| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2069164
СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ВОДНЮ
Ім'я винахідника: Підгорний Анатолій Миколайович [UA]; Соловей Віктор Васильович [UA]; Кривцова Валентина Іванівна [UA]
Ім'я патентовласника: Інститут проблем машинобудування АН України (UA)
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1991.06.26
Винахід відноситься до способів зберігання і отримання водню із застосуванням гідрідообразующіх сорбентів і може бути використано в автономних джерелах водню. Водневомісний склад формують із суміші взятих в стехиометрическом співвідношенні порошків гідридів з металами або гідридами, металеві компоненти яких здатні утворювати интерметаллические з'єднання і локально їх запалюють.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до ракетно-космічної та авіаційної техніки, зокрема до способів зберігання і отримання водню із застосуванням гідрідообразующіх сорбентів, і може бути використано в якості автономного джерела водню як в польових умовах, так і на борту літального апарату.
Відомий спосіб отримання водню, реалізований в генераторі водню, що включає камеру, заповнену металогідриди, для забезпечення роботи якого необхідне підведення тепла стимулюючого десорбції водню [1]
Недоліком даного способу є те, що для отримання водню до гідридів необхідно підводити в одиницю часу досить великі теплові потоки, що з урахуванням теплопровідності гідриди обмежену можливість електронагрівальних приладів досить важко.
Найбільш близьким за технічною сутністю і досягається результату є спосіб отримання водню [2] полягає в Ендотермічний розкладанні матриці гідриду металу, розміщеної в реакційному посудині. Гідридна матриця має форму, відповідну конфігурації внутрішньої оболонки судини, і такі розміри, що вона заповнює більшу частину внутрішнього обсягу судини. Матриця має велике число рівномірно розподілених перфораційних отворів, в кожному з яких розташований хімічний джерело теплоти для розкладання гідриду. Кожен хімічний джерело теплоти містить ініціатор, а на зовнішній поверхні посудини є засіб для приведення в дію зазначеного ініціатора.
У відомому способі для виділення водню з гидридной матриці необхідно і підводити тепло, достатнє для розкладання гідриду. Як правило, згадується хімічне джерело теплоти, по масі майже дорівнює масі гидридной матриці. Так, наприклад, для отримання водню шляхом виділення його з NaBН 4 (найбільш водородоемкого використовуваного гідриду), 1 кг якого містить 0,1182 кг Н 2, термітного складу (BaO 2 + Al) необхідно брати стільки ж, скільки і NaBH 4. Таким чином, для отримання 0,1182 кг Н 2 необхідно 2 кг суміші гідриду і термітного складу, використовуваного в якості хімічного джерела теплоти. При отриманні водню шляхом розкладання таких гідридів, як LiH, NaH, ТiH 2 і необхідно мати високі температури, при яких ці гідриди розкладаються, відповідно 1138 К, 703 К, 1193 К. Це при використанні хімічних джерел теплоти і призводить до великих енерговитрат, а відповідно, і до великих масогабаритні характеристики. Крім того, в зв'язку з низькою теплопровідністю гідридів час досягнення заданих температур досить велике.
Завданням винаходу є зниження енерговитрат і зменшення тривалості процесу отримання водню.
Поставлена задача досягається тим, що у відповідності зі способом отримання водню шляхом підведення тепла до водородсодержащего складу на основі гідридів металів або інтерметалідів, відповідно до винаходу, в безкисневому середу поміщають зразок, сформований з суміші порошків гідридів з металами або гідридами, взятих в стехиометрическом співвідношенні, металеві компоненти яких здатні утворювати интерметаллические з'єднання і локально його запалюють. Сформований зразок попередньо нагрівають до температури 323-773К.
Процес отримання водню з вказаної суміші заснований на використанні внутрішньої хімічної енергії вихідних реагентів, що утворюють интерметаллические з'єднання, що є найвигіднішою організацією процесу виділення водню з гідридів з теплової точки зору.
Частина ознак, що відрізняють дане технічне рішення від відомого, не є новими, проте сукупність всіх характерних ознак в порівнянні з прототипом і аналогами дозволяє отримати якісно новий спосіб отримання водню, що дозволяє істотно знизити енерговитрати при проведенні процесу і прискорити процес отримання водню. Це дозволяє зробити висновок, що технічне рішення володіє новизною та відзнаками.
СУТНІСТЬ СПОСОБУ ПОЛЯГАЄ В НАСТУПНОМУ
Водородсодержащий склад формують щонайменше з гідриду металу і металу або з двох різних гідридів, метали яких мають значну хімічний засіб, мають однотипної кристалічною решіткою і близькими за величиною атомними радіусами і здатні утворювати між собою хімічні сполуки інтерметалліді. При цьому виділяється значна кількість тепла, особливо в реакції з утворенням інтерметалідів з присутністю ковалентного або іонної складової. Цього тепла цілком достатньо, щоб виділити водень із гідридів.
Процес отримання водню пропонованим способом можна представити таким чином:
Me m H x + Me n H y __-> Me m Me n + H x + y
Реакції синтезу інтерметалічних сполук Me m Me n звуться високотемпературного самораспространяющемуся синтезу (СВС) і можуть проходити як в режимі теплового вибуху, так і в режимі пошарового горіння.
Режим теплового вибуху характеризується протіканням реакції у всьому об'ємі реакційної системи, в режимі горіння хімічна реакція після її локального ініціювання мимовільно переміщається по речовині у вигляді вузької зони. Для протікання самораспространяющемуся реакції як в режимі теплового вибуху, так і в режимі горіння існують критичні умови: висока екзотермічність швидкості реакції від температури.
Таким чином, з гідридів, метали яких можуть утворювати інтерметалліді методом СВС, можна виділити водень з мінімальними витратами енергії.
Здійснення запропонованого способу отримання водню можна продемонструвати на таких прикладах.
1. Беруть суміш порошків гідриду Тi, H 2 і Al з дисперсністю від (50-100) 10 -6 і в стехиометрическом співвідношенні з рівняння: TiH 2 + Al __-> TiAl + H 2
З отриманої суміші пресують таблетку пористістю ~ 40% діаметром (15-20) 10 -3 м і довжиною (20-30) 10 -3 м.
Помістивши таблетку в герметичний реактор, створюють в ньому за допомогою насоса вакуум 1,3 · 10 -6 МПа.
Потім, після попереднього нагрівання суміші до температури 573 К за допомогою вольфрамової нитки, запресованої в один з торців таблетки, здійснюють підпал суміші. Після локального ініціювання екзотермічної реакції освіти інтерметалічного з'єднання ТiAl, фронт її мимовільно переміщається по спресованої таблетці. При цьому виділяється значна кількість водню. Так, в разі утворення інтерметалічного з'єднання ТiAl, 1 кг суміші виділить 0,0256 кг водню. У разі утворення ТiAl 3 по реакції:
TiH 2 + 3Al __-> TiAl 3 + H 2 кг суміші виділить 0,0149 кг Н 2.
У разі використання 1 кг суміші гідридів ТiH 2 і AlH 3 при утворенні інтерметалічного з'єднання ТiAl за рівнянням: 2TiH 2 + 2AlH 3 __-> 2TiAl + 5H 2 виділиться 0,063 кг водню.
При утворенні інтерметалічного з'єднання ТiAl 3 по рівнянню: TiH 2 + 3AlH 3 __-> TiAl 3 + 5,5H 2 з 1кг суміші виділиться 0,069 кг Н 2.
Для порівняння слід зазначити, що температура термічного розкладання TiH 2 у відповідності зі способом-прототипом становить 1073-1273 До.
2. У разі використання суміші LiH і AlH 3 підпал суміші здійснюють без попереднього нагрівання. При утворенні інтерметалічного з'єднання LiAl, за рівнянням LiH + AlH 3 _-> LiAl + 2H 2 1 кг суміші виділить 0,1055 кг водню.
При виділенні водню з LiH шляхом його термічного розкладання (Т разл. 1138 К) за допомогою термітного складу, кількість отриманого водню складе ~ 0,052 кг.
При отриманні водню шляхом розкладання NaBH 4 (Т разл. 600 К) за допомогою термітного складу, наприклад суміші BaO + Al який береться в співвідношенні з гидридом 1: 1, має 1 кг суміші гідриду NaBH 4 і термітного складу, в якій NaBH 4 Містить 50% виділить 0,0591 кг водню.
Cлід відзначити, що при отриманні 10 л водню при тиску 150 атм, використовуючи розкладання оборотних металогідридів в стандартних конструкціях з нагріванням до заданих температур через стінку, тривалість процесу становить 180-250 c.
При використанні запропонованого способу для отримання того ж кількості водню при тому ж тиску тривалість процесу отримання водню, відповідно до швидкості реакції утворення інтерметалевих з'єднань, становить 3-8 c.
Пропонований в заявляється способу діапазон температур попереднього нагріву різних сумішей відповідає температурному інтервалу освіти інтерметалевих з'єднань для металевих компонентів, що входять в конкретну суміш.
Таким чином, пропонований спосіб дозволяє отримувати водень шляхом виділення його з металогідридів за допомогою використання внутрішньої хімічної енергії, що виділяється при утворенні інтерметалевих з'єднань в режимі високотемпературного синтезу, значно знизивши енерговитрати і зменшивши тривалість процесу.
Як показали проведені розрахунки і отримані експериментальні дані, це значно покращує експлуатаційні параметри процесу в порівнянні з термічним розкладанням гідридів металів.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб отримання водню шляхом розкладання складу, що містить гідрид, при нагріванні через ініціатор, який відрізняється тим, що в безкисневому середу поміщають зразок, сформований з суміші взятих в стехиометрическом співвідношенні порошків гідридів з металами або гідридами, металеві компоненти яких здатні утворювати интерметаллические з'єднання по реакції високотемпературного синтезу, і для її проведення як ініціатора використовують нитку розжарення, підведену до зразка.
Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що сформований зразок попередньо нагрівають до 323-773К.
Версія для друку
Дата публікації 03.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.