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 RU2243147

ГЕНЕРАТОР водню ТРАНСПОРТНОЇ енергоустановки

Ім'я винахідника: Челяев В.Ф. (RU); Глухих І.М. (RU); Щербаков А.М. (RU); Аракелов А.Г. (RU); Михайлов В.І. (RU); Кашінкін В.П. (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 імені С.П.Корольова, відділ промислової власності та інноватики
Дата початку дії патенту: 2003.05.29

Винахід відноситься до енергетичного устаткування і може використовуватися для отримання водню як в стаціонарних установках, так і на транспорті. Генератор водню транспортної енергоустановки, що працює на гідролізі з твердим реагентом, містить контейнер з твердим реагентом, поміщений в реакційний посудину, і має магістраль видачі водню, магістраль подачі рідкого реагенту, теплообмінник для відводу тепла реакції і пусковий нагрівач рідини. До складу генератора введена перепускна ємність, сполучена в нижній частині з реакційним посудиною через запірний елемент, що має об'єм, що перевищує обсяг рідкого реагенту і забезпечена магістраллю наддуву, а магістраль подачі рідкого реагенту приєднана до перепускний ємності, в якій розміщений пусковий нагрівач, а й датчик температури рідини, при цьому твердий реагент розподілений по висоті стовпа рідкого реагенту. Реакційний посудину і перепускна ємність виконані у вигляді двох коаксіальних циліндричних судин, вкладених один в одного, причому реакційний посудину розміщений всередині. Винахід дозволяє створити генератор водню з автоматичною стабілізацією режиму і підвищеною швидкодією.

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.

Раніше в останньому випадку використовувалися головним чином генератори ацетилену типів ГНВ-1,25 і ГВР-1,25 [1]. При цьому і застосовувалася гетерогенна реакція гідролізу, а в якості твердого реагенту служив карбід кальцію. Дане технічне рішення прийнято за аналог. До його недоліків слід віднести наступні:

- Синтезується ацетилен не придатний для кіслородоводородних ТЕ і потребує подальшого розкладанні до отримання водню. Це істотно ускладнює конструкцію ЕУ і знижує її ККД. Мале ваговий вміст водню в таких генераторах робить їх непридатними для транспорту;

- При роботі ацетиленових генераторів утворюється нерозчинний осад (вапно), накопичення якого обмежує час безперервної роботи генератора, погіршує його габаритно-вагові характеристики. Видалення осаду з реактора вимагає додаткових енерговитрат, ускладнює конструкцію ЕУ, знижує її ККД;

- Твердий реагент (карбід кальцію) є матеріалом, тривале зберігання якого досить складно і небезпечно, оскільки він дуже гігроскопічний і при поглинанні вологи з повітря виділяє ацетилен.

До недоліків аналога слід і віднести:

- Недостатню глибину регулювання витрати газу, що обумовлено тим, що в вертикальному реакційному посудині касета з твердим реагентом розміщується горизонтально;

- Велику тимчасову інерційність, обумовлену тим, що рідина витісняється з касети з твердим реагентом в повному обсязі і досить повільно;

Крім цього недоліками аналога є:

- Відсутність температурної регулювання (хоча температура дуже сильно впливає на реакцію);

- Неоптимальна габаритна компоновка конструкції, що є недоліком з точки зору транспорту, особливо якщо габарити генератора великі.

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 "камера" з гидридом 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 слід віднести наступні:

- Жорстка видаткова характеристика генератора, обумовлена ​​сильною залежністю швидкості хімічної реакції від температури і як наслідок цього складність стабілізації роботи генератора;

- Енергоємність системи терморегулювання генератора, пов'язана з тим, що при регулюванні витрати необхідно змінювати температуру всього речовини, що знаходиться в реакційному посудині, і, крім того, забезпечити рівномірність температури у всьому реакційному обсязі;

- Недоліком конструкції генератора є і теплова інерційність, що утрудняє його використання в транспортних ЕУ.

Останнє обумовлено тим, що для функціонування генератора на стаціонарному режимі необхідно підтримувати певну температуру твердого та рідкого реагентів. Якщо їх багато, підтримання температурного режиму генератора ускладнюється технічно і вимагає істотних енерговитрат (наприклад, на роботу пристроями,). Крім того, перехідні режими роботи такого генератора водню займають в цьому випадку досить багато часу, оскільки вимагає зміни температури значних мас речовин, що мають порівняно невисоку теплопровідність (вода, металогідриди). Для транспортних завдань це є величезним недоліком.

Завданням запропонованого рішення є розробка генератора водню з більш "м'якої" видаткової характеристикою, автоматичною стабілізацією режиму і підвищеною швидкодією. Крім того, генератор повинен бути по можливості компактним, щоб використовуватися на транспорті.

Суть пропозиції полягає в наступному.

Крім регулювання ходу реакції (тобто продуктивності генератора) по температурі в пропонованому рішенні змінюється і площа твердого реагенту. При цьому в порівнянні з терморегулировки вплив площі твердого реагенту набагато більш "м'яке". Останнє обумовлюється тим, що витрата водню пропорційний площі реагує твердого компонента і може змінюватися досить плавно, а від температури він залежить експоненціальним чином (ехр (-1 / Т)), тобто істотно нелінійно. Ця обставина дозволяє проводити регулювання продуктивності генератора в дві стадії: спочатку грубу регулювання - змінюючи температуру реагентів, і подальшу плавну - змінюючи площа твердого реагенту, зануреного в рідину.

Для реалізації цього принципу до складу генератора водню транспортної енергоустановки, що працює на гідролізі з твердим реагентом і містить контейнер з твердим реагентом, поміщений в реакційний посудину, що має магістраль видачі водню, магістраль подачі рідкого реагенту, теплообмінник для відводу тепла реакції і пусковий нагрівач рідини, введена перепускна ємність, сполучена в нижній частині з реакційним посудиною через запірний елемент, що має об'єм, що перевищує обсяг рідкого реагенту і забезпечена магістраллю наддуву, а магістраль подачі рідкого реагенту приєднана до перепускний ємності, в якій розміщений пусковий нагрівач, а й датчик температури рідини, при цьому твердий реагент розподілений по висоті стовпа рідкого реагенту.

Реакційний посудину і перепускна ємність виконані у вигляді двох коаксіальних циліндричних судин, вкладених один в одного, причому реакційний посудину розміщений всередині. Схема такого генератора дана на фігурі, де позначено: 1 - контейнер з твердим реагентом; 2 - реакційний посудину; 3 - магістраль видачі водню; 4 - магістраль подачі рідкого реагенту; 5 - теплообмінник для відводу тепла реакції; 6 - пусковий нагрівач рідини; 7 - перепускна ємність; 8 - магістраль наддуву; 9 - запірний елемент; 10 - датчик температури рідини. Працює генератор наступним чином. За магістралі подачі рідкого реагенту (4) його набирають в перепускний ємність (7) і нагрівають там пусковим нагрівачем (6). Запірний елемент (9) при цьому закритий. Після досягнення необхідної температури (контролюється по датчику температури (10)) пусковий нагрівач відключають, а запірний елемент (9) відкривають. Рідина з перепускний ємності (7) перетікає в реакційний посудину (2), де вертикально розміщений контейнер з твердим реагентом (1). При цьому контейнер (1) повністю покривається рідиною.

Починається хімічна реакція з виділенням водню і тепла, яке відводиться за допомогою теплообмінника (5). Продуктивність генератора регулюється в два прийоми. Спочатку грубо - задаючи відповідну температуру в реакційному посудині, а потім більш точно - регулюючи висоту рідини в ньому, тобто глибину занурення в рідину контейнера з твердим реагентом (1). Останнє досягається зміною тиску в перепускний ємності (7), для чого служить магістраль наддуву (8).

Після установки необхідного рівня рідини в реакційному посудині (2) запірний елемент (9) можна перекрити. Можливо і залишити його відкритим. В цьому випадку при постійному тиску в перепускний ємності відбувається автоматична стабілізація режиму генерації, тобто продуктивності генератора. При підвищенні тиску водню в реакційному посудині (2) рідина з нього витісняється в перепускний ємність (7), зменшується площа реагує твердого компонента і знижується витрата виділяється водню. Тиск в реакційному посудині (2) падає, поки не досягне колишньої величини.

При зниженні тиску в реакційному посудині (2) рідкий реагент, навпаки, надходить в нього з перепускний ємності (7). Підвищується рівень рідини і збільшується змочена площа твердого реагенту. Як наслідок збільшується і витрата генерується водню.

Таким чином відбувається автостабілізація тиску водню в реакційному посудині (2) за величиною опорного тиску в перепускний ємності (7) (з урахуванням різниці в рівнях рідини в цих сполучених обсягах). При цьому, оскільки твердий реагент розміщений рівномірно по висоті реакційної посудини (2), співвідношення між рідким і твердим реагентами зберігається незмінним за будь-яких рівнях рідини в реакційному посудині (2).

При зупинці генератора тиск у перепускний ємності (7) знижується, рідина з реакційного судини (2) перетікає в цю ємність (7), і твердий реагент ізолюється в атмосфері водню. Виділення водню припиняється. При повторному пуску генератора залишилася в перепускний ємності (7) рідина знову підігрівають, що скорочує час виходу генератора на режим.

Для зменшення габаритів генератора водню реакційний посудину (2) і перепускний ємність (7) доцільно виконати у вигляді двох коаксіальних циліндричних судин, вкладених один в одного, причому реакційний посудину розмістити всередині перепускний ємності.

Таким чином, пропоноване технічне рішення дозволяє створити компактний генератор водню, який працює на реакції гідролізу, що має глибокий ступінь регулювання, м'яку видаткову характеристику, підвищену швидкодію і здатний працювати в режимі автостабілізаціі. Все це робить доцільним використання такого генератора водню на транспорті.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. В.В.Рибаков. Підручник газозварника. - М., Машгиз, 1956 р

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

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Генератор водню транспортної енергоустановки, що працює на гідролізі з твердим реагентом і містить контейнер з твердим реагентом, поміщений в реакційний посудину, що має магістраль видачі водню, магістраль подачі рідкого реагенту, теплообмінник для відводу тепла реакції і пусковий нагрівач рідини, що відрізняється тим, що в склад генератора введена перепускна ємність, сполучена в нижній частині з реакційним посудиною через запірний елемент, що має об'єм, що перевищує обсяг рідкого реагенту і забезпечена магістраллю наддуву, а магістраль подачі рідкого реагенту приєднана до перепускний ємності, в якій розміщений пусковий нагрівач, а й датчик температури рідини , при цьому твердий реагент розподілений по висоті стовпа рідкого реагенту.

2. Генератор водню транспортної установки, що відрізняється тим, що реакційний посудину і перепускна ємність виконані у вигляді двох коаксіальних циліндричних судин, вкладених один в одного, причому реакційний посудину розміщений всередині.

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