RU2266157C1 - Hydrogen generator - Google Patents
Hydrogen generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2266157C1 RU2266157C1 RU2004105391/15A RU2004105391A RU2266157C1 RU 2266157 C1 RU2266157 C1 RU 2266157C1 RU 2004105391/15 A RU2004105391/15 A RU 2004105391/15A RU 2004105391 A RU2004105391 A RU 2004105391A RU 2266157 C1 RU2266157 C1 RU 2266157C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- generator
- reaction
- water
- heat
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Fuel Cell (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может использоваться для получения водорода как в стационарных установках, так и на транспорте.The invention relates to power equipment and can be used to produce hydrogen both in stationary installations and in transport.
Генератор представляет собой химический реактор, вырабатывающий водород путем гидролиза, т.е. разложения воды. Для этого используется твердый реагент, т.е. реакция гидролиза носит гетерогенный характер - идет на поверхности твердого вещества. Предполагается, что полученный таким образом водород в дальнейшем используется в качестве топлива для энергоустановок (ЭУ) на топливных элементах (ТЭ). Помимо этого, водород может использоваться, конечно, и в других областях, например при резке металла, сварке и т.д.The generator is a chemical reactor that produces hydrogen by hydrolysis, i.e. decomposition of water. For this, a solid reagent is used, i.e. the hydrolysis reaction is heterogeneous in nature - occurs on the surface of a solid. It is assumed that the hydrogen thus obtained is subsequently used as fuel for power plants (EC) on fuel cells (FC). In addition, hydrogen can be used, of course, in other areas, for example, in metal cutting, welding, etc.
Наиболее известным примером генератора газа с твердым реагентом являются генераторы ацетилена типов ГНВ-1,25 и ГВР-1,25 и другие [1]. В них также применяется гетерогенная реакция гидролиза, а в качестве твердого реагента служит карбид кальция. Сходным образом работает и генератор водорода, использующий реакцию гидролиза алюминия в водном растворе щелочи [2] (аналог). В этом случае, однако, осуществляется непрерывное генерирование водорода, а вся система, включая генератор, работает по «проточной» схеме. К недостаткам аналога можно отнести следующее:The most famous example of a gas generator with a solid reagent are acetylene generators of the types GNV-1.25 and GVR-1.25 and others [1]. They also use a heterogeneous hydrolysis reaction, and calcium carbide serves as a solid reagent. A hydrogen generator that works using the hydrolysis of aluminum in an aqueous solution of alkali [2] (analogue) works in a similar way. In this case, however, hydrogen is continuously generated, and the entire system, including the generator, operates according to a flow-through scheme. The disadvantages of the analogue include the following:
- использование «проточной» схемы усложняет конструкцию генератора и требует дополнительных энергозатрат, что снижает эффективность работы установки в целом;- the use of a "flow" circuit complicates the design of the generator and requires additional energy consumption, which reduces the overall efficiency of the installation;
- работа реактора обеспечивается специальной внешней системой охлаждения, что снижает надежность работы реактора, повышает энергоемкость системы, в которую он входит, и затрудняет автономную работу генератора.- the operation of the reactor is ensured by a special external cooling system, which reduces the reliability of the reactor, increases the energy consumption of the system into which it enters, and complicates the autonomous operation of the generator.
Более близким к предназначенному решению является генератор водорода энергоустановки (ЭУ) подводного назначения на топливных элементах [2] (прототип). Эффективность работы ЭУ в этом случае выше, поскольку циркуляционная схема работы здесь не используется. Однако и прототип имеет существенные недостатки, к которым можно отнести следующие:Closer to the intended solution is a hydrogen generator of a power plant (EU) underwater for fuel cells [2] (prototype). The efficiency of the EU in this case is higher, since the circulation circuit is not used here. However, the prototype also has significant disadvantages, which include the following:
- используется дорогой твердый реагент (LiH);- an expensive solid reagent (LiH) is used;
- для охлаждения генератора используется «внешняя» система охлаждения, снижающая к.п.д. установки и ее надежность;- for cooling the generator, an “external” cooling system is used, which reduces the efficiency installation and its reliability;
- кроме того, внешняя система охлаждения генератора водорода сужает возможности его автономного использования и усложняет конструкцию.- in addition, the external cooling system of the hydrogen generator narrows the possibilities of its autonomous use and complicates the design.
Задачей предлагаемого решения является разработка автономного генератора водорода, работающего без «внешней» системы охлаждения и не требующего (на свое охлаждение) энергозатрат.The objective of the proposed solution is to develop an autonomous hydrogen generator that works without an “external” cooling system and does not require (for its cooling) energy consumption.
Задача решается тем, что в генератор водорода, работающий на экзотермической реакции гидролиза и содержащий реакционный сосуд с магистралью выдачи водорода и теплообменником для отвода тепла реакции, введены два накопителя водорода, отличается тем, что в состав генератора введены два накопителя водорода, снабженные датчиками давления, при этом каждый накопитель водорода пневматически связан через входной клапан с реакционным сосудом, а через свой выходной клапан - с магистралью выдачи водорода, причем накопители водорода выполнены в виде герметичных емкостей, частично заполненных водой и гидравлически соединенных друг с другом через теплообменник для отвода тепла реакции и регулятор расхода воды, который вместе с клапанами электрически соединен с блоком управления, к которому подключены также датчики давления, установленные в накопителях водорода.The problem is solved in that two hydrogen accumulators are introduced into a hydrogen generator operating on an exothermic hydrolysis reaction and containing a reaction vessel with a hydrogen delivery line and a heat exchanger for removing reaction heat, characterized in that two hydrogen accumulators equipped with pressure sensors are introduced into the generator composition each hydrogen accumulator is pneumatically connected through an inlet valve to the reaction vessel, and through its outlet valve, to a hydrogen delivery line, and the hydrogen accumulators are made in de sealed containers, partially filled with water and hydraulically connected to each other through a heat exchanger to remove heat of reaction and the water flow regulator, which, together with the valves electrically connected with the control unit to which is also connected the pressure sensors installed in the hydrogen storage medium.
Суть предложения заключается в том, что генерируемый водород набирают поочередно в один из двух накопителей водорода (емкостей), в которых находится вода и которые гидравлически связаны друг с другом. При этом давлением водорода вода попеременно вытесняется из одной емкости в другую. В процессе перетекания эту воду пропускают через теплообменник для отвода тепла реакции и она охлаждает реагенты. Таким образом, в процессе работы генератор водорода «сам себя охлаждает» без использования специальных систем с насосами, электродвигателями и прочим, то есть напрямую используется механическая энергия выделяемого водорода, при этом расход охлаждающей воды регулируется. Это способствует повышению эффективности работы энергоустановок с таким генератором, повышает их надежность и превращает генератор водорода в автономное механическое устройство.The essence of the proposal is that the generated hydrogen is collected alternately in one of two hydrogen storage tanks (tanks) in which water is located and which are hydraulically connected to each other. In this case, the pressure of hydrogen, water is alternately displaced from one tank to another. During the overflow process, this water is passed through a heat exchanger to remove the heat of reaction and it cools the reactants. Thus, in the process of operation, the hydrogen generator “cools itself” without using special systems with pumps, electric motors, etc., that is, the mechanical energy of the generated hydrogen is directly used, while the flow of cooling water is regulated. This helps to increase the efficiency of power plants with such a generator, increases their reliability and turns the hydrogen generator into an autonomous mechanical device.
Кроме того, для такой схемы характерно авторегулирование интенсивности охлаждения: чем быстрее выделяется водород и выше его давление в ресивере, тем выше расход охлаждающей воды через генератор (как известно, скорость истечения воды пропорциональна давлению вытеснения). Таким образом, повышение тепловыделения в генераторе (пропорциональное выделению водорода) автоматически увеличивает и теплоотдачу из генератора и данная система охлаждения работает без тепловых датчиков.In addition, such a scheme is characterized by auto-regulation of the cooling intensity: the faster hydrogen is released and its pressure in the receiver is higher, the higher the flow rate of cooling water through the generator (as you know, the flow rate is proportional to the displacement pressure). Thus, the increase in heat generation in the generator (proportional to hydrogen evolution) automatically increases the heat transfer from the generator, and this cooling system works without heat sensors.
Предлагаемый генератор обладает, кроме того, простой конструкцией и имеет элементарный алгоритм управления.The proposed generator has, in addition, a simple design and has an elementary control algorithm.
Схема предлагаемой конструкции генератора приведена на чертеже, где обозначено:The diagram of the proposed generator design is shown in the drawing, where it is indicated:
1 - реакционный сосуд;1 - reaction vessel;
2 - магистраль выдачи водорода;2 - a line for the delivery of hydrogen;
3 - теплообменник для отвода тепла реакции;3 - heat exchanger for removing heat of reaction;
4 - накопители водорода;4 - hydrogen storage;
5 - входные клапаны накопителей водорода;5 - inlet valves of hydrogen storage;
6 - выходные клапаны накопителей водорода;6 - output valves of hydrogen storage;
7 - датчики давления;7 - pressure sensors;
8 - теплообменники-охладители;8 - heat exchangers, coolers;
9 - регулятор расхода воды;9 - water flow regulator;
10 - блок управления.10 - control unit.
Реакционный сосуд (1), в котором идет экзотермическая реакция гидролиза, через входные клапаны (5) пневматически сообщается с двумя накопителями водорода (4), выполненными в виде емкостей, частично заполненных водой. Накопители водорода (4) снабжены датчиками давления (7) и теплообменниками-охладителями (8) для охлаждения воды.The reaction vessel (1), in which the exothermic hydrolysis reaction takes place, through pneumatic inlet valves (5) communicates with two hydrogen accumulators (4), made in the form of containers partially filled with water. Hydrogen accumulators (4) are equipped with pressure sensors (7) and heat exchangers-coolers (8) for cooling water.
Накопители водорода (4) через выходные клапаны (6) пневматически соединены с магистралью выдачи водорода (2). Кроме того, эти накопители через теплообменник для отвода тепла реакции (3) и регулятор расхода воды (9) гидравлически соединены друг с другом.Hydrogen accumulators (4) through outlet valves (6) are pneumatically connected to the hydrogen delivery line (2). In addition, these accumulators are hydraulically connected to each other through a heat exchanger for the removal of reaction heat (3) and a water flow regulator (9).
Управление входными и выходными клапанами (5, 6) и регулятором расхода воды (9) осуществляется от блока управления (10), который электрически соединен со всеми клапанами (5, 6) и регулятором расхода воды (9). К блоку управления (10) подключены также датчики давления (7), установленные в накопителях водорода (4).The inlet and outlet valves (5, 6) and the water flow regulator (9) are controlled from the control unit (10), which is electrically connected to all valves (5, 6) and the water flow regulator (9). Pressure sensors (7) installed in hydrogen accumulators (4) are also connected to the control unit (10).
Работает такой генератор водорода следующим образом. Перед началом гидролиза в реакционном сосуде (1) один из входных клапанов (5), соединяющих реакционный сосуд (1) с соответствующим накопителем водорода (4), открыт, а другой входной клапан этого накопителя закрыт. По магистрали с открытым входным клапаном (5) водород поступает в соответствующий накопитель водорода (4).Such a hydrogen generator works as follows. Before hydrolysis in the reaction vessel (1) begins, one of the inlet valves (5) connecting the reaction vessel (1) with the corresponding hydrogen accumulator (4) is open, and the other inlet valve of this accumulator is closed. On the highway with an open inlet valve (5), hydrogen enters the corresponding hydrogen storage (4).
Если скорость роста давления в этом накопителе водорода (4) достаточно большая (т.е. реакция идет бурно и тепловыделение в реакционном сосуде велико), открывается регулятор расхода воды (9) и холодная вода из одного накопителя водорода под действием давления начинает перетекать в другой. Попутно она отбирает тепло из реакционного сосуда (1), проходя через теплообменник для отвода тепла реакции (3). Одновременно водород, который ранее находился во втором накопителе водорода (не заполненном водой) по магистрали с открытым выходным клапаном (6), соединяющей этот накопитель водорода (4) с магистралью выдачи водорода (2), выдается потребителю.If the rate of pressure increase in this hydrogen accumulator (4) is sufficiently high (i.e., the reaction is violent and the heat generation in the reaction vessel is large), the water flow regulator (9) opens and cold water from one hydrogen accumulator begins to flow to another . Along the way, it removes heat from the reaction vessel (1), passing through a heat exchanger to remove reaction heat (3). At the same time, hydrogen, which was previously in the second hydrogen accumulator (not filled with water), is supplied to the consumer via a line with an open outlet valve (6) connecting this hydrogen store (4) to the hydrogen delivery line (2).
Длительность охлаждения реакционного сосуда (1) определяется количеством воды, запасенной в накопителях водорода (4), а мощность теплоотвода - расходом охлаждающей воды через теплообменник для отвода тепла реакции (3). Расход воды в свою очередь определяется давлением водорода в накопителях водорода (4) и площадью сечения в регуляторе расхода воды (9).The cooling time of the reaction vessel (1) is determined by the amount of water stored in the hydrogen storage tanks (4), and the heat sink capacity is determined by the flow of cooling water through the heat exchanger to remove the reaction heat (3). Water consumption, in turn, is determined by the pressure of hydrogen in the hydrogen storage tanks (4) and the cross-sectional area in the water flow controller (9).
Таким образом, существует возможность как автоматического охлаждения реагирующей смеси, так и управляемого процесса охлаждения.Thus, there is the possibility of both automatic cooling of the reacting mixture and a controlled cooling process.
После завершения цикла работы генератора и вытеснения воды из одного накопителя водорода в другой нагретая вода в нем охлаждается теплообменником-охладителем и процесс повторяется в обратном направлении.After completing the cycle of the generator and displacing water from one hydrogen storage tank to another, the heated water in it is cooled by a heat exchanger-cooler and the process is repeated in the opposite direction.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет создать автономный генератор водорода, способный охлаждать самого себя в автоматическим режиме. Это позволяет повысить надежность его работы, используя простейшие алгоритмы управления.Thus, the proposed technical solution allows you to create an autonomous hydrogen generator capable of cooling itself in automatic mode. This allows you to increase the reliability of its work, using the simplest control algorithms.
Список литературыList of references
1. В.В.Рыбаков. «Учебник газосварщика», МАШГИЗ., Москва, 1956 г., стр.34-36.1. V.V. Rybakov. “The textbook of the gas welder”, MASHGIZ., Moscow, 1956, pp. 34-36.
2. «Устройство для генерирования тепла и электричества из алюминиевых отходов». Пат. США №4.218.520, 1980 г.2. "Device for generating heat and electricity from aluminum waste." Pat. US No. 4,218.520, 1980
3. «Генерирование водорода путем гидролиза для энергоустановки на основе ТЭ подводного назначения». Пат.5372617, США, 1994 г.3. "Hydrogen generation by hydrolysis for a power plant based on underwater fuel cells." Pat. 5372617, USA, 1994.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004105391/15A RU2266157C1 (en) | 2004-02-24 | 2004-02-24 | Hydrogen generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004105391/15A RU2266157C1 (en) | 2004-02-24 | 2004-02-24 | Hydrogen generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004105391A RU2004105391A (en) | 2005-08-10 |
RU2266157C1 true RU2266157C1 (en) | 2005-12-20 |
Family
ID=35844509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004105391/15A RU2266157C1 (en) | 2004-02-24 | 2004-02-24 | Hydrogen generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2266157C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202013000709U1 (en) | 2013-01-24 | 2013-04-16 | Alexei Issakov | System for the production, distribution and storage of electrical energy in an area |
WO2013103419A1 (en) * | 2012-01-05 | 2013-07-11 | K Tube Technology LLC | Systems, devices, and/or methods for power generation from water |
DE102013001184A1 (en) | 2013-01-24 | 2014-07-24 | Alexei Issakov | System for production and distribution of electric power in an area, has electric energy conversion facilitates located close to consumers of energy, so that long term storable energy sources are consumed by additional consumers |
RU167565U1 (en) * | 2016-04-11 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | HYDROGEN GENERATOR |
-
2004
- 2004-02-24 RU RU2004105391/15A patent/RU2266157C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013103419A1 (en) * | 2012-01-05 | 2013-07-11 | K Tube Technology LLC | Systems, devices, and/or methods for power generation from water |
DE202013000709U1 (en) | 2013-01-24 | 2013-04-16 | Alexei Issakov | System for the production, distribution and storage of electrical energy in an area |
DE102013001184A1 (en) | 2013-01-24 | 2014-07-24 | Alexei Issakov | System for production and distribution of electric power in an area, has electric energy conversion facilitates located close to consumers of energy, so that long term storable energy sources are consumed by additional consumers |
RU167565U1 (en) * | 2016-04-11 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | HYDROGEN GENERATOR |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004105391A (en) | 2005-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7524342B2 (en) | Method and apparatus for generating hydrogen gas on demand from water with recovery of water and complete recycling of consumable material | |
US8341961B2 (en) | Solar desalination system | |
CN109708002B (en) | Temperature compensation type alloy hydrogen storage and supply system | |
JP4621816B2 (en) | Superheated steam generator, power generation ship and connecting robot | |
US20140116048A1 (en) | Multi-Functional Solar Combined Heat and Power System | |
CN104969409A (en) | Fluid bath cooled energy storage system | |
RU2266157C1 (en) | Hydrogen generator | |
Gude | Energy storage for desalination | |
US20230272981A1 (en) | Thermochemical energy storage device | |
JPH0492374A (en) | Energy system | |
US11971221B2 (en) | Thermal battery and electricity generation system | |
KR20180031996A (en) | Hydrogen supplying system and mehod of underwater moving body | |
KR102614407B1 (en) | Hydrogen supplying system and mehod of underwater moving body | |
JPH0470522B2 (en) | ||
JPH11354132A (en) | Fuel cell power generating set | |
RU2767265C2 (en) | Method and installation for round-the-clock desalination of sea water | |
CN113851242B (en) | Thermal coupling utilization system and method for small-sized fluoride salt cooling high-temperature stack and high-temperature process | |
US20240124985A1 (en) | Small modular nuclear reactor integrated energy systems for in-situ, on-demand hydrogen generation and/or the production of sodium formate | |
RU2094925C1 (en) | Energy storage incorporating equipment for its supply to users | |
WO2024074268A1 (en) | Ammonia reactor and methods | |
JPH11354133A (en) | Regenerative type fuel cell apparatus | |
Kindler et al. | Fuel-Cell Power Systems Incorporating Mg-Based H2 Generators | |
AU2004233474A1 (en) | Method and apparatus for generating hydrogen gas on demand from water with recovery of water and complete recycling of consumable material | |
Jones et al. | Utilizing Ocean Thermal Energy in a Submarine Robot | |
CN113790134A (en) | Solar temperature difference energy composite power generation system for underwater vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100225 |