过换热盘管间接传递给做功氢气，升温并气化做功氢气，气化后的高压做功氢气从B1金属储氢材料反应床1中盘管内出来，进入氢气换热器7的壳程，换热升温后进入一级空气换热器8进一步升温到室温，高压室温的做功氢气进入一级膨胀机9膨胀做功降温后，进入二级空气换热器10升温到室温，进入二级膨胀机11膨胀做功降温后，进入三级空气换热器12升温到室温，进入三级膨胀机13膨胀做功降温后，进入四级空气换热器14升温到室温，进入四级膨胀机15膨胀做功降温后，进入五级空气换热器16升温到室温，进入五级膨胀机17膨胀做功降温后，进入氢气换热器7进一步降温，进入六级膨胀机18膨胀做功降温后，达到进入B2金属储氢材料反应床3的工艺参数条件，进入B2金属储氢材料反应床3，形成做功氢气的循环。

B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3中装填相同种类或不同种类的金属储氢材料，每完成一次吸放氢操作切换，B1金属储氢材料反应床1中金属储氢材料吸氢后，通过金属储氢材料置换装置2，加入到B2金属储氢材料反应床3，同时B2金属储氢材料反应床3中金属储氢材料放氢后，通过金属储氢材料置换装置2，加入到B1金属储氢材料反应床1。B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3两者交换金属储氢材料，进行吸氢/放氢操作，两者每交换一次为一个循环切换。保证B1金属储氢材料反应床1中的金属储氢材料总在吸氢，B2金属储氢材料反应床3中的金属储氢材料总在放氢。

B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3内的金属储氢材料在金属储氢材料置换装置2内进行间壁冷量/热量的交换，使得在当前循环中进行吸氢操作的金属储氢材料温度下降，从而为即将切换进行放氢操作做准备；而当前循环中进行放氢操作的金属储氢材料温度上升，为即将切换进行吸氢操作做准备。

在一具体实施方式中，B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3内装填的金属储氢材料相同，装填量允许相同也允许不同。单个金属储氢材料反应床装填金属储氢材料的量允许存在冗余，这样可以保证每次吸放氢速率满足快速高低压切换的需求，其冗余当量倍数根据工艺条件可以进行调整（1倍冗余当量是指金属储氢材料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储氢材料的量）。

B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3的储氢材料包括但不限于钛系金属储氢材料。具体的，金属储氢材料为氢化钛铬，其吸氢工况为：-140℃、1.0MPa，放氢工况为：-258℃、0.02MPa。单个金属储氢材料反应床吸/放氢的平均速率均为2.5g/s，冗余当量为1.5倍，金属储氢材料的装填量为1.67L，循环切换时间为12s，即每12s切换一次，吸氢开始时的金属储氢材料饱和度为16.5%，吸氢结束时饱和度为83.5%，放氢结束后饱和度恢复到16.5%。本系统净输出功率约为45kW，如循环切换时间12s不足以完成换热盘管的间接换热过程，就延长切换时间，其相应的净输出功率降低。

图3示出了实施例1所采用的金属储氢材料对应的工作状态点图。本实施例中的金属储氢材料为温度正相关的金属储氢材料做功组合，吸收氢气时放出热量，放出氢气时提供低温冷量。为提高金属储氢材料反应床的吸放氢速率，金属储氢材料的吸/放氢状态点和工作点参数可根据工艺需要进行任意调节。温度正相关的金属储氢材料做功的定义为高温吸收高压氢气放出高温热量，低温放出低压氢气释放低温冷量；在高温时吸收氢气放出高温热量，利用金属储氢材料反应床间接换热使做功氢气升温；低温下的做功氢气换热就是利用金属储氢材料低温放出低压氢气时吸热，将金属储氢材料产生的低温冷量用来冷却做功氢气进行液化。

具体的工作流程为：

12.7g/s、-195℃、0.02MPa的做功氢气进入B2金属储氢材料反应床3的盘管内，B2金属储氢材料反应床3中盘管外的金属储氢材料，在-258℃、0.1MPa下进行低温低压放氢吸热操作，吸收热量通过换热盘管间接传递给做功氢气，冷却并液化做功氢气到-258℃，液化后的12.7g/s、-258℃、0.02MPa做功氢气从B2金属储氢材料反应床3中盘管内出来，进入液氢双向加压泵6加压到后-244.5℃、80MPa，进入B1金属储氢材料反应床1中的盘管内，B1金属储氢材料反应床1中盘管外在-140℃、1.0MPa进行相对高温高压吸氢放热操作，放出的热量通过换热盘管间接传递给做功氢气，升温并气化到-140℃的做功氢气，进入氢气换热器7的壳程，换热升温到-78.86℃，进入一级空气换热器8进一步升温到20℃，高压室温的做功氢气进入一级膨胀机9膨胀做功降温到-48.3℃、24.3MPa，进入二级空气换热器10升温到20℃，进入二级膨胀机11膨胀做功降温到-52.5℃、7.4MPa，进入三级空气换热器12升温到20℃，进入三级膨胀机13膨胀做功降温到-52.1℃、2.3MPa，进入四级空气换热器14升温到20℃，进入四级膨胀机15膨胀做功降温到-53.3℃、0.7MPa，进入五级空气换热器16升温到20℃，进入五级膨胀机17膨胀做功降温到-51.7℃、0.22MPa，进入氢气换热器7进一步降温到-120℃、0.22MPa，进入六级膨胀机18膨胀做功降温到-195℃、0.02MPa，达到进入B2金属储氢材料反应床3的工艺参数条件，进入B2金属储氢材料反应床3，形成做功氢气的循环。

除空气换热器外的所有设备都设在保护罩28内。由于设备和管道与环境温差较大，因此，将大部分设备设置在保护罩28内能够减少设备和管道的散热，并防止氢气泄露。

除了选用做功氢气作为系统的做功循环介质外，还可以选用惰性气体或有机工质作为系统的做功循环介质，并相应的调整金属储氢材料对应的工作状态点，使惰性气体或有机工质可以在高温下气化和低温下液化。

当选用氢气作为系统的做功循环介质时， B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3分别通过直接换热或间壁换热的方式对做功循环介质进行加热或冷却。当选用惰性气体或有机工质作为系统的做功循环介质时，B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3分别通过间壁换热的方式对做功循环介质进行加热或冷却。

实施例2

本发明实施例提供了另一种高压氢能做功系统，如图2所示，该系统与图1所示实施例1的不同之处在于，图2所示实施例2中的膨胀机是同轴工作，即实施例2中的一级膨胀机9、二级膨胀机11、三级膨胀机13、四级膨胀机15、五级膨胀机17和六级膨胀机18同轴连接，且上述各个膨胀机通过功率输出轴均与同一发电机19连接。实施例1与实施例2的其他连接关系和工艺原理完全相同。

在实际应用中，还可以采用具有中间抽头的多级膨胀机代替实施例2中的各个膨胀机。

实施例3

本发明实施例3提供了第三种高压氢能做功系统，如图4所示，该系统与实施例1中介绍的金属氢化物吸放氢过程及膨胀机做功工艺过程基本相同。

实施例3的正向循环与实施例1相同，做功氢气进入B2金属储氢材料反应床3的盘管内，B2金属储氢材料反应床3中盘管外进行低温低压放氢吸热操作，吸收热量通过换热盘管间接传递给做功氢气，冷却并液化做功氢气，液化的做功氢气从B2金属储氢材料反应床3中的盘管内出来，进入液氢双向加压泵6加压后，进入B1金属储氢材料反应床1中的盘管内，B1金属储氢材料反应床1中盘管外进行相对高温高压吸氢放热操作，放出的热量通过换热盘管间接传递给做功氢气，升温并气化做功氢气，气化后的高压做功氢气从B1金属储氢材料反应床1中盘管内出来，进入氢气换热器7的壳程，换热升温后进入一级空气换热器8进一步升温到室温，高压室温的做功氢气进入一级膨胀机9膨胀做功降温后，进入二级空气换热器10升温到室温，进入二级膨胀机11膨胀做功降温后，进入三级空气换热器12升温到室温，进入三级膨胀机13膨胀做功降温后，进入四级空气换热器14升温到室温，进入四级膨胀机15膨胀做功降温后，进入五级空气换热器16升温到室温，进入五级膨胀机17膨胀做功降温后，进入氢气换热器7进一步降温，进入六级膨胀机18膨胀做功降温后，达到进入B2金属储氢材料反应床3的工艺参数条件，进入B2金属储氢材料反应床3，形成做功氢气的循环。

实施例3的反向循环时与实施例1不同。在实施例3中，做功氢气经过三通阀切换，通过反向循环进口管21进入B1金属储氢材料反应床1的盘管内，此时B1金属储氢材料反应床1中盘管外进行低温低压放氢吸热操作，吸收热量通过换热盘管间接传递给做功氢气，冷却并液化做功氢气，液化的做功氢气从B1金属储氢材料反应床1中的盘管内出来，进入液氢双向加压泵6加压后，再进入B2金属储氢材料反应床3中的盘管内，B2金属储氢材料反应床3中盘管外进行相对高温高压吸氢放热操作，放出的热量通过换热盘管间接传递给做功氢气，升温并气化做功氢气，气化后的高压做功氢气从B2金属储氢材料反应床3中盘管内出来，通过三通阀切换并通过反向循环出口管22进入氢气换热器7的壳程，换热升温后进入一级空气换热器8进一步升温到室温，高压室温的做功氢气进入一级膨胀机9膨胀做功降温后，进入二级空气换热器10升温到室温，进入二级膨胀机11膨胀做功降温后，进入三级空气换热器12升温到室温，进入三级膨胀机13膨胀做功降温后，进入四级空气换热器14升温到室温，进入四级膨胀机15膨胀做功降温后，进入五级空气换热器16升温到室温，进入五级膨胀机17膨胀做功降温后，进入氢气换热器7进一步降温，进入六级膨胀机18膨胀做功降温后，达到进入B2金属储氢材料反应床3的工艺参数条件，进入B2金属储氢材料反应床3，形成做功氢气的循环。

实施例3与实施例1的不同之处在于，实施例3去掉了金属储氢材料更换装置2，当B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3进行吸放氢切换时，不再更换金属储氢材料。

在实施例3中，当B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3切换时，通过切换换热循环泵5泵送氢气循环换热，实现B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3中的金属储氢材料的换热热量平衡。B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3内的金属储氢材料，通过氢气循环实现冷量/热量的交换，使得在当前循环中进行吸氢操作的金属储氢材料温度下降，从而为切换进行放氢操作做准备；而当前循环中进行放氢操作的金属储氢材料温度上升，为切换进行吸氢操作做准备。

实施例4

本发明实施例4提供第四种高压氢能做功系统，如图5所示，该系统与实施例1中的金属氢化物吸放氢过程及膨胀机做功工艺过程完全相同，不同的是，在实施例4中，B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3在吸放氢操作过程产生的热量/冷量，与做功氢气的液化和气化需要的热量/冷量相匹配。实施例3是通过三通阀切换使做功氢气的液化与金属储氢材料放氢操作相匹配，做功氢气的气化与金属储氢材料吸氢操作相匹配。实施例4是通过换热盘管置换装置23，将B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3的换热盘管位置移动相互置换，使做功氢气的液化与金属储氢材料放氢操作相匹配，做功氢气的气化与金属储氢材料吸氢操作相匹配。换热盘管置换装置23包括但不限于机械、电动、液压等装置。当B1金属储氢材料反应床1中的金属储氢材料吸氢接近末端时，同时B2金属储氢材料反应床3中的金属储氢材料放氢接近末端时，开启换热盘管置换装置23，保持B1金属储氢材料反应床1和B2金属储氢材料反应床3内压力和温度的稳定，并与环境隔绝，将氢气液化盘管31和氢气气化盘管30进行置换，使氢气液化盘管31进入B1金属储氢材料反应床1中，使氢气气化盘管30进入B2金属储氢材料反应床3中，从而使氢气液化盘管31始终处于金属储氢材料低温低压放氢反应床中，使氢气气化盘管30始终处于金属储氢材料高温高压吸氢反应床中。氢气液化盘管31内的液化氢气不论是在B1金属储氢材料反应床1中还是在B2金属储氢材料反应床3中都是先进入液氢加压泵6中进行加压，然后进入氢气气化盘管30中气化，气化后进入氢气换热器7的壳程，从而完成先液化加压后气化升温的循环做功过程。