ГЕНЕРАТОР ВОДОРОДА

Полезная модель относится к энергетическому оборудованию и может использоваться для получения водорода, как в стационарных установках, так и на транспорте.
Известен генератор водорода, работающий на гидролизе с твердом реагентом содержит контейнер с твердым реагентом, помещенный в реакционный сосуд, имеющий магистраль выдачи водорода, магистраль подачи жидкого регента, теплообменник для отвода тепла реакции и пусковой нагреватель жидкости, перепускная емкость сообщающаяся в нижней части с реакционным сосудом через запорный элемент, магистраль наддува, магистраль жидкого реагента подсоединена к перепускной емкости, в которой размещен пусковой нагреватель, а также датчик температуры жидкости, при этом твердый реагент распределен по высоте столба жидкого реагента, реакционный сосуд и перепускная емкость выполнены в виде двух коаксиальных цилиндрических сосудов, вложенных друг в друга, а реакционный сосуд размещен внутри, контейнер с твердым реагентом выполнен в виде нескольких пластин твердого реагента с переменной шириной, которая уменьшается от верхней части пластины к низу, и дополнительно введены компрессор, вакуумный насос, пять электроуправляемых клапанов, датчик давления, блок управления с программным блоком, причем магистраль наддува соединена через второй электроуправляемый клапан с выходом компрессора, через третий электроуправляемый клапан со входом вакуумного насоса и атмосферной линией на которой установлен первый электроуправляемый клапан, четвертый электроуправляемый клапан установлен на линии вывода водорода, пятый электроуправляемый клапан установлен на магистрали подачи жидкого реагента, а датчик давления установлен на магистрали наддува и соединен через блок управления с программным блоком, который управляет работой компрессора, вакуумного насоса и всеми пятью электроуправляемыми клапанами [Патент РФ №65040, МПК: С01В 3/08, опубл. 27.07.2007 г, Бюл. №21, авторы: Носырев Д.Я., Балакин Д.С].
Недостатком известного устройства является большая энергоемкость системы терморегулирования генератора, небольшая тепловая эффективность.
Известен также генератор водорода, работающий на гидролизе с твердым реагентом содержащий, корпус с реактором, линию выдачи водорода с расходомером водорода и электроуправляемым клапаном, линию сброса продуктов реакции с электроуправляемым клапаном, линию подачи щелочи с электроуправляемым клапаном, в генератор водорода дополнительно введены реактор с быстроразъемными креплениями внутри него и с верхними и нижними крышками, мешалки с приводом, конусы с осевыми резьбовыми отверстиями и на них подвижные перфорированные цилиндры и неподвижные перфорированные цилиндры со спицами в верхней части, причем корпус генератора выполнен овальной формы и в нем с одинаковым зазором к его стенкам и друг другу размещены цилиндрические реакторы, в верхней внутренней части реактора по окружности на равном расстоянии друг от друга жестко установлено не менее четырех быстроразъемных креплений, к которым закреплены соостно корпусу спицами неподвижные перфорированные цилиндры, по оси каждого реактора размещена мешалка, нижняя часть которой проходит через вершину конуса и соединена с приводом, а на конусе с одинаковым зазором к неподвижному перфорированному цилиндру и стенке реактора жестко установлен подвижный перфорированный цилиндр, а линия подачи щелочи в реактор соединена с линией ее слива [Патент РФ №90061, МПК: С01В 3/08, опубл. 27.12.2009 г., Бюл. №36, авторы: Носырев Д.Я., Балакин Д.С.]
Недостатком этого генератора водорода является периодический режим его работы, отсутствие мягкой расходной характеристики и недостаточное быстродействие.
Техническим результатом является обеспечение возможности поддержания и регулирования генератора водорода в широком диапазоне режимов, а также обеспечение непрерывности его работы с плавным переключением режимов, что обеспечивает «мягкую» расходную характеристику.
Технический результат достигается тем, что в генератор водорода, работающий на гидролизе с твердым реагентом, содержащий корпус с реакторами, линию выдачи водорода с расходомером водорода и первым электроуправляемым клапаном, линию сброса продуктов реакции со вторым электроуправляемым клапаном, линию подачи щелочи с третьим электроуправляемым клапаном, согласно полезной модели, дополнительно введены программатор, блок управления, шесть электроуправляемых клапанов, накопительная емкость с запасом щелочного раствора, выход которой соединен со входом реактора, резервная емкость для водорода, которая установлена на линии выхода из реактора, система охлаждения реактора, которая состоит из последовательно соединенных водяного циркуляционного насоса, выход которого соединен с входом реактора и бака с запасом воды, первый вход которого соединен с линией заправки воды через восьмой электроуправляемый клапан, а второй вход соединен с выходом реактора через седьмой электроуправляемый клапан, накопитель продуктов реакции, измерительный блок, который состоит из двух датчиков температуры, трех датчиков давления и двух датчиков дифференциального давления, расходомеры, которые установлены на линиях подачи воды и щелочи, при этом накопительная емкость в нижней части подключена к реактору через шестой электроуправляемый клапан, а в верхней части - к линии подачи щелочи через третий электроуправляемый клапан и к линии подачи воды через четвертый электроуправляемый клапан, резервная емкость с запасом водорода соединена с линией выдачи водорода через девятый электроуправляемый клапан, а с емкостью с запасом щелочного раствора через пятый электроуправляемый клапан, дифференциальные датчики давления подключены к нижней и верхней части реактора и накопительной емкости с запасом щелочного раствора, датчики давления подключены к реактору и накопительной емкости с запасом щелочного раствора, датчики давления и температуры установлены на линии выдачи водорода и на системе охлаждения реактора, выходы измерительного блока и расходомеров подключены к входам блока управления, а циркуляционный насос и электроуправляемые клапаны подключены к выходам блока управления, который соединен с программатором.
На фиг. приведена принципиальная схема генератора водорода.
Генератор водорода содержит корпус 1 с реакторами 2 и контур охлаждения 3, электроуправляемые клапаны 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, а также предохранительный клапан 13, накопительную емкость с запасом щелочного раствора 14, резервную емкость с запасом водорода 15, датчики давления 16, 17, 18 и температуры 19, 20 водорода, систему охлаждения реакторов 21, водяной циркуляционный насос 22, соединенный с баком с запасом воды 23, расходомеры 24, 25, 26, дифференциальные датчики давления 27 и 28, измерительный блок 29, а также блок управления 30, который соединен с программатором 31.
Генератор водорода работает следующим образом.
Перед запуском генератора водорода реакторы 2, расположенные в корпусе 1, заполняют твердым гранулированным реагентом. В накопительную емкость 14 через расходометр 25 и четвертый электроуправляемый клапан 7 на линии подачи воды, а через расходометр 26 и третий электроуправляемый клапан 6 подают щелочь (например NaOH) для получения щелочного раствора концентрацией 20-25%. Уровень щелочного раствора контролируют по показанию дифференциального датчика давления 28 и датчика давления 17. Бак с запасом воды 23 через восьмой электроуправляемый клапан 11 по линии заправки воды заполняют водой. Резервная емкость с запасом водорода 15 заполнена водородом при предыдущей работе генератора водорода.
Перед запуском генератора водорода все электроуправляемые клапаны находятся в закрытом положении. При запуске открывают седьмой электроуправляемый клапан 10, включают циркуляционный насос 22 и заполняют систему охлаждения 21 и контур охлаждения 3 водой. Температуру и давление в системе охлаждения контролируют с помощью датчиков давления 18 и температуры 20. Далее открывают первый электроуправляемый клапан 4, находящийся на линии выдачи водорода, пятый электроуправляемый клапан 8, находящийся на линии подачи водорода в накопительную емкость с запасом щелочного раствора 14 и шестой электроуправляемый клапан 9, находящийся на линии подачи щелочного раствора в реакторы 2. Щелочной раствор из накопительной емкости 14, под давлением водорода из резервной емкости 15 поступает в один из реакторов 2. Уровень щелочного раствора в реакторах 2 контролируют с помощью дифференциального датчика давления 27. После заполнения реакторов 2 шестой электроуправляемый клапан 9 закрывают. В реакторах 2 начинается процесс образования водорода, который поступает через линию выдачи водорода с расходометром 24 и первым электроуправляемым клапаном 4 к потребителю. Давление и температуру водорода контролируют с помощью датчиков температуры 19 и давления 16, а расход - с помощью расходомера 24. Для повышения давления в резервной емкости с запасом водорода 15 закрывают первый электроуправляемый клапан 4, находящийся на линии выдачи водорода и открывают девятый электроуправляемый клапан 12, находящийся на линии подачи водорода. Давление в резервной емкости с запасом водорода 15 повышается. Давление контролируется с помощью датчика давления 16, установленного на линии выдачи водорода. При достижении заданного давления девятый электроуправляемый клапан 12 закрывают, а первый электроуправляемый клапан 4 открывают и водород поступает к потребителю.
Заданный режим работы в генераторе водорода контролируют на линии выдачи водорода датчики температуры 19, давления 16 и расходомер 24, а также с помощью датчиков температуры 20 и давления 18 в системе охлаждения 21 реакторов 2, а предохранительный клапан 13 поддерживает заданный режим в генераторе водорода. Для поддержания заданного режима работы генератора водорода изменяют уровень щелочного раствора в реакторах 2. Для увеличения производительности открывают пятый электроуправляемый клапан 8 и шестой электроуправляемый клапан 9, после чего щелочной раствор из накопительной емкости с запасом щелочного раствора 14 поступает в реакторы 2. Повышается уровень щелочного раствора в реакторах 2, который контролируют с помощью дифференциального датчика давления 27.
Производительность реакторов 2 контролируют с помощью расходомера 24, находящегося на линии выдачи водорода. После достижения заданной производительности пятый электроуправляемый клапан 8 и шестой электроуправляемый клапан 9 закрывают.
Для уменьшения производительности генератора водорода открывают девятый электроуправляемый клапан 12, находящийся на линии подачи водорода и шестой электроуправляемый клапан 9, находящийся на линии подачи щелочного раствора, а первый электроуправляемый клапан 4, находящийся на линии выдачи водорода прикрывают. Давление в реакторах 2 повышается. Щелочной раствор перетекает из реакторов 2 в накопительную емкость с запасом щелочного раствора 14. Уровень электролита в реакторах 2 понижается. Производительность генератора водорода понижается.
Производительность контролируют с помощью расходомера 24, находящегося на линии выдачи водорода. После достижения заданной производительности закрывают девятый электроуправляемый клапан 12 и шестой электроуправляемый клапан 9, а первый электроуправляемый клапан 4 подрегулируют. Для обеспечения необходимой производительности генератора водорода в режиме автостабилизации открывают шестой электроуправляемый клапан 9, находящийся на линии подачи щелочного раствора. При увеличении производительности генератора водорода увеличивается давление по показаниям дифференциального датчика 28 и щелочной раствор перетекает в накопительную емкость с запасом щелочного раствора 14, производительность уменьшается. При уменьшении производительности давление в реакторах 2 уменьшается, щелочной раствор из накопительной емкости с запасом щелочного раствора 14 перетекает в реакторы 2, производительность увеличивается.
Перед выключением генератора водорода повышают давление в резервной емкости с запасом водорода 15. Для этого закрывают первый электроуправляемый клапан 4, находящийся на линии выдачи водорода и шестой электроуправляемый клапан 9, находящийся на линии подачи щелочного раствора и открывают девятый электроуправляемый клапан 12, находящийся на линии подачи водорода. Давление водорода в реакторах 2 и резервной емкости с запасом водорода 15 повышается. После достижения заданного давления закрывают девятый электроуправляемый клапан 12 и открывают шестой электроуправляемый клапан 9. Под давлением водорода в реакторах 2 щелочной раствор вытесняется в накопительную емкость с запасом щелочного раствора 14. Процесс образования водорода в реакторах 2 прекращается. После этого выключают циркуляционный насос 22.
Для слива продуктов реакции открывают второй электроуправляемый клапан 5. Под давлением водорода в реакторах 2 продукты реакции сбрасываются в накопитель (условно не показан). После этого закрывают второй электроуправляемый клапан 5.
Выходы Дифференциальные датчики давления 27 и 28, датчики давления 16, 17, 18 и температуры 19, 20 и расходомеров 24, 25, 26 подключены к входам блока управления 30, а циркуляционный насос и электроуправляемые клапаны 4 12 подключены через измерительный блок 29 к выходам блока управления 30, который соединен с программатором 31.
Предлагаемый генератор водорода позволяет обеспечить плавное переключение режимов работы, что обеспечивает «мягкую» расходную характеристику.