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)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2258669

ГЕНЕРАТОР водню і СПОСІБ ЙОГО ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Ім'я винахідника: Глухих І.М. (RU); Челяев В.Ф. (RU); Щербаков А.М. (RU)
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Ракетно-космічна корпорація" Енергія "імені С.П. Корольова" (RU)
Адреса для листування: 141070, Московська обл., М Корольов, вул. Леніна, 4а, ВАТ РКК "Енергія" ім. С.П. Королева, відділ промислової власності та інноватики
Дата початку дії патенту: 2003.06.24

Винахід відноситься до енергетичного устаткування і використовується для отримання водню як в стаціонарних установках, так і на транспорті. Генератор водню, що працює на реакції гідролізу з гранулами твердого реагенту, містить реакційний посудину з гранулами твердого реагенту, магістраль видачі водню, магістраль подачі рідкого реагенту і теплообмінник для відводу тепла реакції. До складу генератора введений завантажувальний бункер з люком, герметичним при роботі генератора, а всередину завантажувального бункера введені пусковий нагрівач і магістраль теплоносія, яка включена в контур теплообмінника для відводу тепла реакції на його виході. Спосіб експлуатації генератора водню включає завантаження гранул твердого реагенту в реакційний посудину з завантажувального бункера, подачу в реакційний посудину рідкого реагенту, розігрів реагентів для запуску генератора, охолодження реагентів на стаціонарному режимі, слив продуктів реакції з реакційного судини і повторення всіх перерахованих дій. Перед завантаженням гранул твердого реагенту в реакційний посудину їх попередньо нагрівають до температури реакції в завантажувальному бункері, а після вивантаження гранул твердого реагенту в реакційний посудину цей бункер заповнюють наступною порцією гранул твердого реагенту з подальшим їх нагріванням теплом, що виділяється в ході реакції і подається з реакційного судини . Багатоцільовий завантажувальний бункер використовується в якості важливого елемента системи терморегулювання генератора, що дозволяє підвищити ефективність роботи генератора і його швидкодія за рахунок зниження енерговитрат на власні потреби і скорочення часу пуску. Генератор такої конструкції можна виконати досить компактним.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до енергетичного устаткування і може використовуватися для отримання водню як в стаціонарних установках, так і на транспорті.

Генератор являє собою хімічний реактор, що виробляє водень шляхом гідролізу, тобто розкладання води. Для цього використовується твердий реагент, тобто реакція гідролізу носить гетерогенний характер - йде на поверхні твердого речовини. Передбачається, що отриманий таким чином водень надалі використовується як паливо для енергоустановок (ЕУ) на паливних елементах (ТЕ). Крім цього водень може використовуватися, звичайно, і в інших областях, наприклад, при різанні металу, зварювання і т.д.

Найбільш відомим прикладом генератора газу з твердим реагентом є генератори ацетилену типів ГНВ-1,25 і ГВР-1,25 і інші [1]. У них і застосовується гетерогенна реакція гідролізу, а в якості твердого реагенту служить карбід кальцію. Дане технічне рішення прийнято за аналог. До його недоліків (як самого генератора, так і способу його експлуатації) слід віднести наступні:

- Подібні генератора не призначені для виробництва водню;

- Вони не працюють в автоматичному режимі перезавантаження і після вироблення твердого реагенту вимагають очищення від напрацьованого твердого осаду;

- Продуктивність подібних генераторів погано регулюється, так як відсутня система терморегулювання (СТР);

- Не використовується тепло, що виділяється в реакції.

Ближчим за своєю суттю є генератор водню, призначений для живлення ЕУ на основі ПЕ, використовуваної на підводному апараті [2]. Даний реактор і використовує реакцію гідролізу, а в якості твердого реагенту використовуються металогідриди (тобто сполуки металів з воднем). Генератор включає реакційний посудину, в який поміщається контейнер з гранулами гідриду металу, теплообмінник для відводу тепла реакції, пристрій для перемішування води в реакційному посудині (розміщене всередині останнього) і магістралі для подачі в реактор води і відведення з реактора водню. При цьому для поліпшення габаритно-вагових характеристик ЕУ застосовуються гідриди легких металів, які є досить дорогими (LiH, BeH ₂ ...). Це істотно підвищує вартість одержуваного водню і є істотним недоліком генератора [2], прийнятого в даному випадку за прототип.

Крім цього до недоліків прототипу (як пристрої, так і способу його експлуатації) слід віднести наступні:

- Непристосованість роботи генератора в автоматичному режимі з перезавантаженням твердого реагенту;

- Енергоємність системи терморегулювання генератора, пов'язана з тим, що при пуску генератора необхідно нагрівати велику кількість речовини, що знаходиться в реакційному посудині, і, крім того, забезпечувати рівномірність температури у всьому реакційному обсязі;

- Недоліком конструкції генератора є і невелика теплова ефективність роботи його СТР.

Завданням запропонованого рішення є розробка генератора водню, пристосованого до роботи в автоматичному режимі, що працює з підвищеною теплової ефективністю і підвищеною швидкодією. При цьому необхідно розробити і спосіб його експлуатації.

Завдання вирішується тим, що до складу генератора водню, що працює на реакції гідролізу з гранулами твердого реагенту і містить реакційний посудину з гранулами твердого реагенту, магістраллю видачі водню, магістраллю подачі рідкого реагенту і теплообмінником для відведення тепла реакції, введений завантажувальний бункер з люком, герметичним при роботі генератора, а всередину завантажувального бункера введені пусковий нагрівач і магістраль теплоносія, яка включена в контур теплообмінника для відводу тепла реакції на його виході.

Завантажувальний бункер при цьому може розміщуватися у верхній частині реакційного судини.

Спосіб експлуатації такого генератора водню, що працює на реакції гідролізу з гранулами твердого реагенту, включає в себе завантаження гранул твердого реагенту в реакційний посудину з завантажувального бункера, подачу в реакційний посудину рідкого реагенту, розігрів реагентів для запуску генератора, охолодження реагентів на стаціонарному режимі, слив продуктів реакції з реакційної посудини і повторення всіх перерахованих дій і відрізняється тим, що перед завантаженням гранул твердого реагенту в реакційний посудину їх попередньо нагрівають до температури реакції в завантажувальному бункері, а після вивантаження гранул твердого реагенту в реакційний посудину цей бункер заповнюють наступною порцією гранул твердого реагенту з подальшим їх нагріванням теплом, що виділяється в ході реакції і подається з реакційного судини.

Суть пропозиції полягає в тому, що завантажувальний бункер, заповнений гранулами твердого реагенту (наприклад, алюмінію), крім свого прямого призначення, виконує і дві важливі функції в системі терморегулювання генератора. По-перше, як і теплообмінник реакційного судини, бункер служить для відводу тепла від реагує суміші, а по-друге, він є пусковим нагрівачем твердого реагенту. При цьому температура гранул в бункері доводиться практично до робочої температури в реакційному посудині, що дозволяє максимально скоротити час виходу генератора на режим.

При засипці гарячих гранул в реакційний посудину їх взаємодія з рідким реагентом починається відразу, так як тонкий шар рідини поблизу поверхні гранул прогрівається швидко, а в подальшому реакція починає підтримувати себе сама. Для початкового пуску генератора служить пусковий нагрівач гранул, який в подальшому не використовується.

Такий спосіб експлуатації даного генератора дозволяє підвищити теплову ефективність його роботи і скоротити час виходу генератора на стаціонарний режим роботи. За рахунок скорочення часу перехідних режимів генератора відбувається економія енергії, яка витрачається за цей час на власні потреби пристрої.

Пропонована конструкція генератора водню дає і можливість для його довгострокового функціонування з автоматичною перезавантаженням реагентів. Це дозволяє використовувати такі пристрої в складі великогабаритних, а й транспортних енергоустановок.

Схема такого генератора дана на кресленні, де позначено: 1 - реакційний посудину; 2 - гранули твердого реагенту; 3 - магістраль видачі водню; 4 - магістраль подачі рідкого реагенту; 5 - теплообмінник для відводу тепла реакції; 6 -люк завантажувального бункера; 7 -загрузочний бункер; 8 -пусковой нагрівач; 9 -магістраль теплоносія;

Завантажувальний бункер (7) доцільно розмістити у верхній частині реакційного судини (1), хоча можливо розташувати його і окремо. При роботі генератора завантажувальний бункер (7) практично постійно заповнений гранулами твердого реагенту і ізольований від реакційного судини (1), тобто люк завантажувального бункера (6) знаходиться в закритому положенні і герметичний.

Крім гранул в завантажувальному бункері (7) встановлено пусковий нагрівач (8) і магістраль теплоносія (9). Ця магістраль включається в контур прокачування теплоносія, що охолоджує реагує суміш, і підключається до виходу теплообмінника для відводу тепла реакції (5).

Реакційний посудину (1) має магістраль подачі рідкого реагенту (4) і магістраль видачі водню (3).

Працює такий пристрій наступним чином.

Після вивантаження нагрітих гранул твердого реагенту з завантажувального бункера (7) в реакційний посудину (1) завантажувальний бункер (7) заповнюють наступною порцією гранул, а по магістралі подачі рідкого реагенту (4) в реакційний посудину (1) подають рідкий реагент. При взаємодії рідини з гарячими гранулами твердого реагенту (2) практично відразу починається екзотермічна хімічна реакція, а утворюється водень відводять по магістралі видачі водню (3).

Тепло, що виділяється при реакції, виноситься з реакційного судини (1) теплоносієм, що циркулює в теплообміннику для відводу тепла реакції (5). Нагріваючись в цьому теплообміннику, теплоносій проходить через магістраль теплоносія (9) в завантажувальному бункері (7), заповненому гранулами твердого реагенту, і нагріває їх. При тривалій роботі генератора температура гранул в завантажувальному бункері (7) практично досягає робочої температури в реакційному посудині (1).

Таким чином, чергова порція гранул готова до використання. При першому запуску "холодного" генератора нагрів гранул твердого реагенту виробляють пусковим нагрівачем (8). Надалі його відключають.

Після вироблення реагентів в реакційному посудині (1) продукти реакції (рідкі) зливаються, а реакційний посудину знову заповнюють нагрітими гранулами твердого реагенту, і процес повторюється.

Таким чином, включення до складу генератора водню багатоцільового завантажувального бункера, яке використовується не тільки за прямим призначенням, але і як важливий елемент СТР генератора дозволяє підвищити ефективність роботи генератора і його швидкодія за рахунок зниження енерговитрат на власні потреби і скорочення часу пуску. Це і є основним позитивним ефектом, який досягається даним технічним рішенням. Крім того, генератор такої конструкції можна виконати досить компактним, а його експлуатація забезпечує тривалу роботу практично з безперервною генерацією водню і може здійснюватися в автоматичному режимі.

ЛІТЕРАТУРА

1. В.В.Рибаков "Підручник газозварника", Машгиз., Москва, 1956 р стр.34-36.

2. "Генерування водню шляхом гідролізу для енергоустановки на основі ПЕ підводного призначення". Пат.5372617, США, 1994 г.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Генератор водню, що працює на реакції гідролізу з гранулами твердого реагенту і містить реакційний посудину з гранулами твердого реагенту, магістраллю видачі водню, магістраллю подачі рідкого реагенту і теплообмінником для відведення тепла реакції, що відрізняється тим, що до складу генератора введений завантажувальний бункер з люком, герметичним при роботі генератора, а всередину завантажувального бункера введені пусковий нагрівач і магістраль теплоносія, яка включена в контур теплообмінника для відводу тепла реакції на його виході.

2. Генератор водню по п.1, що відрізняється тим, що завантажувальний бункер розміщений у верхній частині реакційного судини.

3. Спосіб експлуатації генератора водню, що працює на реакції гідролізу з гранулами твердого реагенту, що включає завантаження гранул твердого реагенту в реакційний посудину з завантажувального бункера, подачу в реакційний посудину рідкого реагенту, розігрів реагентів для запуску генератора, охолодження реагентів на стаціонарному режимі, слив продуктів реакції з реакційного судини і повторення всіх перерахованих дій, що відрізняється тим, що перед завантаженням гранул твердого реагенту в реакційний посудину їх попередньо нагрівають до температури реакції в завантажувальному бункері, а після вивантаження гранул твердого реагенту в реакційний посудину цей бункер заповнюють наступною порцією гранул твердого реагенту з подальшим їх нагріванням теплом, що виділяється в ході реакції і подається з реакційного судини.

Версія для друку
Дата публікації 22.12.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів