ГЕНЕРАТОР ВОДОРОДА

Полезная модель относится к области неорганической химии и может быть использовано как для обеспечения водородом энергетических установок прямого использования водорода, так и при работе в комплекте с топливными элементами.
Известно устройство для получения водорода, содержащее герметичный корпус, внутри которого соосно вертикально закреплена перегородка оболочковой формы, разделяющая объем корпуса на центральную (реакционную) зону с расположенными внутри нее твердометаллическим и жидким реагентами и периферийную зону, содержащую жидкий реагент, при этом крышка корпуса оснащена патрубками для заправки реагентов и выдачи водорода и датчиком давления газовой среды внутри корпуса. (Патент РФ №2060928, МПК С01В 3/08, опуб. 27.05.1996, Б.И. №15, авторы: Константиновский В.А. и др., «Способ получения водорода и устройство для его осуществления»).
Недостатками данного устройства является сложность конструкции и низкая эффективность работы генератора водорода в виду того, что при чрезмерно высоком росте давления приходится сбрасывать часть генерируемого водорода в атмосферу через предохранительный клапан.
Известен генератор водорода, содержащий герметичный корпус, внутри которого соосно вертикально закреплена перегородка оболочковой формы, разделяющая объем корпуса на центральную (реакционную) зону с расположенными внутри нее корзиной для твердометаллического реагента, которая крепится к крышке загрузочного патрубка твердометаллического реагента, и жидким реагентами и периферийную зону, содержащую жидкий реагент, при этом крышка корпуса оснащена патрубками для заправки реагентов и выдачи водорода, перегородка плотно закреплена к днищу корпуса и с зазором к его крышке, побудитель движения жидкого реагента установлен на трубопроводах, соединяющих центральную и периферийную зоны, датчик давления расположенный на линии выхода водорода потребителю, электронный блок регулирования, связанный с регулятором давления и побудителем движения жидкости. (Патент RU №2385288, МПК С01В 3/08 27.03.2010, Б.И. №9, авторы: Кочурков А.А. и др., «Генератор водорода»).
Недостатками генератора водорода является то, что микронасосы расположены в агрессивной щелочной среде, отсутствует охлаждение зоны реакции и невозможна промывка твердого реагента при выключении генератора, отсутствие накопителя водорода, что снижает технологические возможности работы генератора водорода.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение технологических возможностей работы генератора водорода и повышение надежности за счет размещения побудителя движения жидкости вне агрессивной щелочной среды.
Технический результат достигается тем, что в генератор водорода, содержащий герметичный корпус, внутри которого соосно вертикально закреплена перегородка оболочковой формы, разделяющая объем корпуса на центральную (реакционную) зону с расположенными внутри нее корзиной для твердометаллического реагента, которая крепится к крышке загрузочного патрубка твердометаллического реагента, и жидким реагентами и периферийную зону, содержащую жидкий реагент, при этом крышка корпуса оснащена патрубками для заправки реагентов и выдачи водорода, перегородка плотно закреплена к днищу корпуса и с зазором к его крышке, побудитель движения жидкого реагента установлен на трубопроводах, соединяющих центральную и периферийную зоны, датчик давления расположенный на линии выхода водорода потребителю, электронный блок регулирования, связанный с регулятором давления и побудителем движения жидкости, согласно полезной модели дополнительно введены бак с водой, программатор, который соединен с электронным блоком регулирования, девять электроуправляемых клапанов, датчик температуры; который размещен на крышке корпуса генератора водорода и соединен с электронным блоком регулирования, накопитель водорода, который через электроуправляемый клапан соединен с линией подачи водорода потребителю между датчиком давления и регулятором давления, и побудитель движения жидкости выполненный в виде насоса, вход которого соединен с баком для воды и трубопроводом генератора водорода для откачки и закачки жидкого реагента, который входит в периферийную зону через его крышку, выход насоса соединен с трубопроводом, который введен через крышку корпуса генератора водорода для закачки и откачки жидкого реагента в центральной зоне и также через электроуправляемый клапан соединен со входом спиралевидного охлаждающего змеевика, который размещен в центральной зоне вокруг корзины для заправки твердометаллического реагента, а выход змеевика соединен с баком для воды через электроупраляемый клапан, выход из бака и выход насоса охвачены тремя байпасными линиями, первая из которых соединяет трубопровод, который расположен в центральной зоне, с входом насоса, вторая - соединяет выход насоса с трубопроводом, который расположен в периферийной зоне, третья - соединяет выход насоса с входом бака для воды, причем на всех байпасных линиях установлены электроуправляемые клапаны, которые соединены с электронным блоком регулирования.
Повышение надежности достигается выводом конструктивных элементов из зоны агрессивной щелочной среды, а расширение технологических возможностей достигается введением в систему генератора водорода бака с водой, накопителя водорода, насоса, охлаждающего змеевика и байпасных линий, которые позволяют получить дополнительно промывку и охлаждение твердометаллического реагента, регулировку вывода водорода из генератора.
На фиг.1 приведена принципиальная схема генератора водорода.
Генератор водорода состоит из корпуса образованным цилиндрической стенкой 1, днищем 2 и крышкой 3, цилиндрической перегородки 4, центральной зоны 5, периферийной зоны 6, корзины 7 для размещения твердометаллического реагента 8, крышки 9 загрузочного патрубка 10 генератора водорода, насоса 11, трубопроводов 12 и 13, патрубка 14 для заправки жидкого реагента, предохранительного клапана 15, патрубока 16 для выдачи водорода потребителю, датчика температуры 17 водорода, электронного блока регулирования 18, программатора 19, регулятора давления 20, бака с водой 21, спиралевидного змеевика 22, электроупраляемых клапанов 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, сливного патрубка 32, накопителя водорода 33, датчика давления 34.
Генератор водорода работает по пяти циклам.
Первый цикл - заправка генератора водорода. В герметичный корпус, образованный цилиндрической стенкой 1, днищем 2 и крышкой 3, через патрубок 14 заливают жидкий реагент, как например, водно-щелочной раствор, и плотно его закрывают. В корзину 7 закладывают твердометаллический реагент 8, например из алюминия. Корзину 7 с реагентом закрепляют к крышке 9, вставляют в патрубок 10 и крышку плотно закрепляют на нем. Электронный блок регулирования 18, связанный с программатором 19, дает команду насосу 11 для перекачки жидкого реагента из периферийной зоны 6 в центральную зону 5 через трубопроводы 12 и 13 соответственно, при этом открыты клапаны 23 и 24, остальные клапаны закрыты.
Второй цикл - работа генератора водорода. В результате химической реакции взаимодействия твердометаллического и жидкого реагентов происходит выделение водорода. Скорость образования водорода определяется площадью поверхности контакта реагентов: чем больше эта площадь, тем выше скорость образования водорода. В свою очередь, площадь контакта находится в прямой зависимости от уровня жидкого реагента в центральной (реакционной) зоне 5. По мере накопления водорода внутри корпуса генератора, увеличивается давление и при достижении заданной величины начинается отбор водорода потребителю через патрубок 16. Давление перед накопителем водорода-33 и регулятором давления 20 контролируется датчиком давления 34. Регулятор давления 20 при необходимости, по командам электронного блока регулирования 18, уменьшает или увеличивает давление и соответственно подачу водорода потребителю. Через электроуправляемый клапан 33 водород также накапливается в накопителе 31, при необходимости водород отдается потребителю из накопителя. При возникновении внештатной ситуации срабатывает предохранительный клапан 15 настроенный на необходимое допустимое давление.
Третий цикл - охлаждение центральной зоны генератора водорода. Температура внутри корпуса генератора водорода контролируется датчиком температуры 17. При достижении определенной температуры начинается процесс охлаждения центральной зоны 5, посредством того что электронный блок регулирования 18 дает команду для включения насоса 11, который начинает перекачивать воду из бака с водой 21 по спиралевидному змеевику 22, при этом открыты только клапаны 27, 29, 30. После снижения температуры внутри корпуса генератора водорода цикл охлаждения завершается.
Четвертый цикл - выключение генератора водорода. После того как было выработано необходимое количество водорода электронный блок регулирования 18 дает команду насосу 11 для откачки жидкого реагента через первую и вторую байпасные линии I и II соответственно, и далее по трубопроводу 12, из центральной в периферийную зону, при этом клапаны 25 и 26 открыты, остальные клапаны закрыты.
Пятый цикл - промывка поверхности твердометаллического реагента. Следующим этапом выключения генератора водорода является процесс промывки твердометаллического реагента с целью удаления с его поверхности пленки жидкого реагента. Насос перекачивает воду из бака 21 в центральную зону 5, при этом клапаны 27 и 24 открыты, остальные клапаны закрыты. После наполнения центральной зоны 5 водой начинается откачка воды из центральной зоны 5 обратно в бак 21, через первую и третью байпасные линии I и III соответственно, при этом открыты только клапаны 25 и 28. При необходимости продукты реакции и промывки удаляются через сливной патрубок 32. Генератор водорода готов к очередному запуску.
Предлагаемая конструкция генератора водорода позволяет увеличить ресурс насоса в 3-5 раз, сократить время выхода генератора водорода на номинальный режим при очередном включении в 7-10 раз за счет цикла промывки твердометаллического реагента, расширить технологические возможности работы генератора водорода до пяти циклов, повысить скорость выделения водорода до 800 л/ч из 45 литров жидкого реагента при продолжительности непрерывной работы генератора водорода 10 часов.