现代社会对能源的需求不断增长，但同时却伴随着不可再生的化石能源的日渐枯竭，这使得提高能源利用率，尤其是中低温工业余热的回收利用成为了目前科研工作的重要途径。本文所研究的金属氢化物热泵是通过可逆的吸氢与放氢化学反应过程来完成整个热泵的循环操作，是实现中低温热量回收利用的一项高效技术方案。与传统的压缩式或吸收式热泵相比，金属氢化物热泵具有无毒害、无噪音、可靠性强、运行寿命长、操作弹性大、环境友好等优点，是热能回收利用中一个具有广阔发展前景的领域。　　　　金属氢化物热泵作为流动、传热与反应的高效能量转换核心，其工作过程非常复杂且动态性强，故热泵的动态性能不仅受材料颗粒尺寸、形状、孔隙率、晶型、有效导热系数等反应换热单元的微观结构影响，而且还与反应器结构类型、设备尺寸、操作条件等宏观参数密切相关。其中，金属氢化物热泵反应器作为反应单元与换热单元的统一体，是实现能量转换与回收利用的核心，因而氢化/脱氢反应器及反应动力学研究是金属氢化物热泵开发与应用的关键。然而在实际的La-Ni系金属氢化物氢化/脱氢反应中，存在有较大的合金晶胞体积膨胀/收缩的情况，现有的动力学模型并未考虑该参数对反应速率的影响。针对这一因素带来的模型偏差，本文新引入了反映金属氢化物动力学反应固相灰层体积变化的晶胞变形因子，提出了考虑固相晶胞体积变化条件下的金属氢化物氢化/脱氢反应的动力学修正模型方程。　　　　基于工业化学热泵反应体系的合理简化与假设，在充分考虑氢化/脱氢反应过程的热处理、中毒、外扩散等影响因素并在实验中消除其干扰的前提下，采用恒温热重分析法开展了La-Ni系金属氢化物的反应动力学实验，并应用高压反应釜、热分析仪等设备进行了氢化/脱氢反应动力学速率的测定。根据工业操作条件与应用场合，在未反应核缩减模型的基础上，建立了描述金属氢化物热泵动态工作过程的氢化/脱氢反应动力学修正模型，并将传统缩核模型与动力学修正模型进行了认真的对比校验。实验结果表明，新建立的动力学修正模型与实验数据相符且具有更高的精度，能更好地描述金属氢化物热泵的动态反应过程。　　　　通过对国内外现有反应器包括管式、盘式和高压釜式等的总结与分析，提出了一种适用于工业余热回收用的新型环盘式化学热泵反应器，并依据工业操作条件及适用范围对其内部结构进行了具体设计。反应器采用圆环、圆盘两种交替形式的反应器内填充金属氢化物，反应环、盘的面积取壳体截面积的50%~80%，间距取壳体公称直径的0.1~0.3倍，环、盘的厚度取10~50mm。该设计综合了现有热泵反应器的优点，具有装填量大、反应传热快、操作弹性大、阻力小、调控方便等特点。　　　　对本文设计出的环盘式反应器采用多元价值取向模型对设计方案进行了系统的分析评估，得出其综合优度目标参数指标明显优于其他类型（D4=0.898）；采用有限容积法对描述反应器动态过程的非局部热平衡模型进行了离散求解，模拟得到的温度和反应分数分布证明该热泵反应器的工作过程快速均匀，适于中低温工业余热的回收利用，因而具有重要的研究意义与工业应用价值。模拟结果同时表明，氢化/脱氢过程反应传热过程有较明显的不对称性，为平衡此工程不对称性，应尽可能强化氢化过程的传热速率以及脱氢过程的反应速率，为金属氢化物热泵的后续研究与工程应用提供了理论与实验研究的基础。