RU2327078C2 - Hydrogen vessel - Google Patents

Hydrogen vessel Download PDF

Info

Publication number
RU2327078C2
RU2327078C2 RU2006119824/06A RU2006119824A RU2327078C2 RU 2327078 C2 RU2327078 C2 RU 2327078C2 RU 2006119824/06 A RU2006119824/06 A RU 2006119824/06A RU 2006119824 A RU2006119824 A RU 2006119824A RU 2327078 C2 RU2327078 C2 RU 2327078C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
capillaries
container according
vessel
heater
Prior art date
Application number
RU2006119824/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006119824A (en
Inventor
Александр Федорович Чабак (RU)
Александр Федорович Чабак
Original Assignee
Александр Федорович Чабак
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Федорович Чабак filed Critical Александр Федорович Чабак
Priority to RU2006119824/06A priority Critical patent/RU2327078C2/en
Publication of RU2006119824A publication Critical patent/RU2006119824A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2327078C2 publication Critical patent/RU2327078C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/45Hydrogen technologies in production processes

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: mechanics, hydrogen power units.
SUBSTANCE: invention relates to hydrogen power units, hydrogen accumulation and storage. The vessel consists of a sealed casing, service branch pipes and a bundle of hollow capillaries arranged in the casing with their open ends brought into the hydrogen feed-release manifold, and a heater arranged in the said manifold. The capillary free ends arranged in the manifold are made narrowing. A free space of the manifold is filled to the heater with a sealant that features the hydrogen permeability factor at the vessel filling-emptying temperatures of up to (2.0-3.6)·10-4 cm2/(s·atm1/2), or with a material of lower melting or destruction temperature than that of capillaries. The invention aims at producing a vessel to keep hydrogen therein with higher safety, higher velocity and smoothness of hydrogen out flowing from the vessel to the User.
EFFECT: higher safety, higher velocity and smoothness of hydrogen out flowing from the vessel to the User.
8 cl, 4 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности, а также к аккумулированию гелия и других газов.The invention relates to the field of hydrogen energy - the accumulation and storage of hydrogen, which is currently used in chemical, transport engineering and other industries, as well as the accumulation of helium and other gases.

Известны устройства для аккумулирования водорода, основанные на связывании водорода в твердом материале (например, в гидридах металлов или сорбция на поверхности дисперсных наноматериалов), (патенты РФ №№2037737, 2038525, МПК F17С 5/04), эти устройства для аккумулирования и хранения водорода являются наиболее взрывобезопасными из существующих, т.к. водород не имеет избыточного давления, но такие системы инерционны и требуют определенное время (порядка несколько минут) для начала работы, поглощение и выделение водорода происходит со значительными тепловыми эффектами. Кроме того, весовое содержание водорода - отношение веса водорода, содержащегося в аккумуляторе, к весу самого аккумулятора - 4,5% - является очень низким. Весовое содержание зависит как от количества водорода в аккумулирующем материале, так и от удельного веса аккумулирующего материала.Known devices for the storage of hydrogen, based on the binding of hydrogen in a solid material (for example, in metal hydrides or sorption on the surface of dispersed nanomaterials), (RF patents Nos. 2037737, 2038525, IPC F17C 5/04), these devices for the storage and storage of hydrogen are the most explosion-proof of the existing ones, as hydrogen does not have excess pressure, but such systems are inertial and require a certain time (of the order of several minutes) to start work, the absorption and evolution of hydrogen occurs with significant thermal effects. In addition, the weight content of hydrogen — the ratio of the weight of hydrogen contained in the battery to the weight of the battery itself — 4.5% —is very low. The weight content depends both on the amount of hydrogen in the storage material and on the specific gravity of the storage material.

Известна емкость для хранения водорода (патент №2222749, МПК F17C 5/04), представляющая собой герметичный кожух с внутренним сосудом для хранения сжиженного водорода, при этом система газозаполнения выполнена так, что позволяет сократить потери водорода, снизить время заправки емкости. Емкость для водородного автомобиля (Шварц А. Автомобиль будущего. - Вестник, 12.05.2004, №10 (347), стр.1-5), выполнена из прочных композитных относительно легких материалов. Последняя модификация с баллонами под давлением имеет объем 90 литров, массу 40 кг, давление водорода 400 атм. Оценки показывают, что в этом случае в емкости может быть запасено 3,2 кг водорода, следовательно, весовое содержание водорода равно 3,2/40×100%=8%. Недостатками емкости являются взрывоопасность и низкое содержание водорода на единицу объема, до 400 л водорода на 1 литр.Known capacity for storing hydrogen (patent No. 2222749, IPC F17C 5/04), which is a sealed casing with an inner vessel for storing liquefied hydrogen, while the gas filling system is designed to reduce hydrogen loss, reduce the time of filling the tank. Capacity for a hydrogen car (Schwartz A. Car of the future. - Bulletin, 05/12/2004, No. 10 (347), pp. 1-5), made of durable composite relatively light materials. The last modification with pressure cylinders has a volume of 90 liters, a mass of 40 kg, a hydrogen pressure of 400 atm. Estimates show that in this case 3.2 kg of hydrogen can be stored in the tank, therefore, the weight content of hydrogen is 3.2 / 40 × 100% = 8%. The disadvantages of the tank are explosiveness and low hydrogen content per unit volume, up to 400 liters of hydrogen per 1 liter.

Известно, что можно хранить водород в полых волокнах-капиллярах, выполненных из стекла (Yan K.L., Sellars B.G., Lo I. et al. Storage of hydrogen by high pressure microencapsulation in glass // Intern. J.Hydrogen. Energy. 1985. Vol.10, N18. P.517-522). Полые капилляры длиной 15 см, диаметром 160-260 мкм, толщиной оболочки 16-35 мкм запаивались с двух сторон. Затем капилляры помещались в объем, где создавалось давление водорода 700 ата и при нагревании до 300°С происходило насыщение внутренней полости капилляров водородом. После охлаждения водород оставался внутри капилляров, а при нагревании выходил наружу. Такая система является взрывобезопасной, но весовое содержание водорода в такой системе составляет 4,2%. Такое содержание водорода является очень низким для создания промышленно применимых емкостей для хранения водорода. Кроме того, заполнение и извлечение водорода необходимо проводить при температурах 300°С и выше. При этом заправка и извлечение водорода протекает медленно и длится несколько часов, при этом временные требования к заправке емкостей составляют 4-10 минут.It is known that hydrogen can be stored in hollow capillary fibers made of glass (Yan KL, Sellars BG, Lo I. et al. Storage of hydrogen by high pressure microencapsulation in glass // Intern. J. Hydrogen. Energy. 1985. Vol .10, N18. P.517-522). Hollow capillaries with a length of 15 cm, a diameter of 160-260 microns, and a shell thickness of 16-35 microns were sealed on both sides. Then the capillaries were placed in a volume where a hydrogen pressure of 700 atm was created and when heated to 300 ° C, the inner cavity of the capillaries was saturated with hydrogen. After cooling, hydrogen remained inside the capillaries, and when heated out. Such a system is explosion proof, but the weight content of hydrogen in such a system is 4.2%. This hydrogen content is very low to create industrially applicable hydrogen storage tanks. In addition, the filling and extraction of hydrogen must be carried out at temperatures of 300 ° C and above. At the same time, refueling and hydrogen recovery proceeds slowly and lasts several hours, while the time requirements for refueling containers are 4-10 minutes.

Прототипом предлагаемого изобретения является емкость для хранения водорода (А.Ф.Чабак. Аккумуляторы водорода на основе упорядоченных микропористых структур. - Наука и технология в промышленности, 2006 г. №1, с.24-27).The prototype of the invention is a container for storing hydrogen (A.F. Chabak. Hydrogen accumulators based on ordered microporous structures. - Science and technology in industry, 2006, No. 1, p.24-27).

Емкость представляет собой герметичный корпус с технологическими патрубками - подачи-выпуска водорода, установки предохранительного клапана. В корпусе расположен пучок полых капилляров, открытые концы которых выведены в коллектор подачи-выпуска водорода, и нагреватель. Преимущества емкости - высокое удельное весовое содержание водорода в капиллярах и высокая взрывобезопасность. Но существенным недостатком емкости является медленный процесс извлечения газа из замкнутых объемов капилляров, так как извлечение газа осуществляется за счет процесса диффузии газа при повышенной температуре. Такие емкости не удовлетворяют требованиям по скорости подачи газа потребителю. В случае диффузионного механизма скорость извлечения газа пропорциональна площади поверхности, через которую осуществляется диффузия газа, а также определяется температурой этой поверхности. Поэтому для улучшения извлечения газа из капилляров необходимо прогревать всю структуру, что требует больших энергозатрат и такая технология извлечения газа может оказаться энергетически не выгодной.The capacity is a sealed enclosure with technological pipes - hydrogen supply and exhaust, installation of a safety valve. In the housing there is a bundle of hollow capillaries, the open ends of which are brought into the hydrogen supply and exhaust manifold, and a heater. The advantages of the tank are a high specific gravity of hydrogen in the capillaries and high explosion safety. But a significant drawback of the tank is the slow process of extracting gas from the closed volumes of capillaries, since the extraction of gas is carried out due to the process of gas diffusion at elevated temperatures. Such containers do not meet the requirements for gas supply to the consumer. In the case of a diffusion mechanism, the gas extraction rate is proportional to the surface area through which gas diffusion is carried out, and is also determined by the temperature of this surface. Therefore, to improve the extraction of gas from capillaries, it is necessary to heat the entire structure, which requires large energy costs and such a gas extraction technology may prove to be energetically disadvantageous.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является создание емкости для хранения водорода, обеспечивающей высокую надежность, скорость и плавность истечения водорода потребителю.The technical result, which the invention is directed to, is the creation of a tank for storing hydrogen, providing high reliability, speed and smoothness of the flow of hydrogen to the consumer.

Для достижения указанного результата предложена емкость для хранения водорода, состоящая из герметичного корпуса, технологических патрубков и размещенных в корпусе пучка полых капилляров, открытые концы которых выведены в коллектор подачи-выпуска водорода, и нагревателя, расположенного в коллекторе, при этом открытые концы капилляров, расположенные в коллекторе, выполнены сужающимися, свободное пространство коллектора до нагревателя заполнено герметизирующим материалом с высокой проницаемостью для водорода или с более низкой температурой плавления или с температурой деструкции, чем температура плавления материала капилляров.To achieve this result, a hydrogen storage tank is proposed, consisting of a sealed housing, process pipes and hollow capillaries placed in the beam body, the open ends of which are brought into the hydrogen supply and exhaust manifold, and a heater located in the collector, while the open ends of the capillaries located in the collector, tapering, the free space of the collector to the heater is filled with a sealing material with high permeability to hydrogen or at a lower rate melting point or with a temperature of destruction than the melting point of the material of the capillaries.

Кроме того, сужающиеся концы капилляров выполнены конусообразными с плоскими торцевыми поверхностями.In addition, the tapered ends of the capillaries are made cone-shaped with flat end surfaces.

Кроме того, сужающиеся концы капилляров выполнены со сферическими торцевыми поверхностями.In addition, the tapered ends of the capillaries are made with spherical end surfaces.

Сужающаяся часть капилляров может быть выполнена с покрытием из металла, или полимера, или стекла.The tapering part of the capillaries can be made with a coating of metal, or polymer, or glass.

Капилляры могут быть выполнены из стекла, или углерода, или металла, или полимерных материалов, или их композиций, например стеклоуглерода.Capillaries can be made of glass, or carbon, or metal, or polymeric materials, or their compositions, for example glassy carbon.

Герметизирующий материал с высокой проницаемостью для водорода представляет собой сплавы на основе палладия или никеля, или композиции на основе графита или стекла, или полимерные материалы.The high hydrogen permeability sealant is palladium or nickel based alloys, or graphite or glass based compositions, or polymeric materials.

Герметизирующий материала с низкой температурой плавления представляет собой стекло, или металлический сплав, или полимерный материал.The low melting sealant material is glass, or a metal alloy, or a polymeric material.

Герметизирующий материал с низкой температурой деструкции представляет собой полимерный материал или металлоорганическое соединение.The low temperature degradation sealant is a polymeric material or an organometallic compound.

На фиг.1 представлена принципиальная схема выполнения емкости для хранения водорода, на фиг.2 и 3 показаны пучки капилляров. На фиг.4 представлена фотография отдельных капилляров с внешним диаметром 525 мкм со сферообразными торцами сужающихся концов капилляров.Figure 1 presents a schematic diagram of the implementation of the capacity for storing hydrogen, figure 2 and 3 show the bundles of capillaries. Figure 4 presents a photograph of individual capillaries with an outer diameter of 525 μm with sphere-shaped ends of the tapered ends of the capillaries.

Обозначения позиций на фигурах:Designations of positions in the figures:

1 - корпус;1 - housing;

2 - коллектор подачи-выпуска водорода;2 - a collector for supplying and discharging hydrogen;

3 - патрубок подачи газа потребителю;3 - pipe supply gas to the consumer;

4 - капилляры;4 - capillaries;

5 - сужающиеся концы капилляров;5 - tapering ends of the capillaries;

6 - материал герметизации;6 - sealing material;

7 - нагреватель;7 - heater;

8 - крышка корпуса;8 - housing cover;

9 - патрубок для установки предохранительного клапана;9 - pipe for installing a safety valve;

10 - перегородка для фиксации материала герметизации;10 - a partition for fixing the sealing material;

11 - патрубок для установки датчика давления;11 - pipe for installing a pressure sensor;

12 - оболочка.12 - shell.

Емкость состоит из герметичного корпуса 1 с расположенными в верхней части корпуса на уровне коллектора подачи-выпуска водорода 2 патрубком подачи-вывода газа 3 и патрубками 9 и 11 для установки предохранительного клапана и датчика давления соответственно. Корпус может быть выполнен в виде цилиндрического баллона, как показано на фиг.1. В коллекторе подачи-выпуска водорода 2 установлен нагреватель 7. Нагреватель может быть выполнен секционным и установлен в коллекторе 2 над пучком капилляров. Внутрь корпуса 1 через крышку 8 вставлен пучок полых капилляров 4. Концы капилляров 5 расположены в коллекторе подачи-выпуска водорода и выполнены сужающимися. Все пространство между перегородкой 10, которая отделяет коллектор от пространства корпуса, в котором размещен пучок капилляров, и нагревателем 7 заполнено герметизирующим материалом 6. Этот материал представляет собой, например, гранулы материала с температурой плавления или деструкции ниже, чем температура плавления материала, из которого выполнены капилляры.The tank consists of a sealed housing 1 with located in the upper part of the housing at the level of the hydrogen supply-exhaust manifold 2, a gas supply-output pipe 3 and pipes 9 and 11 for installing a safety valve and a pressure sensor, respectively. The housing may be made in the form of a cylindrical container, as shown in figure 1. A heater 7 is installed in the collector of the supply and exhaust of hydrogen 2. The heater can be made sectional and installed in the collector 2 above the bunch of capillaries. A bundle of hollow capillaries 4 is inserted inside the housing 1 through the lid 8. The ends of the capillaries 5 are located in the hydrogen supply and exhaust manifold and are made tapering. The entire space between the partition 10, which separates the collector from the space of the housing in which the capillary beam is located, and the heater 7 is filled with a sealing material 6. This material is, for example, granules of a material with a melting or degradation temperature lower than the melting temperature of the material from which capillaries are made.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Емкость помещается в сосуд высокого давления (не показан). Патрубок подачи водорода потребителю 3 открыт. Сосуд высокого давления вакуумируется, затем заполняется водородом до высокого давления. В зависимости от типа аккумулятора (для автомобиля, портативных источников питания для компьютеров, телефонов и т.д.) давление водорода в аккумуляторе для каждой их разновидности может отличаться, но при этом, как правило, должно быть более 500 атм. Водород из сосуда высокого давления через патрубок 3 через отверстия в торцах сужающихся концов 5 капилляров поступает внутрь капилляров 4. После создания необходимого давления в капиллярах включают нагреватель 7, представляющий собой, например, многосекционный индукционный нагреватель, источник высокочастотного излучения и пр. Материал 6 плавится и закрывает отверстия в сужающихся концах капилляров. Затем нагреватель отключают, материал 6 застывает, водород под давлением находится внутри капилляров. После охлаждения давление газа в сосуде высокого давления снижается до необходимого уровня, патрубок 3 перекрывается, газ из сосуда высокого давления сбрасывается с последующим его вакуумированием. Параметры водорода контролируются и регулируются предохранительным клапаном и датчиком давления, установленными в патрубках 9 и 11 соответственно.The container is placed in a pressure vessel (not shown). The pipe for supplying hydrogen to the consumer 3 is open. The pressure vessel is evacuated, then filled with hydrogen to high pressure. Depending on the type of battery (for a car, portable power supplies for computers, telephones, etc.), the hydrogen pressure in the battery for each type may vary, but it should usually be more than 500 atm. Hydrogen from the pressure vessel through the pipe 3 through the holes in the ends of the tapered ends 5 of the capillaries enters the capillaries 4. After creating the necessary pressure in the capillaries, the heater 7 is turned on, which is, for example, a multi-section induction heater, a high-frequency radiation source, etc. The material 6 melts and closes the holes in the tapered ends of the capillaries. Then the heater is turned off, the material 6 solidifies, hydrogen under pressure is inside the capillaries. After cooling, the gas pressure in the pressure vessel decreases to the required level, the nozzle 3 is closed, the gas from the pressure vessel is discharged, followed by its evacuation. Hydrogen parameters are monitored and regulated by a safety valve and a pressure sensor installed in pipes 9 and 11, respectively.

Для извлечения водорода из капилляров соединяют емкость через патрубок 3 с потребителем, при понижении давления водорода в коллекторе 2, которое контролируется датчиком давления, включаются одна или несколько секций многосекционного нагревателя 7, в зоне нагрева герметизирующий материал 6 нагревается, становится вязким и газ высокого давления из капилляров в зоне нагрева, разрушая вязкий слой, выходит в коллектор 2. После расходования потребителем этой порции газа включаются следующие секции многосекционного нагревателя. Процесс периодически повторяется до полного извлечения газа из капилляров, после чего происходит очередная заправка аккумулятора.To extract hydrogen from the capillaries, the container is connected through the pipe 3 to the consumer, when the hydrogen pressure in the collector 2 is lowered, which is controlled by the pressure sensor, one or more sections of the multi-section heater 7 are turned on, in the heating zone the sealing material 6 heats up, becomes viscous and high-pressure gas from capillaries in the heating zone, destroying the viscous layer, enters the collector 2. After the consumer has consumed this portion of gas, the following sections of the multi-section heater are turned on. The process is periodically repeated until the gas is completely extracted from the capillaries, after which the next refueling of the battery occurs.

Материал 6 выполняет не менее двух основных функций: во-первых, он герметизирует или открывает отверстия, соединяющие внутренний объем капилляров с коллектором, во-вторых, он увеличивает прочностные характеристики сужающихся концов капилляров. Заполнение материалом 6 пространства между окончаниями капилляров позволяет компенсировать дополнительные напряжения, которые могут появляться за счет неточности изготовления сужающихся концов капилляров. Выполнение концов капилляров с изменяющейся геометрией - сужающимися, позволяет улучшить сцепление герметизирующего материала с материалом капилляров за счет увеличения поверхности сцепления этих материалов по сравнению с вариантом, когда концы капилляров без изменения геометрии выходят в коллектор.Material 6 performs at least two main functions: firstly, it seals or opens the holes connecting the internal volume of the capillaries to the collector, and secondly, it increases the strength characteristics of the tapered ends of the capillaries. Filling material 6 of the space between the ends of the capillaries allows you to compensate for additional stresses that may appear due to inaccuracies in the manufacture of tapering ends of the capillaries. The execution of the ends of the capillaries with a changing geometry - tapering, allows to improve the adhesion of the sealing material with the material of the capillaries due to the increase in the adhesion surface of these materials compared to the version when the ends of the capillaries without changing the geometry go into the collector.

Герметизирующий материал с высокой проницаемостью для водорода может быть выполнен из сплавов палладия (сплав палладия с серебром) или никеля, или полимерных материалов, например, ароматических полиамидов. Также возможно использование композиций на основе графита или стекла со специальными добавками, например, магнетита. Коэффициент проницаемости по водороду для таких материалов при рабочих температурах, при которых происходит зарядка-разрядка емкости 100-250°, составляет до (2,0-3,6) 10-4 см2/(с·ат1/2).The high hydrogen permeability sealant can be made of palladium alloys (an alloy of palladium with silver) or nickel, or polymeric materials, for example, aromatic polyamides. It is also possible to use compositions based on graphite or glass with special additives, for example, magnetite. The hydrogen permeability coefficient for such materials at operating temperatures at which charging and discharging of a tank of 100-250 ° occurs is up to (2.0-3.6) 10 -4 cm 2 / (s · at 1/2 ).

Герметизирующий материал с температурой плавления ниже, чем температура плавления материала капилляров, может представлять собой стекло, сплав металла, сплав Вуда, или сплава Деварда, или сплав висмута; или свинца, или олова; или полимерных материалов (температуры плавления лежат в пределах 40-800°) и в виде гранулированного материала или пластин помещен в коллектор 2 до уровня нагревателя 6.The sealing material with a melting point lower than the melting point of the capillary material may be glass, a metal alloy, a Wood alloy, or a Devard alloy, or a bismuth alloy; or lead or tin; or polymeric materials (melting points are in the range of 40-800 °) and in the form of granular material or plates are placed in the collector 2 to the level of heater 6.

Герметизирующий материал с температурой деструкции ниже, чем температура плавления материала капилляров, может представлять собой карбоциклические соединения типа C10H8 - группа нафталина (температура плавления - 80,3°С, температура кипения 218°С), полиэтилена, которые становятся пластичными при их нагревании до температуры ~80-200°С. Они также в виде гранулированного материала помещаются в коллектор 2 до уровня нагревателя 6.The sealing material with a temperature of destruction lower than the melting temperature of the material of the capillaries can be carbocyclic compounds of the type C 10 H 8 - naphthalene group (melting point - 80.3 ° C, boiling point 218 ° C), polyethylene, which become plastic when they heating to a temperature of ~ 80-200 ° C. They are also in the form of granular material are placed in the collector 2 to the level of the heater 6.

Сужающиеся концы капилляров можно выполнить конусообразными, как показано на фиг.1 и 3, с плоскими торцевыми поверхностями или со сферическими торцевыми поверхностями, как показано на фиг.4.The tapered ends of the capillaries can be made conical, as shown in FIGS. 1 and 3, with flat end surfaces or with spherical end surfaces, as shown in FIG.

При этом пучок капилляров может быть выполнен в виде параллельных оси емкости отдельных капилляров (фиг.1), либо в виде намотанных относительно оси емкости капилляров, либо одновременного сочетания этих двух вариантов, например по периферии корпуса капилляры намотаны, а внутри размещены капилляры, параллельные оси корпуса. Капилляры могут быть собраны в матрицы, окруженные оболочкой 12, как показано на фиг.2 и 3. Возможны и другие варианты.In this case, the capillary beam can be made in the form of individual capillaries parallel to the axis of the vessel (Fig. 1), or in the form of capillaries wound around the axis of the vessel, or a simultaneous combination of these two options, for example, capillaries are wound around the periphery of the body and capillaries parallel to the axis are placed inside corps. Capillaries can be assembled into matrices surrounded by a sheath 12, as shown in FIGS. 2 and 3. Other options are possible.

В коллектор 2 могут выводится оба конца капиллярных структур или один, в последнем случае второй конец герметизируется (заваривается и т.п.). Капилляры выполнены из стекла, или углерода, или металла, или полимерных материалов, или композиций на основе этих материалов, например стеклоуглерода.Both ends of the capillary structures or one can be output to the collector 2, in the latter case, the second end is sealed (welded, etc.). The capillaries are made of glass, or carbon, or metal, or polymeric materials, or compositions based on these materials, for example glassy carbon.

На поверхность капилляров может наноситься покрытие для снижения диффузионного потока водорода через боковую поверхность. Нанесение покрытий на поверхность сужающейся частей капилляров 5 создает возможность улучшения сцепления этой поверхности с материалом герметизации. Так например, нанесение медного покрытия на кварцевые капилляры позволяет применять в качестве герметизирующего материала металлы с более низкой температурой плавления, в то время как без такого покрытия в качестве герметизирующего материала можно применять стекла, у которых температура плавления ниже кварца. Покрытие может быть выполнено из металла, полимера, стекла.A coating may be applied to the surface of the capillaries to reduce the diffusion flow of hydrogen through the side surface. Coating the surface of the tapering parts of the capillaries 5 makes it possible to improve the adhesion of this surface to the sealing material. For example, applying a copper coating to quartz capillaries allows the use of metals with a lower melting point as a sealing material, while without such a coating, glasses with a melting point lower than quartz can be used as a sealing material. The coating can be made of metal, polymer, glass.

ПримерыExamples

Пример 1. Создана матрица из кварцевых капилляров, длина и ширина матрицы по 5,3 мм, высота 50 мм. Внешний диаметр капилляров 530 мкм, внутренний - 490 мкм, толщина оболочки 20 мкм. Внешний вид капилляров, из которых создавалась матрица, представлен на фиг.3. Нижние торцы капилляров заварены герметично. В центре верхних конусных торцов отверстия диаметром 20 мкм. Капилляры сварены (спечены) в матрицу.Example 1. A matrix was created from quartz capillaries, the length and width of the matrix were 5.3 mm, and the height was 50 mm. The outer diameter of the capillaries is 530 microns, the inner is 490 microns, and the shell thickness is 20 microns. The appearance of the capillaries from which the matrix was created is shown in FIG. 3. The lower ends of the capillaries are hermetically sealed. In the center of the upper conical ends of the hole with a diameter of 20 microns. Capillaries are welded (sintered) into a matrix.

Оболочка вокруг матрицы выполнена из кварца и только около верхних торцов. Высота оболочки 6 мм. Высота оболочки распределена следующим образом: 3 мм оболочки находится на цилиндрической части капилляров, 1,0-1,5 на конической части капилляров и 1,5-2,0 над торцами конической части капилляров. В верхний объем оболочки там, где коническая часть капилляров и выше, засыпался мелкодисперсный порошок стекла с температурой плавления 650°С (температура плавления кварца 1600°С). Проводилось взвешивание матрицы с порошком из стекла. Вес - 517 мг.The shell around the matrix is made of quartz and only near the upper ends. Sheath height 6 mm. The height of the shell is distributed as follows: 3 mm of the shell is located on the cylindrical part of the capillaries, 1.0-1.5 on the conical part of the capillaries and 1.5-2.0 above the ends of the conical part of the capillaries. Finely dispersed glass powder with a melting point of 650 ° C (a melting point of quartz of 1600 ° C) was poured into the upper volume of the shell where the conical part of the capillaries and above was poured. The matrix was weighed with powder from glass. Weight - 517 mg.

Матрица помещалась в автоклав с нагревателем. В автоклаве создавалось давление водорода 1000 атм и матрица заполнялась водородом. Затем в зоне верхнего торца матрицы включался нагреватель, нагрев осуществлялся до температуры 700°С, и при этой температуре нагрев продолжался в течение 15 минут. Затем нагреватель отключался, автоклав охлаждался, сбрасывалось давление в автоклаве и определялся вес матрицы. Вес матрицы с водородом 565 мг. Вес водорода (565-517)=48 мг. Это соответствует 9% весовым водорода в матрице.The matrix was placed in an autoclave with a heater. A hydrogen pressure of 1000 atm was created in the autoclave and the matrix was filled with hydrogen. Then, in the zone of the upper end of the matrix, the heater was turned on, heating was carried out to a temperature of 700 ° C, and at this temperature, heating continued for 15 minutes. Then the heater was turned off, the autoclave was cooled, the pressure in the autoclave was released, and the weight of the matrix was determined. The weight of the matrix with hydrogen is 565 mg. The weight of hydrogen (565-517) = 48 mg. This corresponds to 9% by weight of hydrogen in the matrix.

Пример 2. Создана матрица из аналогичных капилляров с теми же размерами. Отличается эта матрица тем, что верхние торцы сферические с отверстиями 20 мкм по центру оси капилляров, как показано на фиг.4. На верхние торцы нанесено медное покрытие толщиной 20 мкм. На поверхность торцов накладывалась фольга из сплава на основе висмута, толщина фольги 100 мкм. Матрица и фольга взвешивались. Общий вес - 468 мг. Матрица с фольгой на сферических торцах помещалась в автоклав. Создавалось давление водорода в автоклаве 1000 атм. Капилляры заполнялись водородом. Затем включался нагреватель в районе сферических торцов с фольгой. Выдерживалась температура 300°С, при которой фольга расплавлялась. Нагреватель выключался. Остывал сплав висмута и герметизировал капилляры. После снижения давления и вакуумирования, матрица вынималась из автоклава и взвешивалась. Вес матрицы с водородом составил 515 мг. Вес водорода 47 мг. Это соответствует 10% весовым водорода в матрице.Example 2. A matrix is created from similar capillaries with the same dimensions. This matrix differs in that the upper ends are spherical with holes of 20 μm in the center of the axis of the capillaries, as shown in figure 4. A copper coating 20 microns thick is applied to the upper ends. A bismuth-based alloy foil was applied to the surface of the ends; the foil thickness was 100 μm. Matrix and foil were weighed. Total weight - 468 mg. The matrix with foil at the spherical ends was placed in an autoclave. A hydrogen pressure was created in an autoclave of 1000 atm. The capillaries were filled with hydrogen. Then the heater was turned on in the region of the spherical ends with foil. A temperature of 300 ° C was maintained at which the foil melted. The heater turned off. The bismuth alloy cooled and sealed the capillaries. After pressure reduction and evacuation, the matrix was removed from the autoclave and weighed. The weight of the matrix with hydrogen was 515 mg. The weight of hydrogen is 47 mg. This corresponds to 10% by weight of hydrogen in the matrix.

Таким образом, предлагаемая конструкция емкости для хранения водорода обеспечивает безопасное хранение водорода, высокую скорость и регулируемость подачи водорода потребителю, что существенно расширяет функциональность ее использования, такие емкости можно применять в качестве аккумуляторов водорода для автомобиля, портативных источников питания для компьютеров, телефонов и т.д.Thus, the proposed design of a hydrogen storage tank ensures safe storage of hydrogen, high speed and adjustable supply of hydrogen to the consumer, which significantly expands the functionality of its use, such tanks can be used as hydrogen batteries for cars, portable power supplies for computers, phones, etc. d.

Claims (8)

1. Емкость для хранения водорода, состоящая из герметичного корпуса, технологических патрубков и размещенных в корпусе пучка полых капилляров, открытые концы которых выведены в коллектор подачи-выпуска водорода, и нагревателя, расположенного в коллекторе, отличающаяся тем, что открытые концы капилляров, расположенные в коллекторе, выполнены сужающимися, при этом свободное пространство коллектора до нагревателя заполнено герметизирующим материалом с коэффициентом проницаемости по водороду при температурах, при которых происходит зарядка-разрядка емкости до (2,0-3,6)·10-4 см2/(с·ат1/2), или материалом с более низкой температурой плавления или с температурой деструкции, чем температура плавления материала капилляров.1. A hydrogen storage tank, consisting of a sealed housing, process pipes and hollow capillaries located in the beam housing, the open ends of which are brought into the hydrogen supply and exhaust manifold, and a heater located in the collector, characterized in that the open ends of the capillaries located in the collector is made tapering, while the free space of the collector to the heater is filled with a sealing material with a coefficient of permeability to hydrogen at temperatures at which the charge Dka-discharge capacity to (2.0-3.6) · 10 -4 cm 2 / (s · at 1/2 ), or material with a lower melting point or with a temperature of destruction than the melting temperature of the material of the capillaries. 2. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что сужающиеся концы капилляров выполнены конусообразными с плоскими торцевыми поверхностями.2. The container according to claim 1, characterized in that the tapering ends of the capillaries are made conical with flat end surfaces. 3. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что сужающиеся концы капилляров выполнены со сферическими торцевыми поверхностями.3. The container according to claim 1, characterized in that the tapering ends of the capillaries are made with spherical end surfaces. 4. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что сужающиеся концы капилляров выполнены с покрытием из металла, или полимера, или стекла.4. The container according to claim 1, characterized in that the tapering ends of the capillaries are made of a coating of metal, or polymer, or glass. 5. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что капилляры выполнены из стекла, или углерода, или металла, или полимерных материалов, или композиций на основе этих материалов, например, стеклоуглерода.5. The container according to claim 1, characterized in that the capillaries are made of glass, or carbon, or metal, or polymeric materials, or compositions based on these materials, for example, glassy carbon. 6. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что герметизирующий материал с высокой проницаемостью для водорода представляет собой сплавы на основе палладия, или никеля, или композиции на основе графита или стекла, или полимерные материалы.6. The container according to claim 1, characterized in that the sealing material with high permeability to hydrogen is an alloy based on palladium or nickel, or a composition based on graphite or glass, or polymeric materials. 7. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что герметизирующий материал с низкой температурой плавления представляет собой стекло, или сплав металлов, или полимерные материалы.7. The container according to claim 1, characterized in that the sealing material with a low melting point is a glass, or an alloy of metals, or polymeric materials. 8. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что материал с низкой температурой деструкции представляет собой полимерные материалы или металлоорганические соединения.8. The container according to claim 1, characterized in that the material with a low temperature of destruction is a polymer material or organometallic compounds.
RU2006119824/06A 2006-06-07 2006-06-07 Hydrogen vessel RU2327078C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006119824/06A RU2327078C2 (en) 2006-06-07 2006-06-07 Hydrogen vessel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006119824/06A RU2327078C2 (en) 2006-06-07 2006-06-07 Hydrogen vessel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006119824A RU2006119824A (en) 2007-12-27
RU2327078C2 true RU2327078C2 (en) 2008-06-20

Family

ID=39018380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006119824/06A RU2327078C2 (en) 2006-06-07 2006-06-07 Hydrogen vessel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2327078C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7870878B2 (en) 2007-11-08 2011-01-18 C. En. Limited Apparatus for storage and liberation of compressed hydrogen gas in microcylindrical arrays and system for filling the microcylindrical arrays
RU2498151C2 (en) * 2011-11-22 2013-11-10 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики "ИПРИМ РАН" Hydrogen accumulator
RU2665564C1 (en) * 2017-07-28 2018-08-31 Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый сервис и консалтинг" (ООО "ИнСК") System for storage fuel gases
CN113137560A (en) * 2020-12-16 2021-07-20 深圳中科微管科技有限公司 A hydrogen storage tank structure for hydrogen

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113357526B (en) * 2021-07-05 2022-06-17 中能氢储(北京)能源工程研究院有限责任公司 Manufacturing method of microtube hydrogen storage device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЧАБАК А.Ф. Аккумуляторы водорода на основе упорядоченных микропористых структур. Наука и технология в промышленности, 2006, N1, с.24-27. *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7870878B2 (en) 2007-11-08 2011-01-18 C. En. Limited Apparatus for storage and liberation of compressed hydrogen gas in microcylindrical arrays and system for filling the microcylindrical arrays
RU2498151C2 (en) * 2011-11-22 2013-11-10 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики "ИПРИМ РАН" Hydrogen accumulator
RU2665564C1 (en) * 2017-07-28 2018-08-31 Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый сервис и консалтинг" (ООО "ИнСК") System for storage fuel gases
WO2019022643A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 САЙФУДИНОВ, Сергей Константинович System for the storage of fuel gases
KR20200022458A (en) * 2017-07-28 2020-03-03 에이치2-에너지 리미티드 라이어빌리티 컴퍼니 Fuel gas storage systems
CN110959088A (en) * 2017-07-28 2020-04-03 H2能源有限责任公司 Fuel gas storage system
US10928005B2 (en) 2017-07-28 2021-02-23 H2-Energy Limited Liability Company Multicapillary system for storing fuel gases
KR102303890B1 (en) 2017-07-28 2021-09-17 에이치2-에너지 리미티드 라이어빌리티 컴퍼니 fuel gas storage system
DE112018003849B4 (en) 2017-07-28 2024-06-13 Firma H2 Energy Limited Liability Company SYSTEM FOR STORING FUEL GASES
CN113137560A (en) * 2020-12-16 2021-07-20 深圳中科微管科技有限公司 A hydrogen storage tank structure for hydrogen

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006119824A (en) 2007-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2283454C1 (en) Hydrogen storage reservoir (versions)
RU2327078C2 (en) Hydrogen vessel
US8628609B2 (en) Hydrogen storage tank
US4302217A (en) Hydrogen supply system
EP2027060B1 (en) Apparatus and cartridge for storage of compressed hydrogen gas
JP7212957B2 (en) Fuel gas storage system
EP2805096B1 (en) Device for storage of compressed gas, method of making the same, and method of using the same
KR20070062552A (en) Hollow porous-wall glass microspheres for hydrogen storage
WO2006046248A1 (en) Tank and material for storage of hydrogen gas
CN113137560A (en) A hydrogen storage tank structure for hydrogen
RU2345273C1 (en) Capacity for storage of hydrogen
RU2267694C1 (en) Container for storage of hydrogen
RU2339870C1 (en) Reservoir for gas storing
JP2012225766A (en) Reactor cooling system
RU2285859C1 (en) Tank for storing and accumulating hydrogen
RU2376522C1 (en) Hydrogen accumulator
RU2321796C1 (en) Tank for storing hydrogen
RU123106U1 (en) CAPILLARY TANK WITH A COMPRESSED HYDROGEN COOLING SYSTEM
CN220385654U (en) Fire control device for preventing thermal runaway of lithium battery pack from spreading
RU2346204C1 (en) Method and system of hydrogen accumulation, storage and supply into power installation
RU2373453C1 (en) Tank for keeping hydrogen in cars
RU81286U1 (en) GAS STORAGE TANK
CN117267611A (en) Efficient and uniform reaction metal hydride hydrogen storage bottle and use method thereof
CN112373915A (en) Follow-on hydrogen storage tank structure
CN116637317A (en) Fire-fighting device and method for preventing thermal runaway of lithium battery pack from spreading

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190608