RU194758U1 - CAPSULE FOR HYDROGEN GENERATOR BASED ON WATER OXIDATION OF A SOLID REAGENT - Google Patents
CAPSULE FOR HYDROGEN GENERATOR BASED ON WATER OXIDATION OF A SOLID REAGENT Download PDFInfo
- Publication number
- RU194758U1 RU194758U1 RU2019131460U RU2019131460U RU194758U1 RU 194758 U1 RU194758 U1 RU 194758U1 RU 2019131460 U RU2019131460 U RU 2019131460U RU 2019131460 U RU2019131460 U RU 2019131460U RU 194758 U1 RU194758 U1 RU 194758U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capsule
- hydrogen
- reactor
- reagent
- hydrogen generator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J7/00—Apparatus for generating gases
- B01J7/02—Apparatus for generating gases by wet methods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
- C01B3/08—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents with metals
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к энергетическому оборудованию, а именно к конструкциям капсул (картриджей), применяемых в генераторах водорода для автономных источников питания на топливных элементах, и может найти применение при создании малых энергоустановок для стационарной распределенной энергетики.Капсула для генератора водорода включает корпус с внутренней полостью, содержащей твердый реагент для получения водорода, и снабженный торцевыми крышками, выполненными с возможностью герметичного соединения с корпусом. Капсула выполнена с возможностью подачи жидкого реагента внутрь капсулы и снабжена фильтрующим элементом, обеспечивающим пропускание водорода и задержку твердых продуктов реакции и воды внутри капсулы. При этом корпус капсулы с внешней стороны выполнен в форме усеченного конуса из непроницаемого для газа теплопроводного материала. С наружной стороны торцевая крышка корпуса большего диаметра имеет элемент для перемещения капсулы, а торцевая крышка меньшего диаметра имеет отверстия для подачи жидкого реагента и выпуска водорода, с внешней стороны герметизированные непроницаемой для окружающего воздуха защитной мембраной, выполненной с возможностью ее частичного разрушения элементами реактора генератора водорода при размещении капсулы внутри реактора генератора водорода. Фильтрующий элемент закреплен на торцевой крышке меньшего диаметра с ее внутренней стороны. Капсула обеспечивает длительное хранение водорода в латентной форме, а при размещении ее в реактор - непрерывную длительную работу генератора водорода как в ручном, так и в автоматическом режиме в течение заданного времени, определяемого запасом капсул (реагента). 7 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to power equipment, namely to the design of capsules (cartridges) used in hydrogen generators for autonomous power sources on fuel cells, and can be used to create small power plants for stationary distributed energy. The capsule for a hydrogen generator includes a housing with an internal cavity containing a solid reagent for producing hydrogen, and provided with end caps made with the possibility of tight connection with the housing. The capsule is made with the possibility of supplying a liquid reagent inside the capsule and is equipped with a filter element that allows the passage of hydrogen and the retention of solid reaction products and water inside the capsule. In this case, the capsule body on the outside is made in the form of a truncated cone of a gas impermeable heat-conducting material. On the outside, the end cap of a larger case has an element for moving the capsule, and the end cap of a smaller diameter has openings for supplying liquid reagent and hydrogen, sealed on the outside with an airtight protective membrane made with the possibility of its partial destruction by the elements of the hydrogen generator reactor when placing the capsule inside a hydrogen generator reactor. The filter element is mounted on the end cap of a smaller diameter from its inner side. The capsule provides long-term storage of hydrogen in latent form, and when it is placed in the reactor, continuous continuous operation of the hydrogen generator in both manual and automatic mode for a predetermined time determined by the stock of capsules (reagent). 7 cp f-ly, 4 ill.
Description
Полезная модель относится к энергетическому оборудованию, а именно, к конструкциям капсул (картриджей), применяемых в генераторах водорода для автономных источников питания на топливных элементах, и может найти применение при создании малых энергоустановок для стационарной распределенной энергетики. Кроме того, полезная модель может быть использована при хранении и транспортировке водорода в латентной форме различными видами транспорта на любые расстояния. Возможно использование полезной модели для производства водорода «на месте, по требованию» (замещение электролизеров), применение в энергоустановках маломерных подводных аппаратов и надводных судов, а также в составе тяговых энергоустановок электровозов в шахтах и рудниках.The utility model relates to power equipment, namely, to the design of capsules (cartridges) used in hydrogen generators for self-contained power sources on fuel cells, and can be used to create small power plants for stationary distributed energy. In addition, the utility model can be used in the storage and transportation of hydrogen in latent form by various modes of transport at any distance. It is possible to use a utility model for the production of hydrogen "on site, on demand" (replacement of electrolyzers), the use of small-sized underwater vehicles and surface ships in power plants, as well as electric locomotives in mines and mines as part of traction power plants.
На сегодняшний день одним из перспективных направлений получения водорода является гидролиз легких металлов, в т.ч. алюминия, являющегося одним из самых энергоемких химических элементов. Способ использования энергии алюминия включает стадию восстановления водорода из воды при помощи алюминия и стадию окисления полученного водорода в водородно-воздушных топливных элементах с получением электрической энергии.Today, one of the promising directions for the production of hydrogen is the hydrolysis of light metals, including aluminum, which is one of the most energy-intensive chemical elements. A method of using aluminum energy includes the step of recovering hydrogen from water using aluminum and the step of oxidizing the produced hydrogen in hydrogen-air fuel cells to produce electrical energy.
Из уровня техники известны различные конструктивные решения картриджей для генератора водорода, основанные на химической реакции между водой и композитом из алюминия.The prior art various structural solutions for cartridges for a hydrogen generator based on the chemical reaction between water and an aluminum composite.
В частности, известен сменный картридж реактора газогенератора водорода, включающий установленные внутри картриджа пластины из активированного алюминия, закрепленные между двумя дисками (патент RU 2407701).In particular, a replaceable cartridge for a hydrogen gas generator reactor is known, which includes plates of activated aluminum mounted inside the cartridge and mounted between two disks (patent RU 2407701).
Известен картридж, состоящий из контейнера с водой и контейнера, заполненного частицами активированного алюминия, помещенных в герметичный корпус (Е. Школьников. Алюмо-водородные источники тока для портативных электронных устройств. Современная электроника, №6, 2014; 2Wpower source based on air-hydrogen polymer electrolyte membrane fuel cells and water-aluminum hydrogen micro-generator. Journal of Power Sources, 185, (2008) 967-972; патенты RU 72360, RU 87573). Корпус герметизирован пленкой, снимаемой перед использованием картриджа. При этом обе части разделены мембранным элементом, имеющим заданную пористую структуру. На пути выхода водорода расположены водоудерживающие сепараторы для удерживания конденсата, уносимого из картриджа вместе с водородом.A known cartridge consisting of a container with water and a container filled with activated aluminum particles placed in a sealed enclosure (E. Shkolnikov. Aluminum-hydrogen current sources for portable electronic devices. Modern Electronics, No. 6, 2014; 2Wpower source based on air-hydrogen polymer electrolyte membrane fuel cells and water-aluminum hydrogen micro-generator. Journal of Power Sources, 185, (2008) 967-972; patents RU 72360, RU 87573). The case is sealed with a film that is removed before using the cartridge. In this case, both parts are separated by a membrane element having a predetermined porous structure. Water-retaining separators are located on the hydrogen exit path to retain condensate carried out from the cartridge along with hydrogen.
Однако известные картриджи, имеющие ограниченный запас реагента, используются в портативных устройствах с ручной перезарядкой и не решают проблемы интенсивного выделения тепла во время протекания реакции. В связи с этим данные устройства допускают лишь редкое использование, например, для подзарядки аккумуляторов.However, known cartridges having a limited supply of reagent are used in portable devices with manual recharging and do not solve the problem of intense heat generation during the course of the reaction. In this regard, these devices allow only rare use, for example, for recharging batteries.
Наиболее близким к предлагаемому решению является конструктивное решение картриджа, описанное в международной заявке WO 2017135900. Картридж включает цилиндрический корпус с твердым реагентом, первую крышку, расположенную на одном конце корпуса, и вторую крышку, расположенную на противоположном конце корпуса, распределитель жидкости в виде трубки со множеством отверстий, расположенный внутри корпуса вдоль его центральной оси и зазубренный фитинг, расположенный в первой крышке, при этом распределитель жидкости выполнен с возможностью соединения с фитингом с образованием канала для потока жидкости при расположении картриджа внутри корпуса реактора. Корпус картриджа выполнен из гидрофобного полупроницаемого материала, обеспечивающего пропускание газа через материал и в то же время предотвращающего прохождение через него жидких или твердых веществ.Closest to the proposed solution is the design of the cartridge described in international application WO 2017135900. The cartridge includes a cylindrical body with a solid reagent, a first cover located at one end of the body, and a second cover located at the opposite end of the body, a liquid distributor in the form of a tube with a plurality of holes located inside the housing along its central axis and a barbed fitting located in the first cover, while the liquid distributor is configured to connect connection with the fitting with the formation of a channel for fluid flow when the cartridge is located inside the reactor vessel. The cartridge housing is made of a hydrophobic semi-permeable material that allows gas to pass through the material and at the same time prevents the passage of liquid or solid substances through it.
Данный картридж функционирует следующим образом. Образовавшийся после впрыска воды в картридж водород выходит через малотеплопроводную цилиндрическую проницаемую поверхность, включающую фильтрующий материал, в полость реактора. Давление водорода в картридже и в реакторе после выработки реагента уравнивается, а практически все выделяющееся тепло реакции остается в картридже. Это подразумевает работу реактора с редкой периодичностью и полностью исключает его непрерывную длительную работу с автоматической перезагрузкой картриджа, так как не предусмотрены вывод водорода из реактора до окончания реакции, а также эффективное охлаждение сильно нагревающегося картриджа вследствие теплового эффекта реакции. Кроме того, поскольку цилиндрическая поверхность картриджа является проницаемой для влажного газа, картридж с твердым реагентом перед использованием должен храниться в сухом ящике или запечатываться во влагонепроницаемый пакет или контейнер, что также подразумевает только ручную работу с редкой периодичностью. Размещение в каждом картридже собственного распределителя жидкости в виде трубки с множеством отверстий увеличивает неэффективную массу и повышает стоимость каждого картриджа.This cartridge operates as follows. Hydrogen formed after water is injected into the cartridge exits through a low-heat-conducting cylindrical permeable surface, including filter material, into the reactor cavity. The hydrogen pressure in the cartridge and in the reactor after the production of the reagent is equalized, and almost all the heat of reaction generated remains in the cartridge. This implies the operation of the reactor with a rare periodicity and completely eliminates its continuous long-term operation with automatic reloading of the cartridge, since hydrogen is not removed from the reactor before the end of the reaction, as well as effective cooling of a strongly heated cartridge due to the thermal effect of the reaction. In addition, since the cylindrical surface of the cartridge is permeable to wet gas, the solid reagent cartridge must be stored in a dry box or sealed in a moisture-proof bag or container before use, which also implies only manual operation with a rare frequency. Placing in each cartridge its own liquid distributor in the form of a tube with many holes increases the inefficient mass and increases the cost of each cartridge.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является разработка конструкции капсулы для генератора водорода, заполненной твердым реагентом на основе алюминия или других близких по принципу действия неорганических энергоносителей, обеспечивающей максимально возможные удельные массовые характеристики латентного содержания водорода при обеспечении возможности его длительного хранения без специальных мер защиты от влаги окружающей среды. Конструкция капсулы должна обеспечить возможность ее ручной или автоматической перезарядки в реактор с одновременным вскрытием для обеспечения отвода водорода и подачи воды и эффективное отведение тепла от капсулы во время протекания реакции.The technical problem that the utility model addresses is the development of a capsule design for a hydrogen generator filled with a solid reagent based on aluminum or other inorganic energy carriers similar in principle to the operation, providing the maximum possible specific mass characteristics of the latent hydrogen content while ensuring the possibility of its long-term storage without special environmental protection measures. The capsule design should provide the possibility of its manual or automatic recharging into the reactor with simultaneous opening to ensure the removal of hydrogen and water supply and effective heat removal from the capsule during the course of the reaction.
Техническим результатом является разработка капсулы для твердого реагента на основе алюминия или других близких по принципу действия неорганических энергоносителей, способной обеспечить длительное хранение водорода в латентной форме, а при размещении ее в реактор - непрерывную длительную работу генератора водорода как в ручном, так и в автоматическом режиме в течение заданного времени, определяемого запасом капсул (реагента).The technical result is the development of a capsule for a solid reagent based on aluminum or other inorganic energy carriers that are close in principle, capable of providing long-term storage of hydrogen in latent form, and when placed in a reactor, continuous continuous operation of a hydrogen generator in both manual and automatic mode for a given time, determined by the stock of capsules (reagent).
Технический результат достигается за счет разработки конструкции капсулы, включающей корпус с внутренней полостью, содержащей твердый реагент для получения водорода, и снабженный торцевыми крышками, выполненными с возможностью герметичного соединения с корпусом, при этом капсула выполнена с возможностью подачи жидкого реагента во внутреннюю полость и снабжена фильтрующим элементом, обеспечивающим пропускание водорода и задержку твердых продуктов реакции и воды внутри капсулы. Согласно предлагаемому техническому решению корпус капсулы с внешней стороны выполнен в форме усеченного конуса из непроницаемого для газа теплопроводного материала, при этом с наружной стороны торцевая крышка корпуса большего диаметра имеет элемент для перемещения капсулы, а торцевая крышка меньшего диаметра имеет отверстия для подачи жидкого реагента в капсулу и выпуска водорода, с внешней стороны герметизированные непроницаемой для окружающего воздуха защитной мембраной, выполненной с возможностью ее частичного разрушения элементами реактора генератора водорода при размещении капсулы внутри реактора генератора водорода, при этом фильтрующий элемент закреплен на торцевой крышке меньшего диаметра с ее внутренней стороны.The technical result is achieved by developing the design of the capsule, comprising a housing with an internal cavity containing a solid reagent for producing hydrogen, and equipped with end caps made with the possibility of tight connection with the housing, while the capsule is configured to supply a liquid reagent to the internal cavity and is equipped with a filter an element providing the transmission of hydrogen and the retention of solid reaction products and water inside the capsule. According to the proposed technical solution, the capsule body on the outside is made in the form of a truncated cone of gas impermeable heat-conducting material, while on the outside, the end cap of the larger case has an element for moving the capsule, and the end cap of a smaller diameter has openings for supplying liquid reagent to the capsule and hydrogen release, externally sealed with a protective membrane impermeable to ambient air, made with the possibility of its partial destruction by ntami reactor the hydrogen generator of the capsule when placed in the reactor of the hydrogen generator, wherein the filter element is fixed to the end cover of smaller diameter on its inner side.
Корпус может быть выполнен из алюминиевого сплава с толщиной боковой стенки 0,1-0,9 мм.The housing can be made of aluminum alloy with a side wall thickness of 0.1-0.9 mm.
Внутренняя полость капсулы может быть выполнена цилиндрической и расположена соосно конусной поверхности корпуса.The internal cavity of the capsule may be cylindrical and located coaxially with the conical surface of the housing.
Защитная мембрана может быть выполнена из алюминиевой фольги толщиной 0,05-0,1 мм.The protective membrane can be made of aluminum foil with a thickness of 0.05-0.1 mm
Капсула содержит уплотнительные элементы для герметизации области подвода жидкого реагента во внутреннюю полость капсулы.The capsule contains sealing elements for sealing the area of supply of the liquid reagent into the internal cavity of the capsule.
Элемент для перемещения капсулы может быть выполнен в виде выступающей закраины или проточки.The element for moving the capsule can be made in the form of a protruding flange or groove.
Капсула может иметь объем 15-60 мл.The capsule may have a volume of 15-60 ml.
В качестве твердого реагента может быть использован дисперсный и/или активированный алюминий.As a solid reagent, dispersed and / or activated aluminum can be used.
Фильтрующий элемент закреплен на торцевой крышке капсулы с обеспечением предотвращения его прорыва или обхода твердыми продуктами реакции.The filter element is mounted on the end cap of the capsule to prevent its breakthrough or bypassing with solid reaction products.
После размещения и фиксирования капсулы с реагентом в реакторе и впрыска в нее воды начинается выделение водорода, который должен попадать в приемную буферную емкость генератора водорода, в течение ограниченного времени. Предлагаемая конструкция капсулы обеспечивает отвод выделяемого тепла реакции за счет теплопроводности через стенки капсулы и реактора и конвективного уноса тепла с охлаждающим агентом. При этом температура реагирующей смеси в капсуле поддерживается достаточно высокой, что обеспечивает выделение всего водорода за ограниченное время, и в то же время не допускается перегрев капсулы, который может привести к потере свойств фильтрующего материала и уплотняющих элементов капсулы и реактора, и как следствие, к выбросу твердого осадка из капсулы и засорению водородных коммуникаций генератора водорода. После выработки реагента тонкостенная капсула с небольшим усилием удаляется из реактора, несмотря на то, что развиваемое в ней давление неизбежно привело бы к ее пластической деформации.After placing and fixing the capsule with the reagent in the reactor and injecting water into it, hydrogen evolution begins, which must fall into the receiving buffer capacity of the hydrogen generator for a limited time. The proposed design of the capsule provides the removal of the generated heat of the reaction due to thermal conductivity through the walls of the capsule and the reactor and convective entrainment of heat with a cooling agent. At the same time, the temperature of the reacting mixture in the capsule is kept sufficiently high, which ensures the release of all hydrogen in a limited time, and at the same time, overheating of the capsule is not allowed, which can lead to loss of properties of the filter material and sealing elements of the capsule and reactor, and, as a result ejection of solid sediment from the capsule and clogging of the hydrogen communications of the hydrogen generator. After the production of the reagent, the thin-walled capsule is removed with little effort from the reactor, despite the fact that the pressure developed in it would inevitably lead to its plastic deformation.
Предлагаемая конструкция капсулы допускает непрерывное использование генератора водорода для обеспечения водородно-воздушных (кислородных) топливных элементов электрической мощностью до нескольких киловатт. Капсулы делят топливо на порции, при этом непрерывность использования достигается за счет автоматической подачи (и удаления) капсул в реактор, который обеспечивает условия протекания реакции внутри капсулы, а также непрерывный эффективный отвод тепла реакции. Таким образом, становится возможным создание относительно компактных автономных источников энергии, характеризующихся повышенной мощностью при относительно малом объеме капсулы.The proposed capsule design allows continuous use of a hydrogen generator to provide hydrogen-air (oxygen) fuel cells with electric power up to several kilowatts. Capsules divide the fuel into portions, while the continuity of use is achieved by automatically feeding (and removing) the capsules into the reactor, which provides the reaction conditions inside the capsule, as well as continuous effective removal of the reaction heat. Thus, it becomes possible to create relatively compact autonomous energy sources characterized by increased power with a relatively small volume of the capsule.
Полезная модель поясняется чертежами и графиками, где на Фиг. 1 представлен пример выполнения капсулы, продольный разрез, на Фиг. 2 - пример выполнения торцевой крышки капсулы с фильтрующим элементом, на Фиг. 3 - капсула, размещенная в реакторе водорода, продольный разрез, на Фиг. 4 - графики зависимости давления водорода в буферной емкости от времени при различных начальных температурах капсулы.The utility model is illustrated by drawings and graphs, where in FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a capsule, a longitudinal section, in FIG. 2 - an example of the execution of the end cap of the capsule with a filter element, FIG. 3 - a capsule placed in a hydrogen reactor, a longitudinal section, in FIG. 4 - graphs of the dependence of hydrogen pressure in the buffer tank on time at various initial temperatures of the capsule.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - корпус капсулы; 2 - внутренняя полость капсулы; 3 - торцевая крышка большего диаметра; 4 - торцевая крышка меньшего диаметра; 5 - отверстия для выпуска водорода из капсулы; 6 - отверстие для подвода жидкого реагента в капсулу; 7 - защитная мембрана, 8 - игла реактора генератора водорода; 9 - фильтрующий элемент; 10 - уплотнительное кольцо, 11 - герметизирующие вкладки; 12 - элемент для перемещения капсулы; 13 - реактор генератора водорода; 14 - система охлаждения реактора; 15 - накидная гайка; 16 - выбрасыватель; 17 - выход для водорода; 18 - крышка корпуса реактора.The positions in the drawings indicate: 1 - capsule body; 2 - the internal cavity of the capsule; 3 - end cap of a larger diameter; 4 - end cap of a smaller diameter; 5 - holes for the release of hydrogen from the capsule; 6 - hole for supplying a liquid reagent to the capsule; 7 - a protective membrane, 8 - a needle of a reactor of a hydrogen generator; 9 - filter element; 10 - a sealing ring, 11 - sealing tabs; 12 - element for moving the capsule; 13 - hydrogen generator reactor; 14 - reactor cooling system; 15 - union nut; 16 - ejector; 17 - output for hydrogen; 18 - the cover of the reactor vessel.
Капсула выполнена в виде тонкостенной гильзы из непроницаемого для газа теплопроводного материала (например, алюминиевого сплава), представляющей собой корпус 1, внешняя поверхность которого выполнена в форме усеченного конуса. Корпус 1 снабжен внутренней полостью 2, соосной конусу, заполненной твердым реагентом и выполненной, например, цилиндрической формы. При этом толщина боковой стенки корпуса может составлять от 0,1 до 0,9 мм. С противоположных концов корпус снабжен торцевыми крышками 3 и 4, большего и меньшего диаметров, соответственно. При этом крышка меньшего диаметра 4 имеет отверстия 5 для выпуска водорода из капсулы в герметичную зону реактора, соединенную с коммуникациями генератора водорода, и отверстие 6 для подвода под давлением жидкого реагента во внутреннюю полость капсулы, например, посредством иглы реактора генератора водорода. В частности, отверстие 6 может быть расположено в центральной части крышки 4, отверстия 5 - симметрично относительно центральной оси капсулы. С внешней стороны крышки отверстия 5, 6 загерметизированы непроницаемой для окружающего воздуха защитной мембраной 7, предохраняющей контакт энергоносителя в капсуле с внешней средой. Мембрана 7 может быть выполнена из алюминиевой фольги толщиной 0,05-0,1 мм и герметично соединена с крышкой 4, например, с помощью эпоксидного клея и/или завальцовки. При подаче капсулы в реактор происходит частичное разрушение мембраны 7 элементами реактора генератора водорода (например, иглой 8, Фиг. 4) для обеспечения выпуска водорода из капсулы.The capsule is made in the form of a thin-walled sleeve made of a gas-impervious heat-conducting material (for example, an aluminum alloy), which is a
К торцевой крышке 4 меньшего диаметра с внутренней стороны капсулы прикреплен фильтрующий элемент 9, выполненный с возможностью пропускания водорода и задержки твердых продуктов реакции и воды (капельной жидкости). Фильтрующий материал, из которого выполнен фильтрующий элемент, должен обладать достаточной прочностью при повышенной температуре (около 100°С) в течение времени протекания реакции, чтобы его не смогли прорвать или обойти твердые продукты реакции (защищать от выброса твердых порошков). Фильтрующий элемент 9 может быть прикреплен к торцевой крышке 4, например, посредством клеевого соединения (например, с помощью эпоксидного клея) по наружному периметру и по периметру центрального отверстия 6. Для надежного крепления периметры фильтрующего элемента 9, как вариант, могут быть завальцованы. В фильтрующем элементе 9 может быть выполнено центральное отверстие, расположенное соосно отверстию 6 и выполненное меньшим диаметром, для прохода иглы 8. В качестве материала фильтрующего элемента может быть использован войлок толщиной, например, 2-3 мм. Для предотвращения накопления воды в фильтрующем материале он может быть гидрофобизирован. На Фиг. 2 представлен пример выполнения торцевой крышки 4 с фильтрующим элементом 9. Крышка 4 снабжена уплотнительными элементами (уплотнительное кольцо 10, вкладки 11) для герметизации области установки иглы.A
В предпочтительном варианте реализации детали крышки 4 выполнены из того же материала, что и корпус капсулы. Крышки 3 и 4 могут быть соединены с корпусом капсулы, например, посредством завальцовки, с предварительным промазыванием соединения эпоксидным клеем или любым другим способом, обеспечивающим герметичность корпуса.In a preferred embodiment, the parts of the
Торцевая крышка 3 большего диаметра снабжена элементом 12 для перемещения капсулы, расположенным с наружной стороны крышки и выполненным с возможностью его зацепа механизмом перезарядки реактора (затвором). Элемент 12 для перемещения капсулы может быть выполнен за одно целое с корпусом. Элемент 12 может представлять собой грибок или выступающую закраину (например, как у патрона 7.62×54R) или проточку (как у патрона 7.62×51). Закраина может представлять собой кольцевой выступ или выступ и проточку у крышки 3 (основания гильзы), и может быть выполнена посредством завальцовки.The
В качестве твердого реагента, заполняющего внутреннюю полость 2 капсулы, может быть использован дисперсный или активированный алюминий с размерами частиц в диапазоне 0,005-0,5 мм. В качестве твердого реагента может быть также использован реагент, описанный в патентах RU 87573, RU 72360.As a solid reagent filling the
Размер используемой для работы генератора водорода капсулы зависит от мощности конкретного генератора водорода и может составлять от 20 до 40 мм в диаметре и от 50 до 150 мм по длине. Объем капсулы может составлять от 15 до 60 мл.The size of the capsule used for the operation of the hydrogen generator depends on the power of a particular hydrogen generator and can be from 20 to 40 mm in diameter and from 50 to 150 mm in length. The volume of the capsule can be from 15 to 60 ml.
Предлагаемая геометрия капсулы оптимизирована для производства на автоматических линиях, аналогичных производству гильз боеприпасов мелкокалиберной артиллерии или стрелкового оружия.The proposed capsule geometry is optimized for production on automatic lines similar to the production of small-caliber artillery ammunition shells or small arms.
Полезная модель работает следующим образом.The utility model works as follows.
В рабочем цикле генератора водорода в автоматическом режиме работы капсулу с твердым реагентом досылают затвором механизма перезарядки капсул (например, посредством соединения выбрасывателя 16, закрепленного на затворе, с элементом 12 для перемещения капсулы) во внутреннюю полость корпуса реактора 13 генератора водорода до контакта наружной поверхности капсулы с внутренней конусной поверхностью стенки корпуса реактора. При этом происходит герметизация водородной полости уплотняющими элементами реактора (например, уплотняющей манжетой). Одновременно элементы реактора, например, неподвижная игла 8, закрепленная в реакторе, разрушают защитную мембрану 7 на торцевой крышке 4 капсулы. На Фиг. 3 представлен пример размещения капсулы в корпусе реактора с иглой. Игла 8 проходит через центральное отверстие 6 в крышке и фильтрующем элементе 9 и проникает в реагент, расположенный в капсуле. Затем при полностью досланной капсуле, удерживаемой затвором, через иглу 8 во внутреннюю полость 2 капсулы поступает вода. В результате химической реакции реагента с водой, образуется водород, который проходит сквозь фильтрующий элемент 9, затем через разрушенную мембрану 7 и покидает капсулу. Образующееся в результате реакции тепло отводится наружу через корпус 1 капсулы, контактирующий с системой охлаждения реактора 14 (например, радиаторами, закрепленными на наружной поверхности реактора, или водяной рубашкой, охватывающей корпус реактора с наружной стороны). После завершения реакции, выбрасыватель 16, закрепленный на затворе, вступает во взаимодействие с элементом 12 перемещения капсулы (закраиной/проточкой), сцепляясь с ней, и вытягивает капсулу из реактора, освобождая место для следующей капсулы.In the operating cycle of the hydrogen generator in automatic operation, the capsule with the solid reagent is sent by the shutter of the capsule recharging mechanism (for example, by connecting the
При этом капсула может быть также установлена в полость реактора вручную. При ручной установке капсулы осуществляют ее фиксацию в корпусе реактора, например, посредством накидной гайки 15 (Фиг. 3). При автоматической установке на той же резьбе другая накидная гайка может иметь, например, фланец для крепления затвора механизма перезарядки капсул.In this case, the capsule can also be manually inserted into the reactor cavity. When manually installing the capsule, it is fixed in the reactor vessel, for example, by means of a union nut 15 (Fig. 3). When automatically installed on the same thread, another flare nut may have, for example, a flange for attaching the shutter of the capsule recharge mechanism.
Были изготовлены капсулы для генератора водорода из алюминиевого сплава Д16. Общая длина капсулы с элементом для перемещения («грибком») составляла 120 мм, полезная длина за вычетом обоих крышек - около 100 мм, внутренний диаметр капсулы - 23 мм, угол конуса - величину 1° с допуском плюс/минус 5 минут. Толщина стенки капсулы со стороны меньшего диаметра составляла 0,3 мм, наибольшая толщина стенки - 0,9 мм. Полезный объем капсулы составлял величину около 40 см3. В качестве фильтрующего элемента использовался элемент, конструкция которого изображена на Фиг. 2, фильтрующий материал - войлок толщиной 2,5 мм. В качестве мембраны использовалась алюминиевая фольга толщиной 0,05 мм.Capsules for the hydrogen generator were made of aluminum alloy D16. The total length of the capsule with the element for movement (“fungus”) was 120 mm, the effective length minus both caps was about 100 mm, the inner diameter of the capsule was 23 mm, and the cone angle was 1 ° with a tolerance of plus /
Был проведен ряд опытов по отработке режимов проведения процесса генерации водорода в капсулах с указанными параметрами, а также по изучению влияния начальной температуры капсулы на эффективность генерации водорода. Начальная температура реакционной смеси соответствовала начальной температуре реактора. В свою очередь реактор прогревался (или охлаждался) до требуемой температуры с помощью термостата. В капсулу загружали около 3 г дисперсного алюминия с диаметром частиц 0,1-0,5 мм. Была использована одна партия алюминия, активированная 5% смеси олова и висмута. В корпусе капсулы закрепляли торцевую крышку 4 меньшего диаметра с фильтрующим элементом 9, после этого капсулу вручную вставляли в реактор 13 и фиксировали накидной гайкой 15, как это изображено на Фиг. 3. Воду подавали через перфорированную иглу 8. Водород собирали в специальную буферную емкость, объем которой вместе с коммуникациями составлял около 1,5 л. Выход водорода контролировали по давлению водорода в буферной емкости.A series of experiments were carried out to test the regimes for the process of generating hydrogen in capsules with the indicated parameters, as well as to study the effect of the initial temperature of the capsule on the efficiency of hydrogen generation. The initial temperature of the reaction mixture corresponded to the initial temperature of the reactor. In turn, the reactor was heated (or cooled) to the required temperature using a thermostat. About 3 g of dispersed aluminum with a particle diameter of 0.1-0.5 mm was loaded into the capsule. One batch of aluminum was used, activated with a 5% mixture of tin and bismuth. An
На Фиг. 4 приведен пример полученных результатов при трех начальных температурах в виде кумулятивных кривых нарастания давления водорода во времени. Кривые совмещены по оси времени в начало координат, соответствующее времени первого впрыска воды. Как следует из графиков, несмотря на то, что начальные температуры отличались существенно, во все трех опытах выход водорода был близок к 100%. Видно, что при 60°С давление нарастает с первых секунд, т.е. время индукции близко к нулю. Закономерно время индукции возрастает с уменьшением начальной температуры. При этом интегральная средняя скорость оказалась наибольшей при комнатной начальной температуре, в связи с чем такой важный параметр как суммарное время реакции оказалось наименьшим при комнатной температуре. Суммарное время при 7,2°С и 60°С оказалось практически одинаковым, что является благоприятным фактом для решения проблемы холодного запуска генератора водорода.In FIG. Figure 4 shows an example of the results obtained at three initial temperatures in the form of cumulative curves of the increase in hydrogen pressure over time. The curves are aligned along the time axis to the origin corresponding to the time of the first water injection. As follows from the graphs, despite the fact that the initial temperatures differed significantly, in all three experiments the hydrogen yield was close to 100%. It can be seen that at 60 ° C the pressure rises from the first seconds, i.e. induction time is close to zero. Naturally, the induction time increases with decreasing initial temperature. In this case, the integral average rate turned out to be the highest at room initial temperature, and therefore such an important parameter as the total reaction time was the shortest at room temperature. The total time at 7.2 ° C and 60 ° C turned out to be almost the same, which is a favorable fact for solving the problem of cold start of a hydrogen generator.
Во всех трех случаях технический результат на уровне элементарных актов процесса генерирования водорода в капсуле был достигнут. Все прошло в штатных условиях, и практически весь водород выделился за ограниченное время. Капсулы также полностью оправдали свое предназначение: отреагировавший оксид алюминия остался в капсуле, фильтрующий материал визуально не изменил своих свойств, капсулы без усилий удалялись из реактора и не претерпели никаких деформаций. Изготовленные капсулы хранились в запечатанном виде в течение 4-х месяцев, по истечении которых реагент полностью сохранил свое свойство.In all three cases, the technical result at the level of elementary acts of the process of generating hydrogen in the capsule was achieved. Everything went under normal conditions, and almost all of the hydrogen was released in a limited time. The capsules also fully justified their purpose: the reacted alumina remained in the capsule, the filter material did not visually change its properties, the capsules were easily removed from the reactor and did not undergo any deformation. The prepared capsules were stored in sealed form for 4 months, after which the reagent completely retained its property.
Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает возможность создания одного из главных компонентов автоматического генератора водорода - капсулы для твердого реагента на основе алюминия или других близких по принципу действия неорганических энергоносителей, способной обеспечить длительное хранение водорода в латентной форме, а также, будучи размещенной в реактор, генерацию водорода как в ручном, так и в автоматическом режиме в течение заданного времени, определяемого запасом капсул. Кроме того, предлагаемое решение обеспечивает быструю заправку генератора водорода реагентами путем автоматической смены капсул, которые легко заправляются и извлекаются из корпуса реактора. Выполнение корпуса и крышек капсулы из алюминиевого сплава создает дополнительное преимущество при утилизации капсул с целью регенерации алюминиевого реагента (облегчает его вторичное использование), т.к. отработанная капсула содержит в основном алюминий и его оксиды. Кроме того, изготовление капсулы из алюминиевого сплава позволяет добиться ее малого веса и высокой коррозионной стойкости. Тонкие стенки капсулы увеличивают массовую долю активной алюминиевой композиции в брутто массе хранимого реагента. Капсула, содержащая твердый реагент, при хранении и транспортировке запечатана полностью, и может храниться длительное время.Thus, the proposed solution makes it possible to create one of the main components of an automatic hydrogen generator - a capsule for a solid reagent based on aluminum or other inorganic energy carriers close in principle, capable of providing long-term storage of hydrogen in latent form, as well as being placed in a reactor hydrogen in both manual and automatic mode for a given time, determined by the stock of capsules. In addition, the proposed solution provides quick refueling of the hydrogen generator with reagents by automatically changing the capsules, which are easily refilled and removed from the reactor vessel. The execution of the body and capsules of the aluminum alloy creates an additional advantage in the disposal of capsules for the regeneration of aluminum reagent (facilitates its secondary use), because The spent capsule contains mainly aluminum and its oxides. In addition, the manufacture of capsules made of aluminum alloy allows you to achieve its low weight and high corrosion resistance. Thin capsule walls increase the mass fraction of the active aluminum composition in the gross mass of the stored reagent. The capsule containing the solid reagent is completely sealed during storage and transportation, and can be stored for a long time.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019131460U RU194758U1 (en) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | CAPSULE FOR HYDROGEN GENERATOR BASED ON WATER OXIDATION OF A SOLID REAGENT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019131460U RU194758U1 (en) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | CAPSULE FOR HYDROGEN GENERATOR BASED ON WATER OXIDATION OF A SOLID REAGENT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU194758U1 true RU194758U1 (en) | 2019-12-23 |
Family
ID=69022655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019131460U RU194758U1 (en) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | CAPSULE FOR HYDROGEN GENERATOR BASED ON WATER OXIDATION OF A SOLID REAGENT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU194758U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2407701C2 (en) * | 2008-10-27 | 2010-12-27 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран | Gas generator for producing hydrogen |
US20120230909A1 (en) * | 2005-02-25 | 2012-09-13 | Commissariat A L'energie Atomique | Hydrogen Generating Fuel Cell Cartridges |
US9517932B2 (en) * | 2012-08-14 | 2016-12-13 | Intelligent Energy Inc. | Hydrogen generator having liquid delivery member |
WO2017013500A2 (en) * | 2015-07-23 | 2017-01-26 | Zoll Lifebridge Gmbh | Mobile extracorporeal life support systems and related methods |
-
2019
- 2019-10-07 RU RU2019131460U patent/RU194758U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120230909A1 (en) * | 2005-02-25 | 2012-09-13 | Commissariat A L'energie Atomique | Hydrogen Generating Fuel Cell Cartridges |
RU2407701C2 (en) * | 2008-10-27 | 2010-12-27 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран | Gas generator for producing hydrogen |
US9517932B2 (en) * | 2012-08-14 | 2016-12-13 | Intelligent Energy Inc. | Hydrogen generator having liquid delivery member |
WO2017013500A2 (en) * | 2015-07-23 | 2017-01-26 | Zoll Lifebridge Gmbh | Mobile extracorporeal life support systems and related methods |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101523636B (en) | Battery pack and battery-mounted device | |
US20190341637A1 (en) | Portable electricity generation devices and associated systems and methods | |
US20090035623A1 (en) | Functional product, treatment device of functional substance, applied device of functional product and mounting method of functional product | |
CN210040268U (en) | Single battery with heat management function | |
CN109119659B (en) | Integrated power generation system based on air battery | |
WO2022116910A1 (en) | High-energy lithium battery and large energy storage system comprising lithium batteries | |
FI90925B (en) | Method and apparatus for the storage and production of electrical energy | |
RU194758U1 (en) | CAPSULE FOR HYDROGEN GENERATOR BASED ON WATER OXIDATION OF A SOLID REAGENT | |
KR101584518B1 (en) | Apparatus for generating hydrogen comprising porous wall | |
US4507367A (en) | Galvanic element, particularly a metal-air cell | |
CN214542383U (en) | High-energy lithium battery, battery tank comprising same and large-scale energy storage system | |
CN214589045U (en) | High-energy lithium battery, battery tank comprising same and large-scale energy storage system | |
CN109081306A (en) | A kind of hydrogen generator of slow-release hydrogen manufacturing | |
RU196478U1 (en) | REACTOR FOR HYDROGEN GENERATOR BASED ON WATER OXIDATION OF A SOLID REAGENT | |
KR101584520B1 (en) | Apparatus for generating hydrogen comprising water vapor reusing unit | |
CN218957880U (en) | Battery cell shell, battery cell and high-capacity battery | |
CN115789497A (en) | Solid hydrogen storage bottle for hydrogen energy vehicle | |
CN212669205U (en) | Hydrogen production system | |
CN109876334B (en) | New energy automobile battery package air feeder | |
KR101584522B1 (en) | Apparatus for generating hydrogen comprising nozzles reacting sloshing | |
RU2315903C1 (en) | Device for storing and supplying hydrogen in power plant of vehicle | |
CN219267776U (en) | End cover assembly, battery cell, battery and power utilization device | |
RU2321796C1 (en) | Tank for storing hydrogen | |
CN114923118B (en) | Metal hydride hydrogen storage tank | |
CN218498297U (en) | Battery with let out and explode device and have battery module who lets out and explode device |