МЕТАЛЛОГИДРИДНЫЙ ПАТРОН С ГОФРИРОВАННОЙ ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА

Предлагаемая полезная модель относится к области энергетики, а точнее к устройствам для аккумулирования водорода в твердофазном связанном состоянии и может быть использовано для хранения водорода в различных областях народного хозяйства.
Известен способ (патент США №6997242, класс МПК F28D 15/00, F25B 17/08) заключающийся во введении в засыпку элементов с высокой теплопроводностью выполненных преимущественно из меди и спеченных с водородопоглощающим материалом, что приводит к увеличению эффективной теплопроводности засыпки в целом. Недостатком этого способа является существенное снижение водородной емкости засыпки.
Наиболее близким к предложенной полезной модели является техническое решение, представляющее собой канистру, заполненную засыпкой водородопоглощающего сплава, с введенными в нее трубками, предпочтительно спиралевидными, являющимися каналами для течения теплоносителя. Недостатком подобного решения является сложность конструкции, нерешенный вопрос с введением трубок с теплоносителем в герметизируемый заполненный водородом объем и увеличение массо-габаритных характеристик устройств (патент США №7241331, класс МПК В01D 53/02, прототип).
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу повышения эффективности теплопереноса в металлогидридном устройстве, что уменьшает
вредное влияние низкой эффективной теплопроводности водородопоглощающего сплава на работу устройства.
Поставленная техническая задача решается тем, что металлогидридный патрон для хранения водорода представляет собой прочный герметичный корпус, внутри которого расположены одна или более трубок для подачи теплоносителя отличающийся тем, что герметичный корпус выполнен из гибкого металлического гофрированного шланга, и внешняя поверхность трубок и внутренняя поверхность корпуса образуют замкнутый зазор, заполненный водородопоглощающим материалом, и на обоих концах корпуса устроены жесткие герметичные камеры, предназначенные для закрепления трубок подачи теплоносителя и обустройства клапана для впуска и выпуска водорода, перед которым установлен пористый фильтр, проницаемый для водорода и непроницаемый для частиц водородопоглощающего материала.
Технический результат: предлагаемый металлогидридный патрон позволяет интенсифицировать теплоперенос в устройствах хранения водорода, повысить эффективность работы, безопасность и технологичность конструкции устройств.
Среди существующих и разрабатываемых технологий хранения водорода наиболее приемлемой и безопасной может оказаться металлогидридная, основанная на уникальных свойствах некоторых твердофазных водородопоглощающих материалов, например, интерметаллических сплавов, избирательно и обратимо поглощать водород. При этом основная масса водорода в системе находится в связанном твердофазном состоянии, что обеспечивает
повышенную безопасность при эксплуатации. Водород поглощается веществом с отводом тепла и выделяется при нагреве.
2
В активированном состоянии сплавы представляют собой порошкообразные засыпки с размером частиц до 1-10 мкм, характеризуемые низкой эффективной теплопроводностью (менее 1 Вт/м К, что в сочетании с высоким значением скрытой теплоты реакции поглощения/выделения водорода (25-70 кДж/моль Н) приводит к затрудненному теплопереносу в металлогидридных устройствах, в результате чего увеличиваются времена зарядки и разрядки, снижается эффективность работы. Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу организации эффективного теплопереноса в металлогидридных устройствах.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется схемой, показанной на фиг.1:
Прочный герметичный корпус 1, выполненный из гибкого металлического гофрированного шланга, внутри которого размещена трубка 2 для подачи теплоносителя таким образом, что внешняя поверхность трубки и внутренняя поверхность корпуса образуют замкнутый зазор 3, заполненный водородопоглощающим материалом, и на обоих концах корпуса установлены жесткие герметичные камеры 4 и 5, в которых выполнены отверстия для подсоединения к подводам/отводам теплоносителя и водорода, предназначенные для закрепления трубок подачи теплоносителя и присоединения клапана для впуска и выпуска водорода, перед которым установлен пористый фильтр 6,
проницаемый для водорода и непроницаемый для частиц водородопоглощающего материала.
Работа патронов осуществляется следующим образом. Отверстие в камере 4, соединенной с заполненным водородопоглощающим материалом зазором 3, подсоединяется к клапану впуска и выпуска водорода, соединенному с коллектором подачи водорода, отверстия в камере 5, соединенной с внутренней полостью трубки 2, соединяются с коллекторами подачи и отвода теплоносителя. Для зарядки патрона водородом в него через отверстие в камере 3 подают водород под давлением, превосходящим давление насыщения при заданной температуре хранения водорода, и внутри трубки 2 организуется протекание холодного теплоносителя с целью охлаждения патрона до заданной температуры хранения водорода. Разрядка патрона осуществляется путем подачи внутрь трубки 2 через камеру 4 горячего теплоносителя с температурой, соответствующей необходимому равновесному давлению водорода над сплавом, при этом выделяющийся водород выходит через отверстие в камере 3 в коллектор подачи водорода. Таким образом, согласно предлагаемой полезной модели впускной и выпускной коллекторы теплоносителя и коллектор водорода оказываются разнесены по разные стороны металлогидридного патрона. Разнесение водородного коллектора и коллекторов теплоносителя позволяет уменьшить герметизируемый объем, заполненный водородом под давлением, и упростить конструкцию коллекторов теплоносителя, что повышает безопасность и технологичность изделия. Чтобы сплав не скапливался у одного из торцов
патрона, что может привести к его механическому разрушению из-за увеличения объема засыпки, патроны следует располагать горизонтально.
Преимуществом указанной конструкции металлогидридного патрона является интенсификация теплопереноса в засыпке водородопоглощающего материала, связанная с многократным увеличением поверхности теплообмена за счет использования в качестве внешней стенки патрона гофрированного шланга. При этом конструкция позволяет использовать стандартные гофрированные металлические шланги, производимые промышленностью. Из металлогидридных патронов описанной конструкции легко создавать реакторы хранения водорода различной емкости, собирая патроны внутри кожухов различной формы, образуя кожухотрубный теплообменник нужной конфигурации.