Металлогидридный реактор, работающий от тепла топливного элемента

Предлагаемая полезная модель относится к области водородной энергетики, а точнее к устройствам для аккумулирования водорода в твердофазном связанном состоянии.
Из предшествующего уровня техники известен металлогидридный реактор хранения водорода низкого давления, включающий два и более металлогидридных патрона для хранения водорода, содержащих прочный герметичный корпус с отверстием для подачи водорода, внутри которого расположены одна или более трубок для подачи теплоносителя, выполненных в виде размещенных внутри корпуса трубок, образующих между собой и корпусом герметично закрытый зазор, заполненный водородопоглощающим материалом, и эти внутренние трубки герметично закрыты с торца, расположенного внутри корпуса, а в корпусе для подачи водорода выполнено отверстие, в котором установлен пористый фильтр, проницаемый для водорода и непроницаемый для частиц водородопоглощающего материала, при этом в полости внутренних трубок установлены трубки для подачи теплоносителя, и указанные металлогидридные патроны объединены в сборку металлогидридных патронов путем закрепления части корпуса металлогидридного патрона, содержащей отверстие для подачи водорода, с одной стороны трубной доски, и устанавливаемой с другой стороны трубной доски крышки, содержащей штуцеры, соосные с отверстиями для подачи водорода в корпусах металлогидридных патронов, обеспечивающие доступ к внутреннему зазору, заполненному водородопоглощающим материалом, внутри герметичного корпуса каждого из металлогидридных патронов, между крышкой и трубной доской создается полость, предназначенная для распределения газообразного водорода, в том числе низкого давления, общая для металлогидридных патронов, установленных в металлогидридном реакторе RU 163008 U1, F17C 11/00, F28D 15/00, 07.08.2015.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в повышении эффективности теплопереноса в металлогидридном устройстве при десорбции водорода и повышении удобства использования металлогидридного устройства.
Данная задача решается за счет того, что заявленный металлогидридный реактор, работающий от тепла топливного элемента, включающий в себя сборку из двух и более металлогидридных патронов, соединенных в сборку металлогидридных патронов в виде трубного пучка, закрепленного между двумя трубными досками, закрытых снаружи герметичным кожухом, в котором выполнены одно или более отверстий для подачи теплого воздуха от системы охлаждения присоединенной водородной энергоустановки на базе топливных элементов, и одно или более отверстий для отвода воздуха, в котором установлены вентиляторы принудительной циркуляции воздуха.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение эффективного теплопереноса в металлогидридном устройстве для нагрева металлогидридных патронов с обеспечением десорбции водорода под давлением, достаточным для работы присоединенного топливного элемента.
Устройство поясняется фиг. 1. На фиг. 1 изображена сборка металлогидридных патронов 1, соединенных в сборку металлогидридных патронов в виде трубного пучка, закрытых снаружи герметичным корпусом 2, присоединенной с помощью колена 3 к системе охлаждения 4 водородной энергоустановки на базе топливных элементов, теплый воздух прокачивается через сборку металлогидридных патронов с помощью вентиляторов 5 принудительной циркуляции воздуха. Контроль температуры поступающего воздуха осуществляется температурным датчиком 6, давление десорбируемого водорода измеряется с помощью датчика давления 7, десорбируемый водород подается к присоединенной водородной энергоустановке по газовой линии через запорный клапан 8, расход газа контролируется расходомером 9, обратный ток газа предотвращается установкой обратного клапана 10.
5
Работает устройство следующим образом, внутри металлогидридных патронов помещается водородопоглощающий материал, предпочтительно интерметаллическое соединение семейства LaNi. Зарядка устройства осуществляется путем подачи газообразного водорода внутрь металлогидридных патронов, при этом давление водорода выше, чем равновесное давление водорода для используемого водородопоглощающего материала. При этом равновесное давление десорбции для водородопоглощающего материала подбирается таким образом, чтобы при температуре, соответствующей температуре воздуха, поступающего от присоединенной водородной энергоустановки на базе топливных элементов при нормальных условиях эксплуатации, водород мог быть разряжен из устройства с давлением, превышающим давление питания присоединенной водородной энергоустановки. За счет десорбированного водорода присоединенная энергоустановка производит электрическую энергию, часть которой тратится на собственные нужны в том числе на работу системы охлаждения и работу вентиляторов принудительной циркуляции воздуха.
0.5
0.5
0.1
0.4
0.2
4.3
Металлогидридный реактор, работающий от тепла топливного элемента был реализован в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Объединенном институте высоких температур Российской академии наук. В сборке реактора установлено 49 металлогидридных патронов, заполненных интерметаллическим соединением LaNdAlFeCoNi в количестве 81 кг, реактор подсоединен к топливному элементу электрической мощностью свыше 1.1 кВт. Результаты работы устройства в условиях старта из нагретого состояния, когда температура внутри реактора в начальный момент времени составляет 30°С, представлены на фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 2 представлены результаты измерения расхода водорода на выходе из реактора в ходе экспериментов, полученные результаты показывают, что измеренный расход выше уровня, необходимого для питания топливного элемента, обеспечивающего электрическую мощность 1.1 кВт. На фиг. 3 представлены результаты измерения давления водорода на выходе из реактора.