[科普中国]-金属氢化物热泵

金属氢化物热泵是指通过在两种平衡特性不同的贮氢合金之间交替吸收和放出氢气，利用其热效应使周围介质加热或冷却的装置。它可把热量从低温区送到高温区，用于加热或致冷，从而为低温热源如工业废热、地热等的开发利用提供途径。

简介金属氢化物热泵是指通过在两种平衡特性不同的贮氢合金之间交替吸收和放出氢气，利用其热效应使周围介质加热或冷却的装置。它可把热量从低温区送到高温区，用于加热或致冷，从而为低温热源如工业废热、地热等的开发利用提供途径1。

研究历史近10多年来，氢热泵得到了迅速发展，在可逆熟化学循环领域里，吸收式氢热泵巳成为金属氢化物应用中的一个富有吸引力的分支。与其它类型的热泵相比，氯热泵无机槭运动部件，适用温度范围很宽(从-50°C到几百摄氏度)，可利用低品位废热和太阳能等。节约能耗，在一个系统中可适用空调制冷、增热、升温和能盘转换等多种功能。此外，作为CFCs制冷方法的替代制冷方祛，很有竞争力，并对保护臭氧层、减少酸雨和减缓温室效应等环境保护有重大作用。已有许多试验的和实用的氢热泵装置，如1976年美国L.Z.Terry提出氢热泵制冷的第-一个专利。1976年美国阿贡实验室建成HYCSOS系统，集增热采暖、 空调制冷和能量转换于一体，美国于80年代初就建成制冷量为3.489kW和供热量为3.5kW的升温装置。西德从1981年开始组建一支用氢热泵空调的汽车队和家用氢热泵系统。日本的研究规模最大，也最有成效，已建成348.9kW的氡热泵。我国在金属氢化物材料研究方面巳取得重大成就，在863计划的资助下，我校开展利用金属氢化物的空调制冷装置研究，主要技术指标为;夏天空调室面积18~25m',空调温度24~28°C，制冷能力3.489kW。

研究进展人类面临着能源危机，作为主要能源的石油，煤炭和天然气由于长期的过量开采已濒临枯竭。由于一次能源越来开越难以适应人类生存和发展需要，继续寻找和开发新能源，如太阳能，生物质能，氢能，风能，潮汐能，地热能及核能等。在众多的新能源中，氢能因其资源丰富，发热值高，清洁及热效率高等优点收到特别重视，因此21世纪被认为是氢能时代。氢气是输运和储存是氢技术难以广泛应用的难题之一。金属氢化物的储氢密度与液氢相同或者更高，储氢效率高。从安全性，输运和储存等几个反方面综合衡量，储氢合金具有广泛的应用前景1。

优点金属氢化物热泵是美国学者Terry提出的，它具有以下优点：

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系统工作时只有气固相作用，因而无腐蚀，且由于无运动部件，因而无磨损，无噪声；

③系统工作温度范围大，不存在氟利昂对大气臭氧层的破坏作用；

④可达到夏季制冷冬季采暖双效作用。

由于以上优点，因而作为热泵材料的金属氢化物发展迅速2。

原理金属氢化物热泵的原理是通过氢气与储氢材料之间的可逆化学反应，利用金属氢化物吸热放氢和吸氢放热的特点，通过交替加热冷却，实现加热或制冷的目的。其过程可用以下反应式来表示，即：

M+H2⇌MHx+∆H

反应式中M为储氢材料，NHx为对应的金属氢化物，∆H为氢化物生成焓变。用于热泵的金属氢化物满足Vant`tHoff方程，即：

式中P为氧化物平衡压力，△S为氢化物分解熵变，R为气体常数，Fs为表示坪域平坦性的参数，Fh为表示坪域滞后性的参数，Xo为吸储氢的最大量（H∕合金），Xf吸储氢量（H∕合金）。
氢化物热泵式以氢气（H2）为工作介质，以贮氢材料作为能连转换材料，由同温度下分解压不同的两种氢化物组成的热力循环系统，利用他们的平衡压差来去动氢气流动，是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3。

本词条内容贡献者为:

杨明 - 副教授 - 西南大学