RU2373453C1 - Tank for keeping hydrogen in cars - Google Patents
Tank for keeping hydrogen in cars Download PDFInfo
- Publication number
- RU2373453C1 RU2373453C1 RU2008117649/06A RU2008117649A RU2373453C1 RU 2373453 C1 RU2373453 C1 RU 2373453C1 RU 2008117649/06 A RU2008117649/06 A RU 2008117649/06A RU 2008117649 A RU2008117649 A RU 2008117649A RU 2373453 C1 RU2373453 C1 RU 2373453C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- feti
- lani
- boxes
- weight
- Prior art date
Links
Images
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
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности. Известны устройства для аккумулирования водорода, основанные на связывании водорода в твердом материале (например, в гидридах металлов и сорбция на поверхности дисперсных наноматериалов - патент 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 малоинерционны и требуют определенного времени (порядка нескольких минут) для начала работы. Поглощение и выделение водорода в них происходит со значительными тепловыми эффектами. Кроме того, массовое содержание водорода - отношение веса водорода, содержащегося в аккумуляторе, к весу самого аккумулятора - 4,5% - является очень низким. Массовое содержание зависит как от количества водорода в аккумулирующем материале, так и от удельного веса аккумулирующего материала. Известна емкость для хранения водорода, состоящая из герметического корпуса, технологических патрубков, внутренней теплообменной поверхности и наполнителя - аккумулятора водорода, представляющего собой порошок интерметаллида (патент РФ №2037737, МПК F17С 5/04, аналог). Недостатком изобретения является то, что поглощение и выделение водорода происходит со значительными тепловыми эффектами, кроме того, массовое содержание водорода - 4,5% - является очень низким.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. Known devices for the accumulation of hydrogen based on the binding of hydrogen in a solid material (for example, in metal hydrides and sorption on the surface of dispersed nanomaterials - RF patent No. 2037737, 2038525, IPC
Известна также емкость для хранения водорода, состоящая из герметического корпуса, технологических патрубков, нагревателя и накопителя - аккумулятора водорода, размещенного в емкости, представляющий собой полые микросферы, скрепленные между собой диффузионной сваркой в единую жесткую структуру, сформированную послойно из микросфер разного диаметра, причем диаметр микросфер уменьшается от центрального слоя к периферийному (патент RU №2267694, С1, МПК F11С 11/00, прототип).A hydrogen storage tank is also known, consisting of a hermetic casing, technological pipes, a heater and a storage device - a hydrogen accumulator located in a container, which is hollow microspheres fastened together by diffusion welding into a single rigid structure formed in layers from microspheres of different diameters, the diameter microspheres decreases from the central layer to the peripheral (patent RU No. 2267694, C1, IPC F11C 11/00, prototype).
Кроме того, на внешней поверхности жесткой структуры может быть выполнено покрытие. При этом покрытие выполнено из металла, эффективно поглощающего водород, например палладия или сплава палладия с никелем. В качестве материала микросферы используют сталь, или титан, или лантан, или никель, или цирконий, или сплавы на основе этих металлов, или графит, или композиции на основе графита. Микросферы из металла могут быть закреплены между собой диффузионной сваркой.In addition, a coating may be provided on the outer surface of the rigid structure. The coating is made of a metal that effectively absorbs hydrogen, such as palladium or an alloy of palladium with nickel. As the material of the microspheres use steel, or titanium, or lanthanum, or nickel, or zirconium, or alloys based on these metals, or graphite, or compositions based on graphite. Microspheres made of metal can be fixed among themselves by diffusion welding.
Недостатком изобретения является то, что после 125-150 циклов хранения водорода микросферы могут отделяться друг от друга, так как размеры частиц уменьшаются.The disadvantage of the invention is that after 125-150 cycles of storage of hydrogen, the microspheres can be separated from each other, since the particle size is reduced.
Техническим результатом, на который направлено изобретение, является создание материала и емкости для хранения водорода в автомобилях, обеспечивающих увеличение массового содержания водорода не менее 20%.The technical result to which the invention is directed is the creation of a material and a container for storing hydrogen in automobiles, providing an increase in the mass content of hydrogen of at least 20%.
Целью изобретения является уменьшение средней плотности материала для хранения водорода, веса емкости и увеличение массового содержания водорода не менее 20%.The aim of the invention is to reduce the average density of the material for storing hydrogen, the weight of the tank and an increase in the mass content of hydrogen of at least 20%.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве аккумулятора водорода используется высокопористый материал, получаемый из смеси интерметаллидов FeTi, Mg2Ni, LaNi, аморфного углерода, кремнийорганического связующего и газообразователя из алюминиевой пудры, и на обе стороны высокопористого материала и на внутренние поверхности коробок из нержавеющей стали плазменным напылением синтезируют наноразмерные частицы, эндоэдральные металлофуллерены и углеродные нанотрубки с использованием композитного катода. Катод получает из смеси порошков интерметаллидов FeTi, Mg2Ni, LaNi и аморфного углерода.This goal is achieved in that a highly porous material obtained from a mixture of intermetallic compounds FeTi, Mg 2 Ni, LaNi, amorphous carbon, an organosilicon binder and a gasifier made of aluminum powder, and on both sides of the highly porous material and on the inner surfaces of stainless steel boxes is used as a hydrogen accumulator plasma sprayed steel synthesize nanosized particles, endohedral metallofullerenes and carbon nanotubes using a composite cathode. The cathode is prepared from a mixture of powders of intermetallic compounds FeTi, Mg 2 Ni, LaNi and amorphous carbon.
Высокопористый материал для хранения водорода получают следующим образом.A highly porous hydrogen storage material is prepared as follows.
Итерметаллиды FeTi, Mg2Ni, LaNi и аморфный углерод в отдельности измельчают до удельной поверхности 2500-3000 см2/г, затем готовят смесь, включающую в мас.%: FeTi - 30, Mg2Ni - 29, LaNi - 25, аморфный углерод - 10, а также кремнийорганическую смолу - 4, алюминиевую пудру - 2 и воду сверх 100%, при этом содержание компонентов в интерметаллидах в массовых долях: FeTi: Fe - 0,54, Ti - 0,46; Mg2Ni: Mg - 0,47, Ni - 0,53; LaNi: La - 0,58, Ni - 0,42. Смешивают эту смесь и заливают в форму в виде пластин размером 1059×373×4 мм, выдерживают в формах при нормальных условиях 30 мин и сушат при 90°С, расформовывают и нагревают их при 200°С в течение двух часов. Далее из наружных поверхностей готовых пластин с помощью фторной кислоты на глубину 1 мм травят кремнийорганическую смолу, затем на открытые поверхности плазменным напылением наносят наноразмерные частицы, эндоэдральные металлофуллерены и углеродные нанотрубки, получаемые в дуге из заранее приготовленного композитного катода. Его готовят из следующих тонкомолотых гидридов металлов, мас.%: FeTi - 10, Mg2Ni - 5, LaNi - 5 и аморфного углерода - 80. Приготовленную смесь порошков загружают в заранее просверленное отверстие в графитовом стержне катода, затем катод предварительно сушат в вакууме при температуре 300°С в течение 5 часов и после нагревают в вакууме при температуре 1000°С в течение 3 часов.The intermetallic compounds FeTi, Mg 2 Ni, LaNi and amorphous carbon are separately crushed to a specific surface of 2500-3000 cm 2 / g, then a mixture is prepared, including in wt.%: FeTi - 30, Mg 2 Ni - 29, LaNi - 25, amorphous carbon - 10, as well as organosilicon resin - 4, aluminum powder - 2 and water in excess of 100%, while the content of components in intermetallic compounds in mass fractions: FeTi: Fe - 0.54, Ti - 0.46; Mg 2 Ni: Mg 0.47; Ni 0.53; LaNi: La - 0.58, Ni - 0.42. This mixture is mixed and poured into a mold in the form of plates measuring 1059 × 373 × 4 mm, kept in molds under normal conditions for 30 minutes and dried at 90 ° C, molded and heated at 200 ° C for two hours. Then, silicon fluoride is etched from the outer surfaces of the finished plates using fluoric acid to a depth of 1 mm, then nanosized particles, endohedral metallofullerenes and carbon nanotubes obtained in an arc from a previously prepared composite cathode are applied by plasma spraying. It is prepared from the following finely ground metal hydrides, wt.%: FeTi - 10, Mg 2 Ni - 5, LaNi - 5 and amorphous carbon - 80. The prepared mixture of powders is loaded into a pre-drilled hole in the graphite rod of the cathode, then the cathode is pre-dried in vacuum at a temperature of 300 ° C for 5 hours and then heated in vacuum at a temperature of 1000 ° C for 3 hours.
На фиг.1, 2, 3 даны общий вид емкости одного аккумулятора водорода и разрез аккумулятора водорода для хранения водорода в автомобилях, фиг.1, коробка из нержавеющей стали внутри с пластиной аккумулятора водорода, фиг.2, и разрез аккумулятора водорода, фиг.3, где 1 - герметический корпус, 2 и 3 - технологические патрубки для входа и выхода водорода, 4 и 5 - вход и выход отработанных газов для нагрева и 6 - аккумулятор водорода в коробках из нержавеющей стали, соединенных между собой трубками также из нержавеющей стали, размещаемый в корпусе 1, который имеет форму прямоугольной призмы с внутренним размерами 1200×375×375 мм, внутри которого находятся 62 коробки из нержавеющей стали 6 с общей площадью поглощения водорода 98,3 м2 с наружными размерами 1060×375×5 мм и расстоянием между ними 0,5 мм, а внутри коробок устанавливают аккумуляторные пластины размерами 1059×373×4 мм. В аккумулятор водород подается через патрубок при атмосферном давлении и комнатной температуре до полного поглощения, для выделения водорода емкость нагревается до 100-150°С отработанными газами при давлении 1,5-2 атм и идет процесс выделения водорода из аккумулятора. Для повторной заправки емкость охлаждают до 15-20°С, пропуская воду внутрь емкости между коробками. В случае засорения пространства между коробками внутри емкости ее очищают известными способами, применяемыми для очистки межтрубного пространства в трубчатых теплообменниках. В качестве нагревателя емкости служат отработанные газы, подаваемые внутрь емкости между коробками для выделения водорода из аккумуляторов, а в качестве охладителя емкости служит вода, подаваемая между коробками.Figures 1, 2, 3 show a general view of the capacity of one hydrogen accumulator and a section of a hydrogen accumulator for storing hydrogen in automobiles, Fig. 1, a stainless steel box inside with a hydrogen accumulator plate, Fig. 2, and a section of a hydrogen accumulator, Fig. 3, where 1 is a hermetic housing, 2 and 3 are technological nozzles for hydrogen inlet and outlet, 4 and 5 are exhaust gas inlet and outlet for heating, and 6 is a hydrogen accumulator in stainless steel boxes, interconnected also by stainless steel tubes placed in the
На фиг.4 дан общий вид устройства для плазменного синтеза эндоэдральных металлофуллеренов, нанотрубок и наноуглеродных частиц на аккумуляторные пластины и на внутренние поверхности коробок из нержавеющей стали. Устройство состоит из емкости с водяной рубашкой 1 и патрубков подвода и отвода воды 6 для охлаждения емкости 1, композитного катода 2, поджигателя дуги 3, вакуумного насоса 4 для откачки воздуха, анода 5, на который устанавливается напыляемая деталь, и патрубка 7 для наполнения гелием емкости. Параметры плазменного напыления следующие: давление гелия 720 Торр, ток дуги 50 A, напряжение 80 В.Figure 4 shows a General view of a device for the plasma synthesis of endohedral metallofullerenes, nanotubes and nanocarbon particles on battery plates and on the inner surfaces of stainless steel boxes. The device consists of a container with a
Расчетное значение массового содержания водорода в 62 пластинах-аккумуляторах 7,84%, а в наноразмерных частицах 12,16%, что в целом составляет 20% или 9,46 кг.The calculated value of the mass hydrogen content in 62 accumulator plates is 7.84%, and in nanoscale particles 12.16%, which in general is 20% or 9.46 kg.
Основные технические характеристики емкости для хранения водорода в автомобиляхMain technical characteristics of hydrogen storage tanks in cars
Внутренние размеры емкости 1200×375×375 мм.The internal dimensions of the tank are 1200 × 375 × 375 mm.
Внутренние размеры коробок из нержавеющей стали 1060×374×5 мм.The internal dimensions of stainless steel boxes are 1060 × 374 × 5 mm.
Толщина стенок коробок 0,5 мм.The wall thickness of the boxes is 0.5 mm.
Число коробок в емкости 62 шт.The number of boxes in the container 62 pcs.
Расстояние между коробками 0,5 мм.The distance between the boxes is 0.5 mm.
Размеры аккумуляторных пластин, помещенных внутри коробок из нержавеющей стали, 1059×373×4 мм.The dimensions of the battery plates placed inside the stainless steel boxes are 1,059 × 373 × 4 mm.
Общая площадь аккумуляторных пластин и напыленная внутренняя поверхность коробок из нержавеющей стали, способная поглощать водород, составляет 98,3 м2.The total area of the battery plates and the sprayed inner surface of the stainless steel boxes, capable of absorbing hydrogen, is 98.3 m 2 .
Общая масса емкости вместе с коробками и аккумуляторными пластинами 223,84 кг.The total mass of the container, together with the boxes and battery plates, is 223.84 kg.
Общая масса аккумуляторных пластин до поглощения водорода 39,4 кг.The total mass of the battery plates before the absorption of hydrogen is 39.4 kg.
Масса аккумуляторных пластин после поглощения водорода 47,28 кг.The mass of the battery plates after the absorption of hydrogen is 47.28 kg.
Средняя плотность аккумуляторных пластин 400 кг/м3.The average density of the battery plates is 400 kg / m 3 .
Массовое содержание водорода в аккумуляторных пластинах в емкости 20% или 9,46 кг.The mass content of hydrogen in the battery plates in the tank is 20% or 9.46 kg.
Число циклов заправки и высвобождения водорода из емкости не менее 5000 циклов.The number of cycles for filling and releasing hydrogen from the tank is not less than 5000 cycles.
Емкость охлаждается водой.The tank is cooled by water.
Емкость нагревается отработанными газами.The tank is heated by exhaust gases.
Заправка емкости производится непосредственно в автомобиле или на специализированных стационарных станциях.Refueling is carried out directly in the car or at specialized stationary stations.
ЛитератураLiterature
1. Патенты РФ №2037737, №2038525, МПК F17С 5/04.1. Patents of the Russian Federation No. 2037737, No. 2038525, IPC
2. Патент РФ №2037737, МПК F17С 5/04 (аналог).2. RF patent No. 2037737, IPC
3. Патент RU №2267694, С1, МПК F11С 11/00, (прототип).3. Patent RU No. 2267694, C1, IPC F11C 11/00, (prototype).
4. Применение водорода для автомобильных двигателей. / Мищенко А.И. - Киев: Наук. Думка, 1984. - 143 с.4. The use of hydrogen for automotive engines. / Mishchenko A.I. - Kiev: Science. Dumka, 1984. - 143 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008117649/06A RU2373453C1 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Tank for keeping hydrogen in cars |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008117649/06A RU2373453C1 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Tank for keeping hydrogen in cars |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2373453C1 true RU2373453C1 (en) | 2009-11-20 |
Family
ID=41477933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008117649/06A RU2373453C1 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Tank for keeping hydrogen in cars |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2373453C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2564288C2 (en) * | 2013-11-05 | 2015-09-27 | Андрей Федорович Александров | Two-dimensionally ordered straight-chain carbon film and method for production thereof |
-
2008
- 2008-05-04 RU RU2008117649/06A patent/RU2373453C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SU\ 1818503 А1, 30.05.1993. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2564288C2 (en) * | 2013-11-05 | 2015-09-27 | Андрей Федорович Александров | Two-dimensionally ordered straight-chain carbon film and method for production thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8628609B2 (en) | Hydrogen storage tank | |
Sreedhar et al. | A Bird's Eye view on process and engineering aspects of hydrogen storage | |
CN109931494B (en) | Hydrogen storage device for storing hydrogen | |
Srinivasa Murthy | Heat and mass transfer in solid state hydrogen storage: a review | |
CN108163807B (en) | Composite pressure block type phase-change heat storage gas-solid hydrogen storage reactor | |
US20030167923A1 (en) | Tank for the reversible storage of hydrogen | |
CN103317128A (en) | Mg-Ni-La based composite hydrogen-storage alloy powder and preparation process thereof | |
EP1476693A1 (en) | Vane heat transfer structure | |
CA2780731A1 (en) | Hydrogen storage tank having metal hydrides | |
US20070151456A1 (en) | Reticulated foam-like structure formed of nano-scale particulate | |
Sandí | Hydrogen storage and its limitations | |
Nivedhitha et al. | Advances in hydrogen storage with metal hydrides: mechanisms, materials, and challenges | |
Yang et al. | Improvement of dehydrogenation performance by adding CeO2 to α-AlH3 | |
RU2373453C1 (en) | Tank for keeping hydrogen in cars | |
CN106944614A (en) | A kind of hydrogen storage alloy particle and preparation method thereof | |
RU2345273C1 (en) | Capacity for storage of hydrogen | |
Park et al. | Investigation of coupled AB5 type high-power metal hydride reactors | |
Maeland | The storage of hydrogen for vehicular use-a review and reality check | |
Langohr | A study on hydrogen storage through adsorption in nanostructured carbons | |
CN112325149A (en) | Microsphere hydrogen storage container and aggregation method | |
Yang et al. | Mg1. 8La0. 2Ni− x Ni Nanocomposites for Electrochemical Hydrogen Storage | |
JP2007218317A (en) | Cryogenic liquid/gas hydrogen storage tank | |
Nassar et al. | Hydrogen Storage Alloys: Types and Characteristics | |
Blinov et al. | Metal-hydride reactor for low rate fuel supply with pressure driven adsorption and cooled by natural convection | |
Ngqalakwezi et al. | Hydrogen: An Environmental Remediation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100505 |