МЕТАЛЛОГИДРИДНЫЙ РЕАКТОР ХРАНЕНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДОРОДА

Предлагаемая полезная модель относится к области энергетики, а точнее к устройствам для аккумулирования водорода в твердофазном связанном состоянии и может быть использована 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 массогабаритных характеристик устройств (патент США №7241331, класс МПК B01D 53/02, прототип).
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу обеспечения фильтрации смеси газов, содержащие водород, через засыпку водородопоглощающего материала и повышения эффективности отвода тепла реакции гидрирования от засыпки, что уменьшает вредное влияние низкой эффективной теплопроводности водородопоглощающего материала на работу устройства.
Поставленная техническая задача решается тем, что металлогидридный реактор для хранения и очистки водорода состоит из прочного герметичного корпуса, заполненного интерметаллическим сплавом, способным образовывать обратимый металлогидрид, внутри корпуса расположен жидкостный теплообменник, в корпусе выполнены два отверстия сверху и снизу, в которых установлены пористые фильтры, проницаемые для газа и непроницаемые для частиц интерметаллического сплава, корпус снаружи закрыт кожухом, в пространстве между корпусом и кожухом обустроен жидкостный теплообменник.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение поглощения водорода из газовой смеси путем избирательной абсорбции водорода интерметаллическим материалом с образованием металлогидрида, и интенсификация теплопереноса при отводе теплоты реакции гидрирования, что позволяет 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 чертежом, показанным на фиг. 1. Металлогидридный реактор для хранения и очистки водорода состоит из прочного герметичного корпуса 1, заполненного интерметаллическим сплавом 2, способным образовывать обратимый металлогидрид, внутри корпуса расположен жидкостный теплообменник 3, в корпусе выполнены два отверстия сверху 4 и снизу 5, в которых установлены пористые фильтры 6, проницаемые для газа и непроницаемые для частиц интерметаллического сплава, корпус 1 снаружи закрыт кожухом 7, в пространстве между корпусом и кожухом обустроен жидкостный теплообменник 8, теплообменники 3 и 8 гидравлически сообщаются друг с другом и оснащены входным 9 и выходным 10 трубками для подачи воды.
Работа реактора осуществляется следующим образом. Отверстие 4 в корпусе 1 соединяется с системой подачи газовой смеси. Для зарядки реактора водородом в него через отверстие 4 подают водород или газовую смесь, содержащую водород, под давлением, превосходящим давление насыщения при заданной температуре хранения водорода, в теплообменник 3 через трубку 9 подают охлаждающую воду, текущую далее в теплообменник 8 и вытекающую через трубку 10. При этом отверстие 5 в корпусе 1 соединяется с системой отвода газа, где давление ниже, чем давление внутри корпуса, что приводит к фильтрации газа через засыпку водородопоглощающего материала. При протекании смеси через реактор водород избирательно поглощается, а обедненная смесь покидает реактор. Чистый водород может быть в последствии разряжен из реактора. Разрядка реактора осуществляется путем подачи в теплообменники 3 и 8 горячей воды, при этом выделяющийся чистый водород отбирается из реактора через отверстие 4 или 5. Таким образом, согласно предлагаемой полезной модели обеспечивается протекание смеси, содержащей водород, через слой водородопоглощающего материала, и при этом водородопоглощающий материал интенсивно охлаждается или нагревается, что обеспечивает эффективное протекание реакции взаимодействия материала с водородом.