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 транспортной энергоустановки, работающий на гидролизе с твердым реагентом и содержащий контейнер с твердым реагентом, помещенным в реакционный сосуд, имеющий магистраль выдачи водорода, магистраль подачи жидкого реагента, теплообменник для отвода тепла реакции и пусковой нагреватель жидкости, перепускная емкость, сообщающаяся в нижней части с реакционным сосудом через запорный элемент, имеющая объем, превышающий объем жидкого реагента и снабженная магистралью наддува, а магистраль подачи 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, причем реакционный сосуд и перепускная емкость выполнены в виде двух коаксиальных цилиндрических сосудов, вложенных друг в друга, а реакционный сосуд размещен внутри. [Патент РФ №2243147, МПК С01В 3/08, опубл. 27.12.04., БИ №36, авторы Челяев В.Ф., Глухих И.Н., и др. «Генератор водорода транспортной энергоустановки»].
Недостатком генератора водорода является периодический режим его работы, отсутствие «мягкой» расходной характеристики и необходимого быстродействия.
Известен генератор водорода, работающий на гидролизе с твердым реагентом и содержащий 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 книзу, 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. 27.07.07., БИ №21 авторы Носырев Д.Я, Балакин Д.С. «Генератор водорода»]
Недостатком генератора водорода является периодический режим его работы и малая производительность.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение производительности, быстродействия генератора водорода и непрерывность его действия с плавным переключением реакторов.
Технический результат достигается тем, что 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 соосно 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.
Непрерывный режим работы генератора водорода достигается размещением двух реакторов в одном корпусе, причем один из реакторов запускается в работу по мере выработки твердого реагента в другом реакторе, а повышенное быстродействие достигается размещением в контейнерах мешалок и подвижных перфорированных цилиндров, обеспечивающих перемешивание реагента в процессе работы.
На фиг.1 - принципиальная схема генератор водорода,
на фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1,
на фиг.3 изображены перфорированные цилиндры в разрезе
а) - подвижный перфорированный цилиндр,
б) - неподвижный перфорированный цилиндр,
в) - вид сверху б,
на фиг.4 изображено быстроразъемное крепление.
Генератор водорода состоит из корпуса 1 овальной формы, двух реакторов 2 с верхними 3 и нижними 4 крышками и быстроразъемными креплениями 5 для не менее восьми спиц 6, к которым жестко прикреплены неподвижные перфорированные цилиндры 7, двух конусов 8, к которым жестко прикреплены подвижные перфорированные цилиндры 9, выполненные в нижней части с не менее двумя окнами 10, высота которых превышает не менее чем в 2,5 раза максимальный линейный размер гранул реагента 11, установленных по оси подвижного цилиндра мешалок 12 с резьбой 13 в их нижней части, привода 14 мешалок, расходомера водорода 15, электроуправляемых клапанов на линии выхода водорода из реакторов 16, электроуправляемых клапанов на линии подачи щелочи в реакторы 17, электроуправляемых клапанов на линии слива щелочи из реакторов 18.
Генератор водорода работает следующим образом.
Открывают верхние крышки 3 генератора водорода и в его реакторы 2 загружают твердый гранулированный реагент 11. Реагент равномерно распределяется в генераторе между неподвижными 7 и подвижными 9 перфорированными цилиндрами, а так же между подвижным цилиндром 9 и корпусом 1 генератора водорода. После чего закрывают верхние крышки и открывают электроуправляемый клапан на линии подачи щелочи 17 в один из реакторов генератора водорода и гидрооксид щелочи (например: NaOH) поступает в один реактор генератора водорода.
В корпусе генератора водорода с одинаковым зазором к его стенкам и друг другу размещены два цилиндрических реактора с верхними 3 и нижними 4 крышками. В верхней части каждого реактора по окружности на равном расстоянии друг от друга жестко установлено не менее четырех быстроразъемных креплений 5, на которых спицами 6 соосно реактору закреплены неподвижные перфорированные цилиндры 7. По оси каждого реактора размещена мешалка 12, которая в нижней части выполнены с резьбой 13. На эту резьбу наворачивается своим осевым резьбовым отверстием конус 8 основанием к низу. На каждом конусе жестко установлен соосно реактору подвижный цилиндр 9, который выполненные в нижней части с не менее двумя окнами 10, высота которых превышает не менее чем в 2,5 раза максимальный линейный размер гранул реагента 11. Мешалки всех реакторов приводятся во вращение от одного привода 14.
После того, как реактор заполнится щелочью, включается привод мешалки и крутящий момент через резьбовое соединение мешалки и конуса передается на конус, а с конуса на подвижный цилиндр. Подвижный цилиндр вращает гранулы реагента относительно неподвижного цилиндра, тем самым постоянно меняется поверхность контакта реагента с подвижным и неподвижным цилиндрами. Таким образом обеспечивается циркуляция щелочи в реакторе, в результате чего, появляется возможность более полного использования реагента. Мешалка служит для перемешивания реагента, который находится внутри неподвижного перфорированного цилиндра.
В результате контакта жидкого реагента - водного раствора щелочи NaOH с алюминием начинается химическая реакция, с выделением водорода и тепла. Водород отводится из реакторов по линии выхода водорода из реакторов, на которой установлен электроуправляемый клапан 16 и расходомер водорода 15.
Для отвода выделяемого тепла пространство в корпусе между реакторами заполняется водой, которая отводит тепло от реакторов. Вода подается в корпус через входной патрубок корпуса генератора и удаляется из корпуса через выходной патрубок.
По мере выработки твердого реагента реактор будет выводиться из работы, освобождаться от отработанного реагента, затем заполняться новым реагентом и запускаться. При износе подвижных 9 или неподвижных 7 перфорированных цилиндров, они могут быть заменены новыми. При необходимости перфорированные цилиндры могут быть выполнены из алюминия, что позволит увеличить выход водорода.
Для поддержания постоянства производительности водорода генератором водорода одновременно с выводом одного реактора будет запускаться другой реактор, а момент запуска второго реактора будет контролироваться расходомером водорода 15, который воздействует на запуск привода 14 второго реактора. По мере уменьшения выхода водорода в первом реакторе, во второй реактор будет подаваться необходимое количество гидрооксида щелочи, а при критическом значении выхода водорода из первого реактора, второй реактор будет запущен на полную мощность. Таким образом, обеспечивается постоянство производительности генератора водорода и плавное переключение первого реактора на второй.
При необходимости смены реагента сначала отключится привод мешалки отключаемого реактора. После чего откроется электроуправляемый клапан 18 на линии слива щелочи, выводимого из работы реактора, и отработанную щелочь удалят из реактора. Затем откроют нижнюю крышку 4 и запустят мешалку 12 в режиме реверсивного движения, в результате чего, конус 8 с подвижным перфорированным цилиндром 9 по резьбе 13, опустится в низ, на расстояние не менее высоты окна 10 подвижного перфорированного цилиндра 9. В результате чего зазор между конусом и неподвижным цилиндром превысит высоту окна, и гранулированный реагент под действием центробежных сил скатится по покатой поверхности конуса из реактора. При этом реагент из подвижных перфорированных цилиндров будет удаляться через окна, а из неподвижных перфорированных цилиндров - через зазор между неподвижным цилиндром и конусом.
Размеры и количество окон, выполненных в подвижных перфорированных цилиндрах, а также угол вершины конуса обусловлены необходимостью быстрого удаления гранул реагента из реакторов.
Перфорация в цилиндрах выполняется для возможности протекания щелочи из одного цилиндра в другой.
Предлагаемый генератор водорода с твердым реагентом обеспечивает непрерывный режим работы, плавное переключение реакторов и повышенное быстродействие, что позволяет увеличить выход водорода на 70-80%.