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 RU2049923

СПОСІБ ГЕНЕРУВАННЯ ВОДНЮ ДЛЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК

Ім'я винахідника: Садовій О.О .; Сухаревский П.Д.
Ім'я патентовласника: Всеросійський науково-дослідний інститут експериментальної фізики
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1992.09.04

Суть винаходу: робоча речовина завантажують в ємність у вигляді мікрооб'ємів з неруйнівного водневомісний матеріалу з розмірами 10 300 мкм. При безперервному шлюзовании порції робочої речовини самосипом подають в зону генерації. Нагрівання робочої речовини ведуть від 500 ° С до температури критичного стану відведенням тепла від камер енергетичної установки. Узгодження ритму подачі робочої речовини і навантаження енергетичної установки проводять автоматично.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до атомно-водневої енергетики, зокрема до способів генерування водню або енергетичних установок (ЕУ).

Відомий спосіб [1] генерування водню, який можна використовувати при експлуатації ЕУ, що включає розміщення в завантажувальному баку робочої речовини (РВ) з високотемпературних гідридів (типу MgNiH ₄ або MgH _2, що містять 4 і 7% водню за вагою відповідно), підігрів РВ під другому баку до температури десорбції 550-600 ^о С, подачу виділився водню в приймальну камеру ЕУ.

До недоліків цього способу відноситься труднощі забезпечення необхідних для розкладання РВ температури і теплоти дисоціації (33 кал / моль Н ₂₎ без залучення додаткового джерела теплової енергії, трудомісткість при перезарядці і пов'язані з цим суттєві обмеження на багаторазове відтворення способу. Так згідно [1] тільки вага завантажувального бака досягає 120 кг. У відомому способі не передбачені заходи, що знижують інерційність процесу генерації водню.

Найбільш близьким до пропонованого по технічній сутності є спосіб [2] включає розміщення РВ у вигляді порошку металогідридів в завантажувальний ємність, подачу РВ в реактор (зону генерацій), підігрів РВ в реакторі до температури десорбції. Що виділився в реакторі газ подається під тиском в камеру згоряння ЕУ, а використаний гідрид з реактора переміщається в другу ємність. Нагрівання РВ виробляють теплом вихлопних газів ЕУ, підведених в реактор з теплових камер (згоряння) ЕУ за допомогою системи трубопроводів, що з'єднують рознесені в просторі реактор і камери ЕУ.

Недоліки цього способу полягають в інерційності процесу генерування водню з РВ і неефективне використання теплової енергії за рахунок подачі порівняно великих порцій РВ в реактор і значну віддаленість реактора від джерел вторинного тепла, використовуваних для нагріву РВ. Інерційність проявляється в генеруванні водню при припиненні роботи ЕУ, що в свою чергу призводить до витоку водню в атмосферу, що знижує безпеку роботи ЕУ, викликає екологічне забруднення навколишнього середовища і перевитрата використаного кількості РВ. Низька ефективність використання теплової енергії ЕУ знижує продуктивність способу. Крім того, в прототипі представляється досить складним регулювання ритму генерації водню та його узгодження з динамічними характеристиками ЕУ.

Завдання, на вирішення якої спрямовано пропоноване технічне рішення, полягає в забезпеченні газоподібним паливом воднем ЕУ з одночасною економією РВ і енергії, поліпшення екологічної обстановки і безпеки пристроїв, що реалізують запропонований спосіб.

У порівнянні з прототипом пропонований спосіб забезпечує новий технічний результат, що полягає в зниженні інерційності генерування водню і забезпеченні можливості узгодження ритму генерування водню з навантаженням ЕУ, економії РВ, підвищенні продуктивності способу і безпеки роботи.

Зазначений технічний результат досягається тим, що у відомому способі, що включає попереднє розміщення РВ в завантажувальному баку, переміщення водневомісний РВ в зону генерації і його підігрів, подачу генерованого водню в енергетичну установку, видалення відпрацьованого речовини із зони генерації в випускний бак, як РВ використовують механічно міцні в режимі експлуатації мікрооб'єми однієї з фракцій в діапазоні розмірів 10-300 мкм, попередньо насичені воднем при тиску до 0,2 ГПа, подають і пропускають через зону генерації безперервно шляхом послідовного шлюзування операційних порцій РВ, підігрів якого здійснюють в системі каналів зони генерації , що контактують зі стінками теплових камер енергетичної установки, від 500 ^о с до температури, при якій фактична динамічне навантаження на мікрооб'єми відповідає межі їх механічної міцності, при цьому узгодять ритм подачі РВ через зону генерації з динамічним навантаженням енергетичної установки автоматично.

Дослідження рівня техніки в даній і суміжній галузях науки і техніки показало наступне.

1. Використання порошку (мікрооб'ємів) водневомісний речовини в якості РВ відомо. Однак в пропонованому способі РВ у вигляді каліброваних мікрооб'ємів з незначним розкидом розмірів використовуваної фракції призводить до прояву іншого технічного ефекту, що полягає в економії вихідних речовин і матеріалів, в більш точному регулюванні продуктивності способі в режимі практично безперервної подачі цих мікрооб'ємів в зону генерації, зниженні інерційності способу .

2. Використання прийому безперервної подачі РВ в зону генерації, де відбувається одночасно його нагрівання від "непридатного" тепла ЕУ, як це запропоновано в пропонованому способі, на відміну від дискретної подачі великих порцій РВ у відомому способі з [2] приводить до значної інерційності способу і можливий витік газоподібного водню після зупинки ЕУ, призводить до зниження інерційності і підвищення продуктивності запропонованого способу, а й полегшує регулювання ритму генерування водню, що у відомих технічних рішеннях не виявлено.

3. Використання мікрооб'ємів, насичених газоподібними продуктами водню під тиском до 0,2 ГПА в діапазоні розмірів 20-500 мкм, до яких пред'являлися жорсткі вимоги по сферичності і різнотовщинності, відомо в лазерному термоядерному синтезі в якості мішеней, які зберігали ізотопи водню протягом певного часу .

У пропонованому способі насичені подібним чином мікрооб'єми використані в якості джерел швидкої генерації десорбіруемого з них газоподібного водню і в заявляється діапазоні розмірів РВ забезпечується безперервний режим подачі цих частинок РВ.

4. Температура нагріву обрана в пропонованому способі на підставі оцінок фактичних даних за параметрами використовуваних ЕУ, а й експериментальних даних, про вплив температури на підвищення ступеня використання РВ і виходу цільового продукту. В аналізованих відомих технічних рішеннях таких відомостей не виявлено.

5. Використання прийому узгодження ритму подачі речовини і ритму роботи ЕУ відомо, однак використання відомої системи клапанів не забезпечує порівнянне з тим, що заявляється зниження інерційності процесу генерації і подачі газоподібного палива в ЕУ.

Таким чином, аналіз рівня техніки показує, що новий технічний результат, який забезпечується запропонованим технічним рішенням, явно не випливає з рівня техніки, а й заявляється сукупність ознак не знайдено при пошуку аналогів винаходу.

Сутність запропонованого способу полягає в наступному.

Попередньо частки РВ, виготовлені у вигляді мікрооб'ємів водневомісний речовини, насипають в завантажувальний бак. Набір мікрооб'ємів певної фракції виробляють в діапазоні 10-300 мкм, при цьому розкид розмірів в межах кожної фракції повинен бути мінімальним. Ця умова необхідно дотримуватися для зниження інерційності процесу регулювання виходу водню з одночасним підвищенням його виходу (продуктивності способу).

За виробленим розрахунковими оцінками оптимальна товщина S стінок мікрооб'ємів пов'язана з товщиною (b генеруючого шару мікрооб'ємів і характерним розміром мікрообсягу (d / 2) співвідношенням

S b де L довжина пробігу водню між зіткненнями з кістяком мікрооб'ємів, k геометричний фактор (k ~ 20-30). При цьому забезпечується практично одночасна десорбція водню з усіх мікрооб'ємів, що знаходяться в зоні генерації, за мінімальний час за умови d / S const.

Тим самим в пропонованому способі підбір заявляється діапазону розмірів мікрооб'ємів забезпечує максимальний вихід водню за час знаходження порції РВ зоні генерації, а отже, і підвищує продуктивність способу.

Теоретично і експериментально доведено, що при використанні в спресованих об'єктах із заданою пористістю частинок певної фракції забезпечується одночасне й однакове функціонування всіх пір при пропущенні через них водню. Необхідність обмежень на розкид розмірів мікрооб'ємів випливає з оцінок часу дифузії водню з мікрооб'ємів в поровое простір і подальшої фільтрації газу в пористу речовину з відкритими порами за формулою

tt ₁ + t ₂ (S ² / L + 2b ² / kd / V _т, де V _т теплова швидкість атомів водню.

Звідки випливає, що вказаний вище час знаходження порції РВ в зоні генерації, за яке повинно виділитися необхідну в певний момент експлуатації кількість водню, буде забезпечуватися при використанні мікрооб'ємів РВ в заявляється оптимальному діапазоні розмірів. На цьому засновано узгодження ритму генерації і подачі водню в ЕУ з ритмом зміни динамічних параметрів ЕУ.

Бак завантаження, що заповнюється зазначеним вище чином, можна замінювати на новий або заправляти автоматичним способом на станціях заправки, що забезпечує можливість, як і в прототипі, багаторазового відтворення способу.

Після повного завантаження бака РВ подають в систему каналів зони генерації, де здійснюють нагрів РВ. На відміну від прототипу зона генерації в пропонованому способі включає систему каналів, розташованих в безпосередній близькості від джерел "непридатного" тепла ЕУ, від зони взаємодії палива з окислювачем, наприклад, камер згоряння. На відміну від прототипу, в якому ці зони значно віддалені один від одного в просторі, в пропонованому способі підвищується коефіцієнт використання енергії ЕУ і, як наслідок, підвищується продуктивність способу і економія РВ. У зоні генерації забезпечується температура, достатня для десорбції водню з мікробів РВ. При цьому в пропонованому способі відпадає необхідність додаткового джерела теплової енергії на відміну від прототипу. Це встановлено в ході оцінки кількості тепла, що знімається зі стінок теплообмінних каналів, розташованих в безпосередній близькості з камерами згоряння, і безпосередньому контакті мікрооб'ємів зі стінками теплообмінних каналів. Оцінки показують, що знімається кількість теплової енергії відповідає теплоті дисоціації (> 33 кал / моль Н ₂₎ і забезпечується тепловим режимом камер згоряння більшості використовуваних на практиці ЕУ.

Проходження мікрооб'ємів РВ через зону генерації здійснюється в режимі практично безперервної подачі зі швидкістю, пропорційною швидкості енергос'ема з ЕУ. Безперервність подачі РВ реалізується на принципі шлюзування шляхом послідовного проведення порції РВ за схемою: через первинну камеру шлюзу (накопичувач) нагрів (зона генерації) збір порції відпрацьованого РВ у вторинній камері шлюзу (приймач) з подальшим випуском цієї порції в випускний бак. Час перебування порції РВ на кожній із зазначених позицій визначається ритмом енергос'ема ЕУ за рахунок обладнання шлюзових камер, що дозволяє здійснити більш тонку і точне регулювання подачі РВ і водню. Контроль за генерацією газу здійснюється шляхом вимірювання тиску водню в газозбірнику і порівнянням цього значення з оптимальним значенням для даного режиму роботи. Узгодження ритму подачі РВ здійснюється автоматично за допомогою реєструючих і передавальних приладів.

При цьому значна економія РВ в процесі його нагрівання в зоні генерації забезпечується виконанням вимог до режиму попереднього насичення РВ на етапі його виготовлення при надмірному тиску (0,0005-0,2 ГПа), оскільки при цьому питомий вміст водню по масі може досягати ~ 30 % що досить для підвищення його відбору в ЕУ.

Таким чином, пропонований спосіб забезпечує в порівнянні з прототипом більш високий вихід газоподібного палива, зменшує питома витрата РВ, підвищує продуктивність способу і знижує інерційність генерування газу, а й дозволяє вести процес генерації водню в узгодженні з навантаженням ЕУ.

На кресленні зображена схема запропонованого способу. Він складається в засипці РВ завантажувального бака 1, подачі РВ в систему шлюзових камер і каналів зони генерації 2, що знаходяться в безпосередньому тепловому і газовому контакті з камерами перетворення енергії ЕУ 4, зборі відпрацьованих мікрооб'ємів в випускному баку 3. Промислова придатність запропонованого способу підтверджена на наступних прикладах.

Приклад 1. Як ЕУ був задіяний двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). Спосіб здійснюється за схемою, зображеної на кресленні. У завантажувальний бак поміщається порція РВ 16 кг. Використовується РВ з мікрооб'ємів із середнім розміром 200 мкм товщиною стінки 8 мкм з розкидом розмірів 10% від середнього значення. За відомою технологією мікробаллони виконують двошаровими з 4 мкм скла і 4 мкм гідриду титану ТiН ₂ зовні. У режимі експлуатації мікрооб'єми зберігаються, _пр в зовнішньому шарі становить 0,1 ГПа. Технологічно прийнятний спосіб, коли такі мікрооб'єми насичуються воднем при тиску 0,05-0,1 ГПа і температурі процесу 500 ^о С, що забезпечує масове вміст водню 7-15%

Час зберігання водню в мікрооб'ємах оцінюється на рівні 10 ⁷ із при природних умовах (20 ^о С, Р ~ 1 атм). Сумарний вміст водню в завантажувальному баку 1-2,2 кг. Відповідно до технічних розробок цього запасу водню при 5% -ної добавці його до бензину достатньо для пробігу 500-1000 км при стандартному бензиновому баку. Цей факт свідчить про досить високої ємності РВ по відношенню до водню і високого ступеня використання водню в пропонованому способі в порівнянні з прототипом, економії матеріалів.

Використання запропонованого способу дозволяє застосовувати при необхідності малогабаритні гідридні завантажувальні баки, змінювані на заправних станціях, на відміну від прототипу, де вони досить громіздкі, що свідчить про поліпшення економічних параметрів способу і збільшенні безпеки при експлуатації ЕУ.

РВ подають і пропускають через систему каналів зони генерації, що контактують зі стінками теплових камер ЕУ, безперервно шляхом послідовного шлюзування операційних порцій. Нагрівання РВ виробляють в діапазоні 550-600 ^о С шляхом варіювання розташування теплових каналів. Нагрівання понад 1500 ^о С веде до деформації і руйнування мікробаллонов, засмічення шлюзовий системи і припинення генерування водню. Ритм подачі РВ автоматично узгоджується з навантаженням ЕУ відомими методами за кількістю оборотів двигуна в одиницю часу.

Приклад 2. Те ж, що і в прикладі 1, при цьому температура нагріву ¹³⁰⁰ С. Як РВ використовувалися мікрооб'єми гідриду титану з розмірами в діапазоні 30-40 мкм. Межа міцності гідриду титану становить _пр 0,1 ГПа, що забезпечує механічну міцність мікрооб'ємів в розглянутому робочому режимі.

Наведені приклади показують, що здійснення способу з використанням всіх пропонованих заходів і умов їх проведення гарантує робочі параметри ЕУ, що забезпечують економію матеріалів: РВ, водню, а й узгодження ритму генерації водню з динамічним навантаженням ЕУ, зниження інерційності процесу генерування в порівнянні з прототипом.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

СПОСІБ ГЕНЕРУВАННЯ ВОДНЮ ДЛЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК, що включає зарядку завантажувального ємності робочим водородсодержащим речовиною, переміщення робочої речовини в зону генерації і його підігрів, подачу генерованого водню в енергетичну установку, видалення відпрацьованого речовини із зони генерації в випускний бак, який відрізняється тим, що в якості робочої речовини використовують механічно міцні в режимі експлуатації мікрооб'єми однієї з фракцій в діапазоні розмірів 10-300 мкм, попередньо насичені воднем при тиску до 0,2 ГПа, які подають і пропускають через зону генерації безперервно шляхом послідовного щлюзованія операційних порцій робочої речовини, підігрів якого здійснюють в системі каналів зони генерації, що контактують зі стінками теплових камер енергетичної установки, від 500 ^o с до температури, при якій фактична динамічне навантаження на мікрооб'єми відповідає межі їх механічної міцності, причому узгодять ритм подачі робочої речовини через зону генерації з динамічним навантаженням енергетичної установки автоматично.

Версія для друку
Дата публікації 28.02.2007гг

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