RU2680074C2 - Катализатор разложения перекиси водорода - Google Patents
Катализатор разложения перекиси водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680074C2 RU2680074C2 RU2016113523A RU2016113523A RU2680074C2 RU 2680074 C2 RU2680074 C2 RU 2680074C2 RU 2016113523 A RU2016113523 A RU 2016113523A RU 2016113523 A RU2016113523 A RU 2016113523A RU 2680074 C2 RU2680074 C2 RU 2680074C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen peroxide
- decomposition
- catalyst
- fuel
- highly concentrated
- Prior art date
Links
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 128
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 67
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 40
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 claims description 6
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 3
- 125000002081 peroxide group Chemical group 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 5
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
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
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/04—Alumina
-
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/42—Platinum
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/403—Solid propellant rocket engines
- B64G1/404—Hybrid rocket engines
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
- C01B13/02—Preparation of oxygen
- C01B13/0203—Preparation of oxygen from inorganic compounds
- C01B13/0211—Peroxy compounds
- C01B13/0214—Hydrogen peroxide
-
- 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
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06D—MEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
- C06D5/00—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
- C06D5/04—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by auto-decomposition of single substances
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/08—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/425—Propellants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/401—Liquid propellant rocket engines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8684—Negative electrodes
-
- 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
-
- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к ракетной технике. Устройство для разложения перекиси водорода содержит камеру разложения с расположенным внутри нее катализатором, выполненную с возможностью поступления в нее перекиси водорода с концентрацией от 80% до 100% из резервуара для хранения. Катализатор разложения перекиси водорода содержит активный слой на носителе, содержащем гамма-оксид алюминия. Носитель также может содержать алюминий, а гамма-оксид алюминия расположен на поверхности алюминия в качестве пассивирующего слоя. Активный слой может содержать платину. Устройство представляет собой ракетный двигатель малой тяги, содержащий сопло, обеспечивающее создание тяги за счет направленного выброса газообразного рабочего тела. Обеспечивается создание более прочного катализатора разложения перекиси водорода с концентрацией от 80% до 100%, что повышает эффективность работы двигателя за счет создания большей тяги. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к катализу разложения перекиси водорода. В частности, но не обязательно, настоящее изобретение относится к катализу разложения перекиси водорода в ракетном двигателе малой тяги.
Уровень техники
Ракетные двигатели на однокомпонентном топливе, которые принято называть ракетными двигателями малой тяги или микродвигателями, создают тягу путем использования катализатора для энергетического возбуждения реакции превращения топлива в горячие газы. Наиболее распространенное однокомпонентное топливо, гидразин (N2H4), является токсичным, и в обращении оно должно быть заключено в закрытых контейнерах. Для преодоления этих проблем в качестве альтернативы гидразину были разработаны низкотоксичные топлива. Такие низкотоксичные топлива принято называть "зелеными". Одним из наиболее популярных "зеленых" топлив является перекись водорода (Н2О2), которая в присутствии соответствующего катализатора экзотермически разлагается с образованием водяного пара и кислорода.
В ракетных двигателях малой тяги на однокомпонентном топливе перекись водорода желательно использовать, как правило, в более высоких концентрациях, поскольку с повышением концентрации перекиси водорода повышается температура при ее разложении. Горячие газы выбрасываются через сопло, создавая тягу в определенном направлении, причем при более высоких температурах газов создается большая тяга. В обычных двигателях малой тяги, работающих на однокомпонентном топливе, представляющем собой перекись водорода, для разложения перекиси водорода используется серебряный катализатор. Однако при высоких температурах катализаторы на основе серебра быстро разрушаются, что делает обычные катализаторы непригодными для длительного применения при высоких концентрациях Н2О2 (>80%). Поэтому существует потребность в более прочном катализаторе разложения перекиси водорода.
В этом контексте и было создано настоящее изобретение.
Раскрытие изобретения
Объектом настоящего изобретения является устройство для каталитического разложения перекиси водорода, содержащее: камеру разложения, имеющую вход, обеспечивающий поступление высококонцентрированной перекиси водорода; резервуар, выполненный с возможностью хранения перекиси водорода с концентрацией от 80% до 100% и установленный с возможностью подачи перекиси водорода на вход камеры разложения; и катализатор, расположенный в камере разложения для катализа разложения высококонцентрированной перекиси водорода, поступающей через вход, причем катализатор содержит активный слой на носителе, содержащем гамма-оксид алюминия.
Носитель катализатора также может содержать алюминий, причем гамма-оксид алюминия может быть расположен на поверхности алюминия в качестве пассивирующего слоя.
Активный слой может содержать платину.
Катализатор может находиться в брикетированной (таблетированной), гранулированной или монолитной форме. Вместе с тем, возможности осуществления изобретения не ограничиваются этими физическими формами, и в других вариантах осуществления изобретения катализатор может находиться в любой иной форме, содержащей активные и пассивные компоненты, а именно активный слой и пассивный носитель на основе оксида алюминия.
Предлагаемое в изобретении устройство для каталитического разложения перекиси водорода может представлять собой ракетный двигатель малой тяги и может дополнительно содержать сопло, сообщающееся с камерой разложения и обеспечивающее создание тяги за счет направленного выброса газообразного рабочего тела, образующегося при разложении перекиси водорода. Например, ракетным двигателем малой тяги может быть ракетный двигатель малой тяги, работающий на однокомпонентном топливе.
Предлагаемое в изобретении устройство для каталитического разложения перекиси водорода может представлять собой ракетный двигатель малой тяги, работающий на двухкомпонентном топливе, причем камера разложения может дополнительно иметь вход для горючего, обеспечивающий поступление горючего из соответствующего бака и расположенный так, чтобы обеспечивать сжигание горючего с кислородом, образующимся при разложении перекиси водорода.
Предлагаемое в изобретении устройство может представлять собой ракетный двигатель малой тяги, работающий на гибридном топливе, и может дополнительно содержать твердое горючее, сжигаемое с кислородом, образующимся при разложении перекиси водорода.
Предлагаемое в изобретении устройство может дополнительно содержать средства для разделения водяного пара и кислорода, образующихся при разложении перекиси водорода.
Предлагаемое в изобретении устройство может представлять собой топливный элемент и может дополнительно содержать анод, содержащий катализатор, катод, электрически соединяемый с анодом через нагрузку, и электролит, отделяющий анод от катода и обеспечивающий возможность движения ионов водорода от анода к катоду.
Предлагаемое в изобретении устройство может входить в состав оборудования космического аппарата.
Объектом настоящего изобретения также является способ создания тяги, включающий: использование катализатора, содержащего активный слой на носителе, содержащем гамма-оксид алюминия, для катализа разложения высококонцентрированной перекиси водорода с получением газообразного рабочего тела; и направленный выброс газообразного рабочего тела через сопло для создания тяги, причем высококонцентрированная перекись водорода имеет концентрацию от 80% до 100%.
Предлагаемый в изобретении способ дополнительно может включать сжигание горючего с кислородом, образующимся при разложении перекиси водорода, с получением газообразного рабочего тела.
Объектом настоящего изобретения также является применение катализатора, содержащего активный слой на носителе, содержащем гамма-оксид алюминия, для катализа разложения высококонцентрированной перекиси водорода, причем высококонцентрированная перекись водорода имеет концентрацию от 80% до 100%.
Краткое описание чертежей
Ниже рассматриваются варианты осуществления настоящего изобретения, приведенные лишь в качестве примера и поясняемые чертежами, на которых показано:
на фиг. 1 - катализатор разложения перекиси водорода в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 - ракетный двигатель малой тяги, работающий на однокомпонентном топливе, в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 3 - ракетный двигатель малой тяги, работающий на двухкомпонентном топливе, в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 - ракетный двигатель малой тяги, работающий на гибридном топливе, в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 - газогенератор в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 6 - топливный элемент в одном варианте осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 7 - показанный на фиг. 2 ракетный двигатель малой тяги, соединенный с резервуаром перекиси водорода, в одном варианте осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлен катализатор разложения перекиси водорода. Катализатор 102 содержит платиновый активный слой 102-1 на поверхности носителя, содержащего гамма-оксид алюминия (γ-Al2O3) 102-2, т.е. оксид алюминия в гамма-фазе (гамма-модификации). В рассматриваемом варианте осуществления изобретения носитель катализатора также содержит основу 102-3 из алюминия, на которой в качестве поверхностного слоя расположен гамма-оксид алюминия γ-Al2O3 102-2. Гамма-оксид алюминия γ-Al2O3 102-2 действует в качестве пассивирующего слоя на алюминиевой основе 102-3, защищая ее от дальнейшего окисления при разложении H2O2.
Как показано на фиг. 1, вследствие контакта перекиси водорода H2O2 с катализатором 102 происходит ее разложение на газообразный водород и газообразный кислород. Поскольку такое разложение является высокоэкзотермическим, выделившийся газообразный водород затем сгорает в присутствии кислорода с образованием водяного пара. Таким образом, итоговую реакцию разложения можно представить следующим образом:
2H2O2=2H2O+O2 (+теплота)
В других вариантах осуществления изобретения носитель катализатора может не иметь алюминиевой основы 102-3. Например, в еще одном варианте осуществления изобретения катализатор может содержать активный слой платины (Pt) на подложке, целиком состоящей из Al2O3. Также, хотя в рассматриваемом варианте осуществления изобретения для активного слоя 102-1 используется платина, в других вариантах осуществления изобретения активный слой может содержать отличный от платины материал, например, может использоваться серебро или иной переходный металл.
Исследования, проведенные авторами изобретения, показали, что применение гамма-оксида алюминия в качестве носителя для катализатора разложения перекиси водорода улучшает стабильность носителя, а также катализатора в целом при высоких температурах, создаваемых в камере разложения во время разложения перекиси водорода.
На фиг. 2 и 7 представлено устройство для разложения перекиси водорода в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Устройство 200 содержит камеру 204 разложения, имеющую вход 206, обеспечивающий поступление перекиси водорода (H2O2) из резервуара 716.
Устройство также содержит катализатор 202, расположенный в камере 204 разложения для катализа разложения перекиси водорода, поступающей через вход 206. При этом под камерой разложения понимается емкость, в которой происходит разложение H2O2. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения камера 204 разложения выполнена в виде полого цилиндрического тела, но в других вариантах осуществления изобретения камера разложения может иметь иную форму. Катализатор аналогичен катализатору, показанному на фиг. 1, и содержит активный платиновый слой на носителе, содержащем гамма-оксид алюминия γ-Al2O3. Катализатор может иметь любую физическую форму, включая, помимо прочего, брикетированную (таблетированную), гранулированную или монолитную формы.
Как показано на фиг. 7, резервуар 716 установлен с возможностью подачи перекиси водорода на вход 206 камеры разложения. В резервуаре 716 может храниться перекись водорода с любой концентрацией, составляющей от 80% и до 100% включительно, поскольку прочный носитель с гамма-оксидом алюминия γ-Al2O3 позволяет катализатору 202 выдерживать длительные периоды работы при высоких температурах, присущих разложению высококонцентрированной перекиси водорода. Если концентрация перекиси водорода меньше 100%, примесью может быть вода.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения устройство 200 применяется в качестве ракетного двигателя малой тяги, работающего на однокомпонентном топливе, и дополнительно содержит сопло 208, сообщающееся с камерой 204 разложения. Сопло 208 выполнено с возможностью выброса горячей газовой смеси из водяного пара (H2O) и кислорода (O2) как газообразного рабочего тела ракетного двигателя в определенном направлении для создания тяги. Поскольку в данном варианте осуществления изобретения перекись водорода используется в качестве топлива, резервуар 716 также можно назвать топливным баком. Вместе с тем, возможности осуществления изобретения не ограничиваются применением предлагаемого устройства в ракетных двигателях малой тяги. В других вариантах осуществления изобретения катализатор может использоваться для разложения H2O2 и в других случаях применения.
Результаты испытаний, полученные для ракетного двигателя малой тяги, работающего на однокомпонентном топливе, представляющем собой перекись водорода, такого как двигатель, представленный на фиг. 2, с применением катализатора, имеющего представленную на фиг. 1 структуру, показали, что эффективность работы ракетного двигателя малой тяги на протяжении периода с удлиненными во времени включениями двигателя, повысилась по сравнению с ракетными двигателями малой тяги, в которых используются обычные катализаторы на основе серебра.
Ниже со ссылкой на фиг. 3-6 рассматриваются примеры других типов устройств, в которых используются катализаторы, подобные представленном на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен ракетный двигатель 300 малой тяги, работающий на двухкомпонентном топливе, в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Аналогично показанному на фиг. 2 ракетному двигателю 200 малой тяги, работающему на однокомпонентном топливе, двигатель 300 малой тяги, работающий на двухкомпонентном топливе, в рассматриваемом варианте осуществления изобретения содержит катализатор 302, расположенный в камере 304 разложения, имеющей вход 306, обеспечивающий поступление перекиси водорода, и сопло 308, сообщающееся с камерой 304 разложения для создания тяги за счет выброса газообразного рабочего тела в определенном направлении. Камера разложения дополнительно имеет вход 310 для горючего, обеспечивающий поступление горючего из соответствующего бака. Вход для горючего расположен так, чтобы обеспечивать сжигание горючего с кислородом, образующимся при разложении перекиси водорода, с образованием газообразного рабочего тела, которое затем выбрасывается из сопла 308.
На фиг. 4 представлен ракетный двигатель 400 малой тяги, работающий на гибридном топливе, в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Как и в случае вариантов осуществления изобретения, показанных на фиг. 2 и 3, ракетный двигатель 400 малой тяги, работающий на гибридном топливе, в рассматриваемом варианте осуществления изобретения содержит катализатор 402, камеру 404 разложения, вход 406 и сопло 408. Кроме того, ракетный двигатель 400 малой тяги, работающий на гибридном топливе, дополнительно содержит твердое горючее 410, расположенное в камере 404 разложения. Твердое горючее 410 расположено с возможностью его сжигания с кислородом, образующимся при разложении перекиси водорода, в результате чего образуется газообразное рабочее тело, которое может выбрасываться из сопла 408 для создания тяги. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения твердое горючее 410 выполнено в виде кольцевого тела, расположенного внутри камеры 404 разложения, но в других вариантах осуществления изобретения твердое горючее 410 может быть предусмотрено и в других физических формах.
На фиг. 5 представлен газогенератор 500 в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Газогенератор 500 содержит катализатор 502, камеру 504 разложения и вход 506, аналогично описанным выше вариантам осуществления изобретения. Однако вместо сопла газогенератор дополнительно содержит выход 508, обеспечивающий перемещение газообразною кислорода и водяного пара из камеры разложения в сепаратор 510.
Сепаратор 510 выполнен с возможностью отделения водяного пара от кислорода и имеет выход кислорода и выход воды. Вообще, сепаратор 510 может содержать любые средства для разделения водяного пара и кислорода. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения сепаратор 510 содержит охладитель 512, способный охлаждаться до температуры, достаточно низкой для того, чтобы обеспечивать конденсацию водяного пара, поступающего из камеры 504 разложения, без конденсации кислорода. Охладитель 512 может представлять собой, например, змеевик, через который может пропускаться жидкий хладагент, термоэлектрическое охлаждающее устройство на основе эффекта Пельтье или любой иной подходящий охлаждающий элемент.
Хотя в рассматриваемом варианте осуществления изобретения сепаратор 510 расположен вне камеры 504 разложения, в других вариантах осуществления изобретения сепаратор 510 может быть помещен в саму камеру 504 разложения.
На фиг. 6 представлен топливный элемент 600 в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Топливный элемент 600 содержит катализатор 602, расположенный в камере 604 разложения, имеющей вход 606 для перекиси водорода. Катализатор 602 образует анод топливного элемента 600, который также содержит катод 612 и твердый электролит 610, отделяющий анод 602 от катода 612.
Принципы действия топливных элементов хорошо известны, и их подробное описание здесь не рассматривается. Вкратце же, анод 602 и катод 612 расположены с возможностью их электрического соединения через нагрузку 614, чтобы от анода 602 к катоду 612 через нагрузку 614 мог проходить поток электронов. Нагрузкой 614 может быть любое устройство, потребляющее электрическую энергию. Анод 602, содержащий катализатор, например, показанный на фиг. 1 катализатор, генерирует водород и кислород из перекиси водорода за счет ее каталитического разложения. Анод 602 и катод 612 разделены электролитом 610, обеспечивающим возможность движения ионов водорода от анода к катоду. На катоде 612 ионы водорода восстанавливаются с образованием газообразного водорода.
Выше были рассмотрены варианты осуществления настоящего изобретения, в которых для катализа разложения перекиси водорода используется катализатор, содержащий активный слой на носителе, содержащем гамма-оксид алюминия. Каталитическое разложение перекиси водорода может использоваться для получения газообразного рабочего тела, выбрасываемого из сопла в определенном направлении для создания тяги. Газообразное рабочее тело может содержать водяной пар и кислород, как в случае ракетного двигателя малой тяги, работающего на однокомпонентном топливе, например, показанного на фиг. 2, или может включать в себя продукты реакции сгорания жидкого или твердого горючего с кислородом, образующимся в результате разложения перекиси водорода, как в случае показанного на фиг. 3 ракетного двигателя малой тяги, работающего на двухкомпонентном топливе, или показанного на фиг. 4 ракетного двигателя малой тяги, работающего на гибридном топливе.
Устройство по любому из описанных выше вариантов осуществления изобретения может входить в состав оборудования космического аппарата, такого как спутник или космический корабль. Например, любой из показанных на фиг. 2-4 ракетных двигателей малой тяги может использоваться на космическом аппарате для создания тяги, показанный на фиг. 5 газогенератор может использоваться для выработки кислорода и воды с целью их потребления человеком или в других целях, а топливный элемент, показанный на фиг. 6, может использоваться для выработки электрической энергии с целью энергоснабжения бортовых систем космического аппарата или для наземных применений, в том числе воздушных, морских и сухопутных операций.
Хотя выше возможности осуществления изобретения были рассмотрены на примере конкретных вариантов, представленных на чертежах, следует иметь в виду, что при осуществлении изобретения в эти варианты можно внести множество изменений, не выходя за рамки объема охраны изобретения, определяемого его формулой.
Claims (24)
1. Устройство (200; 300; 400; 500; 600) для каталитического разложения перекиси водорода, содержащее:
- камеру (204; 304; 404; 504; 604) разложения, имеющую вход (206; 306; 406; 506; 606), обеспечивающий поступление высококонцентрированной перекиси водорода;
- резервуар (716), выполненный с возможностью хранения перекиси водорода с концентрацией от 80% до 100% и установленный с возможностью подачи перекиси водорода на вход камеры разложения; и
- катализатор (102; 202; 302; 402; 502; 602), расположенный в камере разложения для катализа разложения высококонцентрированной перекиси водорода, поступающей через вход, причем катализатор содержит активный слой (102-1) на носителе, содержащем гамма-оксид алюминия (102-2).
2. Устройство по п. 1, в котором носитель также содержит алюминий (102-3), а гамма-оксид алюминия расположен на поверхности алюминия в качестве пассивирующего слоя.
3. Устройство по п. 1, в котором активный слой содержит платину.
4. Устройство по п. 1, в котором катализатор находится в брикетированной, гранулированной или монолитной форме.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, которое представляет собой ракетный двигатель (200; 300; 400) малой тяги и дополнительно содержит сопло (208; 308; 408), сообщающееся с камерой разложения и обеспечивающее создание тяги за счет направленного выброса газообразного рабочего тела, образующегося при разложении перекиси водорода.
6. Устройство по п. 5, которое представляет собой ракетный двигатель (300) малой тяги, работающий на двухкомпонентном топливе, причем камера разложения дополнительно имеет вход (310) для горючего, обеспечивающий поступление горючего из соответствующего бака и расположенный так, чтобы обеспечивать сжигание горючего с кислородом, образующимся при разложении перекиси водорода.
7. Устройство по п. 5, которое представляет собой ракетный двигатель (400) малой тяги, работающий на гибридном топливе, и дополнительно содержит твердое горючее (410), сжигаемое с кислородом, образующимся при разложении перекиси водорода.
8. Устройство по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащее средства (510, 512) для разделения водяного пара и кислорода, образующихся при разложении перекиси водорода.
9. Устройство по любому из пп. 1-4, которое представляет собой топливный элемент (600) и дополнительно содержит:
- анод (602), содержащий катализатор;
- катод (612), электрически соединяемый с анодом через нагрузку (614); и
- электролит (610), отделяющий анод от катода и обеспечивающий возможность движения ионов водорода от анода к катоду.
10. Космический аппарат, содержащий устройство по любому из предыдущих пунктов.
11. Способ создания тяги, включающий:
- использование катализатора, содержащего активный слой (102-1) на носителе, содержащем гамма-оксид алюминия (102-2), для катализа разложения высококонцентрированной перекиси водорода с получением газообразного рабочего тела; и
- направленный выброс газообразного рабочего тела через сопло для создания тяги,
причем высококонцентрированная перекись водорода имеет концентрацию от 80% до 100%.
12. Способ по п. 11, дополнительно включающий сжигание горючего с кислородом, образующимся при разложении перекиси водорода, с получением газообразного рабочего тела.
13. Способ по п. 11 или 12, в котором перекись водорода имеет концентрацию 100%.
14. Применение катализатора, содержащего активный слой (102-1) на носителе, содержащем гамма-оксид алюминия (102-2), для катализа разложения высококонцентрированной перекиси водорода, причем
высококонцентрированная перекись водорода имеет концентрацию от 80% до 100%.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP13275203.1 | 2013-09-09 | ||
| EP13275203.1A EP2845642A1 (en) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Hydrogen peroxide catalyst |
| PCT/GB2014/052710 WO2015033165A1 (en) | 2013-09-09 | 2014-09-08 | Hydrogen peroxide catalyst |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016113523A RU2016113523A (ru) | 2017-10-16 |
| RU2016113523A3 RU2016113523A3 (ru) | 2018-05-21 |
| RU2680074C2 true RU2680074C2 (ru) | 2019-02-14 |
Family
ID=49117791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016113523A RU2680074C2 (ru) | 2013-09-09 | 2014-09-08 | Катализатор разложения перекиси водорода |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10364151B2 (ru) |
| EP (2) | EP2845642A1 (ru) |
| AU (1) | AU2014316816B2 (ru) |
| RU (1) | RU2680074C2 (ru) |
| WO (1) | WO2015033165A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773399C1 (ru) * | 2021-04-01 | 2022-06-03 | Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") | Твердый катализатор разложения высококонцентрированного пероксида водорода и способ его получения |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL3269681T3 (pl) * | 2016-07-13 | 2019-08-30 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Sposób samorzutnego rozkładu nadtlenku wodoru na katalizatorze |
| CN106870212A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-06-20 | 安徽工程大学 | 汽车发动机在线增氧助燃装置及方法 |
| WO2023008310A1 (ja) * | 2021-07-26 | 2023-02-02 | 国立大学法人北海道大学 | ハイブリッドロケット燃料の燃焼方法および燃焼装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2099565C1 (ru) * | 1996-03-20 | 1997-12-20 | Мосесов Сергей Кимович | Пароводяной ракетный двигатель (варианты) |
| US20040197252A1 (en) * | 2003-04-04 | 2004-10-07 | Parrish Clyde F. | Hydrogen peroxide catalytic decompostion |
| US20040216818A1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-11-04 | Atlantic Research Corporation | Iridium-catalyzed hydrogen peroxide based monopropellant system |
| WO2007015070A1 (en) * | 2005-08-02 | 2007-02-08 | Isis Innovation Limited | Initiating a reaction between hydrogen peroxide and an organic compound |
| RU2328616C1 (ru) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Дмитрий Александрович Новосельцев | Комбинированный электрохимический ракетный двигатель |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2000267916A1 (en) * | 2000-08-18 | 2002-03-04 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Improved hydroperoxide decomposition catalyst |
| US6834494B2 (en) * | 2003-04-01 | 2004-12-28 | The Boeing Company | Design and assembly of a catalyst bed gas generator for the catalytic decomposition of high concentration hydrogen peroxide propellants and the catalytic combustion of hydrocarbon/air mixtures |
| US20070016946A1 (en) * | 2005-07-15 | 2007-01-18 | University Of Texas System | System and method of querying firewalls |
| US20070169461A1 (en) * | 2006-01-19 | 2007-07-26 | Honeywell International Inc. | Catalytic bipropellant hot gas generation system |
| EP2257150A1 (en) * | 2008-03-19 | 2010-12-08 | Grow Foil B.V. | Greenhouse for enhanced plant growth |
| EP2387490B1 (en) * | 2009-01-14 | 2015-09-02 | Bayer MaterialScience LLC | Long-fiber thermoset composite with low orange peel, method for preparing and use of this composite |
| US9142853B2 (en) * | 2009-04-01 | 2015-09-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack and electronic device provided with the same |
| JP5045735B2 (ja) * | 2009-11-26 | 2012-10-10 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
| KR20110082309A (ko) * | 2010-01-11 | 2011-07-19 | 한국과학기술원 | 산화제 촉매 분해를 이용한 하이브리드 로켓 |
| US20120030890A1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-09 | Gerardo Strobl Diener | Double sponge to remove waste, absorb liquids and clean surfaces |
-
2013
- 2013-09-09 EP EP13275203.1A patent/EP2845642A1/en not_active Ceased
-
2014
- 2014-09-08 RU RU2016113523A patent/RU2680074C2/ru active
- 2014-09-08 WO PCT/GB2014/052710 patent/WO2015033165A1/en active Application Filing
- 2014-09-08 EP EP14765993.2A patent/EP3043897A1/en not_active Withdrawn
- 2014-09-08 US US14/917,562 patent/US10364151B2/en active Active
- 2014-09-08 AU AU2014316816A patent/AU2014316816B2/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2099565C1 (ru) * | 1996-03-20 | 1997-12-20 | Мосесов Сергей Кимович | Пароводяной ракетный двигатель (варианты) |
| US20040216818A1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-11-04 | Atlantic Research Corporation | Iridium-catalyzed hydrogen peroxide based monopropellant system |
| US20040197252A1 (en) * | 2003-04-04 | 2004-10-07 | Parrish Clyde F. | Hydrogen peroxide catalytic decompostion |
| WO2007015070A1 (en) * | 2005-08-02 | 2007-02-08 | Isis Innovation Limited | Initiating a reaction between hydrogen peroxide and an organic compound |
| RU2328616C1 (ru) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Дмитрий Александрович Новосельцев | Комбинированный электрохимический ракетный двигатель |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773399C1 (ru) * | 2021-04-01 | 2022-06-03 | Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") | Твердый катализатор разложения высококонцентрированного пероксида водорода и способ его получения |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10364151B2 (en) | 2019-07-30 |
| RU2016113523A (ru) | 2017-10-16 |
| EP2845642A1 (en) | 2015-03-11 |
| EP3043897A1 (en) | 2016-07-20 |
| AU2014316816B2 (en) | 2017-12-21 |
| US20160229694A1 (en) | 2016-08-11 |
| RU2016113523A3 (ru) | 2018-05-21 |
| WO2015033165A1 (en) | 2015-03-12 |
| AU2014316816A1 (en) | 2016-04-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | Fuel cell system with sodium borohydride as hydrogen source for unmanned aerial vehicles | |
| US6272846B1 (en) | Reduced toxicity fuel satellite propulsion system | |
| AU2016369910B2 (en) | Method for generating energy and energy generation device, in particular for mobile applications | |
| RU2680074C2 (ru) | Катализатор разложения перекиси водорода | |
| US20110167793A1 (en) | Hybrid rocket using catalytic decomposition of oxidizer | |
| US20180337418A1 (en) | Monopropellant system for regenerative fuel cell and method for mono-propulsion using same | |
| AU2023203517A1 (en) | Space Propulsion System | |
| CN103918118A (zh) | 用于运行船只的能量源 | |
| Sifer et al. | An analysis of hydrogen production from ammonia hydride hydrogen generators for use in military fuel cell environments | |
| Raugel et al. | Sea experiment of a survey AUV powered by a fuel cell system | |
| CN108349730A (zh) | 固态递送系统 | |
| RU2328616C1 (ru) | Комбинированный электрохимический ракетный двигатель | |
| KR20100110941A (ko) | 수소-산소 이원추진제 로켓 엔진과 그 추진 방법 | |
| JP5297251B2 (ja) | 水素供給方法及び水素供給装置 | |
| Harmansa et al. | Development of a water electrolysis propulsion system for small satellites | |
| JP2010275929A (ja) | レーザー推進システム | |
| KR102316740B1 (ko) | 선박용 연료전지 시스템 | |
| KR101596659B1 (ko) | 액체메탄과 액체산소를 추진제로 사용하는 전추진제 다단연소사이클 액체로켓엔진 시스템 | |
| JP4719580B2 (ja) | 燃料電池発電システム及び発電方法 | |
| JP4247872B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| US11149635B1 (en) | Closed compressed gas power and thermal management system | |
| KR102225507B1 (ko) | 다단 촉매 연소기를 포함하는 연소 시스템 | |
| JP2009262770A (ja) | 宇宙機用推進装置 | |
| Ghezel-Ayagh et al. | Air-independent hybrid SOFC-battery energy system for undersea vehicles | |
| Winkler et al. | Fuel cells in aircrafts and synergies |