调温预处理的做功系统
阅读说明：本技术 调温预处理的做功系统 (Working system for temperature-adjusting pretreatment ) 是由 贾鹏 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种调温预处理的做功系统,包括高压罐、高压膨胀机、高压压缩机、低压膨胀机、低压压缩机、1号变温器、2号变温器、3号变温器、4号变温器和低压罐。高压罐顺次连接1号变温器、高压膨胀机、2号变温器和高压压缩机,形成高压循环。低压罐顺次连接4号变温器、低压膨胀机、3号变温器和低压压缩机,形成低压循环。本发明通过压缩/膨胀机做功,驱动做功设备工作或带动发电设备发电。(The invention relates to a work doing system for temperature regulation pretreatment, which comprises a high-pressure tank, a high-pressure expansion machine, a high-pressure compressor, a low-pressure expansion machine, a low-pressure compressor, a No. 1 temperature changer, a No. 2 temperature changer, a No. 3 temperature changer, a No. 4 temperature changer and a low-pressure tank. The high-pressure tank is connected with the temperature changer No. 1, the high-pressure expansion machine, the temperature changer No. 2 and the high-pressure compressor in sequence to form high-pressure circulation. The low-pressure tank is connected with a No. 4 temperature changer, a low-pressure expansion machine, a No. 3 temperature changer and a low-pressure compressor in sequence to form low-pressure circulation. The invention drives the working equipment to work or drives the power generation equipment to generate power by the working of the compression/expansion machine.)
技术领域
本发明属于能量综合利用技术领域，涉及一种调温预处理的做功系统。
背景技术
自然界充满着无限的常温能源，空气、海水等无限量的常温能源，具有开发潜力。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，水能和风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应用，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，通过热泵加热水。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。
公开号为CN107939525 A的中国发明专利申请公开了一种压缩空气储能系统中的燃气膨胀机做功系统及方法，该压缩空气储能系统中的燃气膨胀机做功系统包括高压气源、蒸汽源、混合器、气体喷射器以及燃气膨胀机，气体喷射器设有内腔和与内腔均连通的第一入口、第二入口及出口，高压气源和蒸汽源均经由混合器与第一入口连通，燃气膨胀机的乏气出口与第二入口连通，燃气膨胀机的进气口与出口连通。该专利申请中，高压气源输出的高压气体介质与蒸汽源输出的高温蒸汽混合后，作为高压工作气流输入气体喷射器内，提高了对低压乏气的卷吸能力，进而提高了做功效率。但是该发明专利申请不能通过金属储氢材料的吸氢放氢作用所产生的热量实现压缩/膨胀机的做功发电。
发明内容
本发明的目的是提供一种调温预处理的做功系统，以氢气为循环工质，利用金属储氢材料的吸氢/放氢特性，通过压缩/膨胀机做功，驱动做功设备工作或带动发电设备发电，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。
本申请实施例提供了一种调温预处理的做功系统，所述做功系统包括高压罐、高压膨胀机、高压压缩机、低压膨胀机、低压压缩机、1号变温器、2号变温器、3号变温器、4号变温器和低压罐。
所述高压罐的出口通过阀门分别连接所述1号变温器的吸氢入口和所述3号变温器的吸氢入口，所述1号变温器的吸氢出口和所述3号变温器的吸氢出口分别连接所述高压膨胀机的进气口，所述高压膨胀机的出气口通过阀门分别连接所述2号变温器的放氢入口和所述4号变温器的放氢入口，所述2号变温器的放氢出口和所述4号变温器的放氢出口分别连接所述高压压缩机的进气口，所述高压压缩机的出气口连接所述高压罐的入口。
所述低压罐的出口连接2号变温器的吸氢入口和4号变温器的吸氢入口，所述2号变温器的吸氢出口和所述4号变温器的吸氢出口分别连接所述低压膨胀机的进气口，所述低压膨胀机的出气口通过阀门连接所述1号变温器的放氢入口和所述3号变温器的放氢入口，所述1号变温器的放氢出口和所述3号变温器的放氢出口连接所述低压压缩机的进气口，所述低压压缩机的出气口连接所述低压罐的入口。
所述高压膨胀机、高压压缩机、低压膨胀机和低压压缩机与功率输出轴同轴连接。
进一步的，所述1号变温器和所述3号变温器中分别设有B金属储氢材料反应床层，所述2号变温器和所述4号变温器中分别设有A金属储氢材料反应床层。
进一步的，所述B金属储氢材料反应床层的B金属储氢材料包括但不限于钛系金属储氢材料；所述A金属储氢材料反应床层的A金属储氢材料包括但不限于稀土系金属储氢材料。
进一步的，所述做功系统还包括发电机；所述高压膨胀机、高压压缩机、低压膨胀机、低压压缩机均与所述发电机同轴连接，所述发电机电路连接到外部电网和/或蓄电池。
进一步的，所述做功系统还设有保护罩，所述保护罩设有可燃气体报警器和氢气加入口；所述保护罩加装内保温或外保温或内外保温，所述保护罩内的管道加装内保温或外保温或内外保温；所述保护罩还设有温度调节器；所述温度调节器放出高温冷量，所述低温换热罐放出低温冷量；所述保护罩内填充有系统补热氢气，将通过温度调节器从外界环境进入的热量和机械设备产生的热量补充到高压罐中，以使系统可持续做功运行；所述系统补热氢气包括但不限于氢气及氢气以外的其他气体或液体或固体，或以上两两混合物，或三项混合物。
进一步的，所述调温预处理的做功系统通过柯来浦循环对外做功；所述柯来浦循环定义为在系统内至少两种金属氢化物，存在至少四个状态点，至少四个状态点的吸氢放热和放氢吸热在系统内通过循环换热介质保持或基本保持热量平衡，即某一状态点的吸氢放热的热量利用循环换热介质传给其他三个状态点中的放氢吸热过程。
至少存在的四个状态点中的放氢吸热状态不用或基本上不用向环境中吸热，而是将至少四个状态点中的吸氢放热的热量传递给至少四个状态点中的放氢吸热过程。
至少存在的四个状态点中的吸氢放热状态不用或基本上不用向环境中散热，而是将热量传递给存在的至少四个状态点中的放氢吸热过程，而存在的至少四个状态点中放氢吸热过程完全能够或几乎完全能够接收传递过来的热量。
至少四个状态点中的吸氢放热状态点可以将热量传递给放氢吸热状态点，以上热量基本上都是内部平衡，全部或绝大部分吸放热的热量平衡在系统内部完成，几乎不需要向环境中散热或从环境中吸热。
通过至少四个状态点形成的做功循环，能够使系统做功，做功的形式是利用氢气作为介质做功，至少四个状态点可以使氢气的温度-压力进行循环变化，从而形成做功循环，做功设备既可以是叶轮式回转机构也可以是活塞式或其他形式；至少四个状态点通过做功循环，吸氢放热状态点和放氢吸热状态点都可以恢复成原来的状态点；允许系统向环境中释放低温冷量，从环境中吸热。
除了使用气态的氢气作为做功系统的循环换热介质以外，还可以使用其他气体作为循环换热介质；此外，还可以采用包括但不限于稳定的固体、液体的其他物质或液态有机氢化物，代替氢气作为做功系统的循环换热介质；换热方式既可以直接换热，也可以间壁换热，间壁换热的换热介质可以是气体、液体、固体或以上的混合物或两两混合物。
至少两种金属氢化物的压力-温度图的状态点连线既可以相交也可以不相交。
系统氢气做功的过程既包括循环换热氢气的做功也包括做功氢气的做功。
进一步的，柯来浦循环表现为两种不同性质的金属氢化物，每种金属氢化物有两个工作状态点，金属氢化物a的最低放氢温度和最高吸氢温度限定工作范围，以上两个温度可以进行调整，从而工作范围可大可小，金属氢化物b的最高放氢温度和最低吸氢温度影响做功温差，金属氢化物b的放氢吸热状态点温度低于金属氢化物a的吸氢放热状态点的温度，金属氢化物b的放氢吸热状态点压力高于金属氢化物a的吸氢放热状态点的压力，金属氢化物b的吸氢放热状态点温度高于金属氢化物a的放氢吸热状态点的温度，金属氢化物b的吸氢放热状态点压力高于金属氢化物a的放氢吸热状态点的压力，也就是说金属氢化物a的最高温度比金属氢化物b的最高温度要高，而金属氢化物a的最高压力比金属氢化物b的最高压力要低，金属氢化物a的最低温度比金属氢化物b的最低温度要低，金属氢化物a的最低压力比金属氢化物b的最低压力要低，金属氢化物a的最高吸氢温度和金属氢化物b的最高放氢温度的温差可以等于也可以不等于金属氢化物a的最低放氢温度和金属氢化物b的最低吸氢温度的温差，在压比一定的情况下，该数值越大系统做出的功越大；膨胀做功时采用高温高焓值的氢气，增加做功能力，压缩耗功时采用低温低焓值的氢气，降低耗功，使系统净功最大化；低温情况下，膨胀做功时采用低温低焓值的氢气，增加做功能力，压缩耗功时采用更低温更低焓值的氢气，降低耗功，使系统净功最大化；系统有两个吸氢放热状态点和两个放氢吸热状态点，通过换热氢气的循环使金属氢化物a的高温吸氢放热用于金属氢化物b的高温放氢吸热使用，通过换热氢气的循环使金属氢化物b的低温吸氢放热用于金属氢化物a的低温放氢吸热使用，使吸放氢放出和吸收的热量两两保持相等或几乎相等；虽然金属氢化物a标定的状态点只有两个，金属氢化物b标定的状态点也只有两个，但是随着吸放氢状态点的不断变化，不断从一个状态点转换到另一个状态点，两两状态点之间不断转换，通过把两种金属氢化物纳入一个系统，从而就可以形成一个循环，每个状态点均可以自行恢复，并可以对系统外做功，系统内存在四个状态点不断循环，不断在系统内部换热，从而实现一个做功循环，金属氢化物a的高温状态下吸氢放热和金属氢化物b的高温状态下放氢吸热是一组，彼此之间进行高温交换热量，金属氢化物b的低温状态下吸氢放热和金属氢化物a的低温状态下放氢吸热是一组，彼此之间低温交换热量。
本发明公开的调温预处理的做功系统，以氢气为循环工质，通过在变温器内设置金属储氢材料反应床层，利用金属储氢材料的吸氢放热及放氢吸热特性，改变做功系统中氢气循环介质的温度，进而通过压缩/膨胀机做功，驱动做功设备工作或带动发电设备发电，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系统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，将地球氢能转变为机械能从而驱动交通工具运行，实现绿色交通。此外，利用本发明公开的做功系统释放的冷量，可以为需要制冷的场所提供冷量。
附图说明
图1为本发明提供的调温预处理的做功系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1对应的金属氢化物的工作状态点图；
图3为本发明实施例2对应的金属氢化物的工作状态点图。
其中：1—高压罐、2—高压膨胀机、3—高压压缩机、4—低压膨胀机、5—低压压缩机、6—1号变温器、7—2号变温器、6’—3号变温器、7’—4号变温器、8—低压罐、9—发电机、10—B金属储氢材料反应床层、11—A金属储氢材料反应床层、12—阀门、13—换热器、24—氢气加入口、25—可燃性气体报警器、26—温度调节器、27—冷却器、28—保护罩。
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
本发明提供了一种采用氢反应床进行调温预处理的做功系统，如图1所示，该做功系统包括高压罐1、高压膨胀机2、高压压缩机3、低压膨胀机4、低压压缩机5、1号变温器6、2号变温器7、3号变温器6’、4号变温器7’、低压罐8和发电机9。
具体的，1号变温器6、2号变温器7、3号变温器6’和4号变温器7’上分别设有吸氢入口、吸氢出口、放氢入口和放氢出口。
高压罐1的出口通过阀门12连接到1号变温器6和3号变温器6’的吸氢入口，1号变温器6和3号变温器6’的吸氢出口连接到高压膨胀机2的进气口，高压膨胀机2的出气口连接到换热器13的入口，换热器13的出口通过阀门连接到2号变温器7和4号变温器7’的放氢入口，2号变温器7和4号变温器7’的放氢出口连接到高压压缩机3的进气口，高压压缩机3的出气口连接到高压罐1的入口。
低压罐8的出口连接到2号变温器7和4号变温器7’的吸氢入口，2号变温器7和4号变温器7’的吸氢出口连接到低压膨胀机4的进气口，低压膨胀机4的出气口连接到冷却器27的入口，冷却器27的出口通过阀门连接到1号变温器6和3号变温器6’的放氢入口，1号变温器6和3号变温器6’的放氢出口连接到低压压缩机5的进气口，低压压缩机5的出气口连接到低压罐8的入口。
高压膨胀机2、高压压缩机3、低压膨胀机4、低压压缩机5与发电机9通过输出轴同轴连接。在一具体实施方式中，利用高压膨胀机2或低压膨胀机4做功输出的动能带动发电机9进行发电，发电机9电路连接到外部电网或蓄电池向外供电。在实际应用中，除了可以在功率输出轴上外接发电机以外，还可以在功率输出轴上外接其他的设备，例如风机或水车等。高压膨胀机2、高压压缩机3、低压膨胀机4及低压压缩机5可以是活塞式机械，也可以是轮式机械，通过活塞式机械或轮式机械可以将系统做功输出的能量转化为其他形式的能量。
当使用气态的氢气作为图1所示的做功系统中的循环换热介质时，可以在1号变温器6和3号变温器6’中设置B金属储氢材料反应床层10，其中的B金属储氢材料为钛系金属储氢材料，例如Ti2Mn5。在2号变温器7和4号变温器7’中设置A金属储氢材料反应床层11，其中的A金属储氢材料为稀土系金属储氢材料，例如LaAl2Ni。钛系金属储氢材料组成的B金属储氢材料在120℃以下、1MPa以上吸氢放热，在-200℃以上、0.15MPa以下放氢吸热。稀土系金属储氢材料组成的A金属储氢材料在-30℃以上、2MPa以下放氢吸热，在-130℃以下、0.3MPa以上吸氢放热，四个状态点如图2所示。
对于图1所示的做功系统，该做功系统工作时将1号变温器6和2号变温器7编为一组，3号变温器6’和4号变温器7’编为另一组，分别进行高压流动循环和低压流动循环。当1号变温器6和2号变温器7与高压膨胀机2和高压压缩机3连通进行高压流动循环时，3号变温器6’和4号变温器7’与低压膨胀机4和低压压缩机5连通进行低压流动循环；而在下一个时序，通过阀门12组成的阀门组的切换，1号变温器6和2号变温器7切换连通低压膨胀机4和低压压缩机5进行低压流动循环时，3号变温器6’和4号变温器7’相应地切换连通高压膨胀机2和高压压缩机3进行高压流动循环。按时序如此切换，使得高压膨胀机2、高压压缩机3、低压膨胀机4、低压压缩机5始终保持连续稳定工作。
系统高压流动循环：高压氢气先从高压罐1进入1号变温器6或3号变温器6’，1号变温器6或3号变温器6’中的B金属储氢材料进行吸氢放出大量热量将未吸收的氢气升高到一定温度后，再送入高压膨胀机2中进行膨胀做功；膨胀做功后的氢气进入换热器向外界放出一定热量后，然后进入2号变温器7或4号变温器7’，2号变温器7或4号变温器7’中的A金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气降低到一定温度后，再送入高压压缩机3进行压缩。压缩后的氢气送回到高压罐1中。
系统低压流动循环：低压氢气先从低压罐8进入2号变温器7或4号变温器7’，2号变温器7或4号变温器7’中的A金属储氢材料进行吸氢放出大量热量将未吸收的氢气升高到一定温度后，再送入低压膨胀机4中膨胀做功；膨胀做功后的氢气进入冷却器从外界吸收一定热量后，然后进入1号变温器6或3号变温器6’，1号变温器6或3号变温器6’中的B金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气降低到一定温度后，再送入低压压缩机5进行压缩。压缩后的氢气送回到低压罐8。
本实施例中，做功系统工作时一个时序的具体过程为：高压罐1出口处2MPa，38℃的高压氢气先进入1号变温器6，1号变温器6中的B金属储氢材料吸收部分氢气放出大量热量将未吸收的氢气温度升高到120℃后，再送入高压膨胀机2中膨胀做功，高压膨胀机2出口处的氢气压力为1MPa，氢气温度为56℃。56℃、1MPa的氢气通过换热器放出部分热量后进入2号变温器7，2号变温器7中的A金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气温度降低到-30℃后，再送入高压压缩机3进行压缩，高压压缩机3出口处的氢气压力为2MPa，温度为38℃。38℃、2MPa的氢气返回高压罐1的入口，形成高压流动循环。与此同时，低压罐8出口处0.3MPa，-179℃的低压氢气先进入4号变温器7’，4号变温器7’中的A金属储氢材料吸收部分氢气放出大量热量将未吸收的氢气温度升高到-130℃后，再送入低压膨胀机4中膨胀做功，低压膨胀机4出口处的氢气压力为0.15MPa，温度为-154℃。-154℃、0.15MPa的氢气通过冷却器吸收部分热量后进入3号变温器6’，3号变温器6’中的B金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气温度降低到-200℃后，再送入低压压缩机5中进行压缩，低压压缩机5出口处的氢气压力为0.3 MPa，温度为-179℃。-179℃、0.3MPa的氢气返回低压罐8的入口，形成低压流动循环。
下一个时序，通过阀门12组成的阀门组的切换，高压罐1出口处2MPa，38℃的高压氢气先进入3号变温器6’，3号变温器6’中的B金属储氢材料吸收部分氢气放出大量热量将未吸收的氢气温度升高到120℃后，再送入高压膨胀机2中膨胀做功，高压膨胀机2出口处的氢气压力为1MPa，氢气温度为56℃。56℃、1MPa的氢气通过换热器放出部分热量后进入4号变温器7’，4号变温器7’中的A金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气温度降低到-30℃后，再送入高压压缩机3进行压缩，高压压缩机3出口处的氢气压力为2MPa，温度为38℃。38℃、2MPa的氢气返回高压罐1的入口，形成高压流动循环。与此同时，低压罐8出口处0.3MPa，-179℃的低压氢气先进入2号变温器7，2号变温器7中的A金属储氢材料吸收部分氢气放出大量热量将未吸收的氢气温度升高到-130℃后，再送入低压膨胀机4中膨胀做功，低压膨胀机4出口处的氢气压力为0.15MPa，温度为-154℃。-154℃、0.15MPa的氢气通过冷却器吸收部分热量后进入1号变温器6，1号变温器6中的B金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气温度降低到-200℃后，再送入低压压缩机5中进行压缩，低压压缩机5出口处的氢气压力为0.3 MPa，温度为-179℃。-179℃、0.3MPa的氢气返回低压罐8的入口，形成低压流动循环。
本实施例中，两个变温器中金属储氢材料吸收/放出氢气的流量为0.064kg/s，高压流动循环中循环换热氢气流量为0.76kg/s，低压流动循环中循环换热氢气流量为1.56kg/s，系统平均输出功为21kw（包括换热氢气和做功氢气的做功输出加和）。
本实施例中，换热器向外输出热量，发电机9向外输出能量，冷却器从外界吸收热量可提供冷量给外界需要冷量的设备，通过合理设置换热器向外输出的热量以及冷却器从外界吸收的热量，可保持系统内能量平衡。
本实施例提供的做功系统大约每200ms进行一次正反向流动切换，运行频率每分钟300次，冗余当量为25倍（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）。每个变温器中的金属储氢材料的量为11.9L，金属氢化物平均粒径500nm。
在实际应用中，为避免金属氢化物颗粒散落，需要在每个变温器进出口设置格栅装置，格栅装置仅允许氢气通过，不允许金属氢化物颗粒从格栅内泄露。格栅只允许一定压力、一定温度的氢气通过，不允许金属氢化物散落到格栅外。
此外，还可以为做功系统设置保护罩28，保护罩28内充填氢气，具体的，保护罩28设有可燃气体报警器25和氢气加入口24。系统一旦有氢气泄露，就会被可燃气体报警器25监测到，以便停机检修，保证安全。保护罩28加装内保温或外保温或内外保温，设备加装外保温，管道加装内保温或外保温或内外保温。氢气加入口24可以向保护罩28中补充氢气。
保护罩28设有温度调节器26，保持系统工作环境温度的稳定。
需要说明的是，除了使用气态的氢气作为做功系统的循环换热介质以外，还可以使用其他气体，例如二氧化碳作为循环换热介质。此外，还可以采用包括但不限于稳定的固体、液体的其他物质或液态有机氢化物，代替氢气作为做功系统的循环换热介质，甚至可以用液氢本身作为换热介质。换热方式既可以直接换热，也可以间壁换热，间壁换热的换热介质可以是气体、液体或固体。
本申请实施例通过柯来浦循环实现循环做功。柯来浦循环表现为两种不同性质的金属氢化物，每种金属氢化物有两个工作状态点，金属氢化物a的最低放氢温度和最高吸氢温度限定工作范围，以上两个温度可以进行调整，从而工作范围可大可小，金属氢化物b的最高放氢温度和最低吸氢温度影响做功温差，金属氢化物b的放氢吸热状态点温度低于金属氢化物a的吸氢放热状态点的温度，金属氢化物b的放氢吸热状态点压力高于金属氢化物a的吸氢放热状态点的压力，金属氢化物b的吸氢放热状态点温度高于金属氢化物a的放氢吸热状态点的温度，金属氢化物b的吸氢放热状态点压力高于金属氢化物a的放氢吸热状态点的压力，也就是说金属氢化物a的最高温度比金属氢化物b的最高温度要高，而金属氢化物a的最高压力比金属氢化物b的最高压力要低，金属氢化物a的最低温度比金属氢化物b的最低温度要低，金属氢化物a的最低压力比金属氢化物b的最低压力要低，金属氢化物a的最高吸氢温度和金属氢化物b的最高放氢温度的温差可以等于也可以不等于金属氢化物a的最低放氢温度和金属氢化物b的最低吸氢温度的温差，在压比一定的情况下，该数值越大系统做出的功越大。膨胀做功时采用高温高焓值的氢气，增加做功能力，压缩耗功时采用低温低焓值的氢气，降低耗功，使系统净功最大化。低温情况下，膨胀做功时采用低温低焓值的氢气，增加做功能力，压缩耗功时采用更低温更低焓值的氢气，降低耗功，使系统净功最大化。系统有两个吸氢放热状态点和两个放氢吸热状态点，通过换热氢气的循环使金属氢化物a的高温吸氢放热用于金属氢化物b的高温放氢吸热使用，通过换热氢气的循环使金属氢化物b的低温吸氢放热用于金属氢化物a的低温放氢吸热使用，使吸放氢放出和吸收的热量两两保持相等或几乎相等。虽然金属氢化物a标定的状态点只有两个，金属氢化物b标定的状态点也只有两个，但是随着吸放氢状态点的不断变化，不断从一个状态点转换到另一个状态点，两两状态点之间不断转换，通过把两种金属氢化物纳入一个系统，从而就可以形成一个循环，每个状态点均可以自行恢复，并可以对系统外做功，系统内存在四个状态点不断循环，不断在系统内部换热，从而实现一个做功循环，金属氢化物a的高温状态下吸氢放热和金属氢化物b的高温状态下放氢吸热是一组，彼此之间进行高温交换热量，金属氢化物b的低温状态下吸氢放热和金属氢化物a的低温状态下放氢吸热是一组，彼此之间低温交换热量，以上实现对外做功的系统循环就定义为柯来浦循环的一种。
柯来浦循环定义为至少两种金属氢化物，存在至少四个状态点，至少四个状态点的吸氢放热和放氢吸热在系统内通过循环换热介质保持或基本保持热量平衡，即某一状态点的吸氢放热的热量利用循环换热介质传给其他三个状态点中的放氢吸热过程。
至少存在的四个状态点中的放氢吸热状态不用或基本上不用向环境中吸热，而是将至少四个状态点中的吸氢放热的热量传递给至少四个状态点中的放氢吸热过程；
至少存在的四个状态点中的吸氢放热状态不用或基本上不用向环境中散热，而是将热量传递给存在的至少四个状态点中的放氢吸热过程，而存在的至少四个状态点中放氢吸热过程完全能够或几乎完全能够接收传递过来的热量。
至少四个状态点中的吸氢放热状态点可以将热量传递给放氢吸热状态点，以上热量基本上都是内部平衡，全部或绝大部分吸放热的热量平衡在系统内部完成，几乎不需要向环境中散热或从环境中吸热。
通过至少四个状态点形成的做功循环，能够使系统做功，做功的形式是利用氢气作为介质做功，至少四个状态点可以使氢气的温度-压力进行循环变化，从而形成做功循环，做功设备既可以是叶轮式回转机构也可以活塞式或其他形式。至少四个状态点通过做功循环，吸氢放热状态点和放氢吸热状态点都可以恢复成原来的状态点。允许系统向环境中释放低温冷量，从环境中吸热。
除了使用气态的氢气作为做功系统的循环换热介质以外，还可以使用其他气体作为循环换热介质。此外，还可以采用包括但不限于稳定的固体、液体的其他物质或液态有机氢化物，代替氢气作为做功系统的循环换热介质，甚至可以用液氢本身作为换热介质。换热方式既可以直接换热，也可以间壁换热，间壁换热的换热介质可以是气体、液体、固体或以上的混合物或两两混合物。
实施例2
本实施例与实施例1的工作流程完全相同，不同的是调整了系统的工作参数。其中B金属储氢材料在120℃以下、1MPa以上吸氢放热，在-147.7℃以上、0.15MPa以下放氢吸热。A金属储氢材料在48.9℃以上、2MPa以下放氢吸热，在20℃以下、0.3MPa以上吸氢放热，四个状态点如图3所示。
本实施例中，做功系统工作时一个时序的具体过程为：高压罐1出口处2MPa，34℃的高压氢气先进入1号变温器6，1号变温器6中的B金属储氢材料吸收部分氢气放出大量热量将未吸收的氢气温度升高到120℃后，再送入高压膨胀机2中膨胀做功，高压膨胀机2出口处的氢气压力为1MPa，氢气温度为56℃。然后56℃、1MPa的氢气通过换热器放出部分热量后进入2号变温器7，2号变温器7中的A金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气温度降低到-33℃后，再送入高压压缩机3进行压缩，高压压缩机3出口处的氢气压力为2MPa，温度为34℃。34℃、2MPa的氢气返回高压罐1的入口，形成高压流动循环。与此同时，低压罐8出口处0.3MPa，-111℃的低压氢气先进入4号变温器7’，4号变温器7’中的A金属储氢材料吸收部分氢气放出大量热量将未吸收的氢气温度升高到-20℃后，再送入低压膨胀机4中膨胀做功，低压膨胀机4出口处的氢气压力为0.15MPa，温度为-62℃。然后-62℃、0.15MPa的氢气通过冷却器吸收部分热量后进入3号变温器6’，3号变温器6’中的B金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气温度降低到-147.7℃后，再送入低压压缩机5中进行压缩，低压压缩机5出口处的氢气压力为0.3 MPa，温度为-111℃。-111℃、0.3MPa的氢气返回低压罐8的入口，形成低压流动循环。
下一个时序，通过阀门12组成的阀门组的切换，高压罐1出口处2MPa，34℃的高压氢气先进入3号变温器6’，3号变温器6’中的B金属储氢材料吸收部分氢气放出大量热量将未吸收的氢气温度升高到120℃后，再送入高压膨胀机2中膨胀做功，高压膨胀机2出口处的氢气压力为1MPa，氢气温度为56℃。然后56℃、1MPa的氢气通过换热器放出部分热量后进入4号变温器7’，4号变温器7’中的A金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气温度降低到-33℃后，再送入高压压缩机3进行压缩，高压压缩机3出口处的氢气压力为2MPa，温度为34℃。34℃、2MPa的氢气返回高压罐1的入口，形成高压流动循环。与此同时，低压罐8出口处0.3MPa，-111℃的低压氢气先进入2号变温器7，2号变温器7中的A金属储氢材料吸收部分氢气放出大量热量将未吸收的氢气温度升高到-20℃后，再送入低压膨胀机4中膨胀做功，低压膨胀机4出口处的氢气压力为0.15MPa，温度为-62℃。然后-62℃、0.15MPa的氢气通过冷却器吸收部分热量后进入1号变温器6，1号变温器6中的B金属储氢材料进行放氢吸收大量热量使氢气温度降低到-147.7℃后，再送入低压压缩机5中进行压缩，低压压缩机5出口处的氢气压力为0.3 MPa，温度为-111℃。-111℃、0.3MPa的氢气返回低压罐8的入口，形成低压流动循环。
本实施例中，两个变温器中金属储氢材料吸收/放出氢气的流量为0.064kg/s，高压流动循环中循环换热氢气流量为0.73kg/s，低压流动循环中循环换热氢气流量为0.71kg/s，系统平均输出功为38kw。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。