RU2729567C1 - Method of increasing the efficiency of metal-hydride heat exchangers - Google Patents
Method of increasing the efficiency of metal-hydride heat exchangers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729567C1 RU2729567C1 RU2019141986A RU2019141986A RU2729567C1 RU 2729567 C1 RU2729567 C1 RU 2729567C1 RU 2019141986 A RU2019141986 A RU 2019141986A RU 2019141986 A RU2019141986 A RU 2019141986A RU 2729567 C1 RU2729567 C1 RU 2729567C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- hydrogen
- metal hydride
- metal
- powder
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
- C01B3/10—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with metals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
- F25B17/12—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type using desorption of hydrogen from a hydride
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к области теплоэнергетики и водородной энергетики, а точнее, к устройствам нагрева либо охлаждения (теплообменники или тепловые насосы) на основе обратимых термохимических циклов, которые для работы используют энергию источников низкопотенциального тепла природного либо техногенного характера. В данных устройствах в ходе термохимических циклов происходит либо поглощение водорода металлами или сплавами с образованием гидридов, которое идет с выделением тепла, либо выделение водорода при разложении гидридов, сопровождающееся поглощением тепла. Поглощение водорода происходит при давлении водорода выше давления образования гидрида или при внешней температуре ниже температуры дегидрирования, а выделение водорода происходит при давлении водорода ниже давления разложения гидридов или при температуре выше температуры дегидрирования.This invention relates to the field of thermal power and hydrogen energy, and more precisely, to heating or cooling devices (heat exchangers or heat pumps) based on reversible thermochemical cycles, which use the energy of low-potential heat sources of natural or man-made nature for operation. In these devices, during thermochemical cycles, either the absorption of hydrogen by metals or alloys occurs with the formation of hydrides, which occurs with the release of heat, or the release of hydrogen during the decomposition of hydrides, accompanied by the absorption of heat. Hydrogen uptake occurs at a hydrogen pressure above the hydride formation pressure or at an external temperature below the dehydrogenation temperature, and hydrogen evolution occurs at a hydrogen pressure below the hydride decomposition pressure or at a temperature above the dehydrogenation temperature.
Новизна предлагаемого способа заключается в том, что в состав металлогидридной засыпки теплообменников вводятся не реагирующие с водородом и с металлогидридным материалом дисперсные элементы, материал которых имеет достаточно малую плотность и достаточно высокий коэффициент температуропроводности. Это позволяет увеличить удельную мощность металлогидридных теплообменников и снизить вес устройств, что в особенности важно для мобильных приложений металлогидридных технологий. Дополнительно такие добавки позволяют уменьшить спекаемость порошков металлогидридной засыпки в ходе циклов поглощения-выделения водорода. Предлагаемое техническое решение может быть использовано и для других газофазных приложений металлогидридов, таких как аккумулирование водорода.The novelty of the proposed method lies in the fact that dispersed elements, the material of which has a sufficiently low density and a sufficiently high coefficient of thermal diffusivity, are introduced into the composition of the metal-hydride filling of heat exchangers that do not react with hydrogen and with a metal-hydride material. This allows to increase the specific power of metal hydride heat exchangers and reduce the weight of devices, which is especially important for mobile applications of metal hydride technologies. Additionally, such additives reduce the sintering ability of metal hydride backfill powders during hydrogen absorption-evolution cycles. The proposed technical solution can be used for other gas-phase applications of metal hydrides, such as hydrogen storage.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY
Принцип действия металлогидридных теплообменников (далее - тепловых насосов) основан на том (см. например, (Sandrock 1999)), что при обратимой химической реакции, протекающей в системе «гидридобразующий материал - водород», происходит либо поглощение, либо выделение тепла (в зависимости от знака изменения энтальпии для такой реакции). Под гидридобразующими материалами понимаются либо индивидуальные металлы, либо сплавы металлов, включающие и интерметаллические соединения. Например, в двухкомпонентной системе «М-Н2» (здесь гидридобразующий материал состоит из одной компоненты, М), может протекать химическая реакция (1), сопровождаемая фазовыми превращениями:The principle of operation of metal hydride heat exchangers (hereinafter referred to as heat pumps) is based on the fact (see, for example, (Sandrock 1999)) that during a reversible chemical reaction occurring in the “hydride-forming material - hydrogen” system, either heat is absorbed or released (depending from the sign of the change in enthalpy for such a reaction). Hydride-forming materials are understood to mean either individual metals or metal alloys, including intermetallic compounds. For example, in the two-component system "M-H 2 " (here the hydride-forming material consists of one component, M), a chemical reaction (1) can occur, accompanied by phase transformations:
Реакция (1) характеризуется термодинамическими величинами: энтальпия и энтропия (изменение соответствующих величин при переходе от исходных веществ к продуктам, либо обратно), ΔН и ΔS. Прямой процесс реакции, образование гидрида/поглощение водорода является экзотермической реакцией, и выделяемое тепло, Q, приблизительно равно абсолютному значению энтальпии ΔН реакции (1). Обратный процесс реакции (1), разложение гидрида/десорбция Н2 эндотермичен, и для его осуществления требуется подвод примерно такого же количества тепла к системе.Reaction (1) is characterized by thermodynamic quantities: enthalpy and entropy (the change in the corresponding quantities when passing from starting substances to products, or vice versa), ΔН and ΔS. The direct reaction process, hydride formation / hydrogen uptake, is an exothermic reaction, and the heat generated, Q, is approximately equal to the absolute value of the enthalpy ΔH of reaction (1). The reverse process of reaction (1), hydride decomposition / desorption of Н 2, is endothermic, and its implementation requires the supply of approximately the same amount of heat to the system.
Таким образом, металлогидридные тепловые насосы, где фазовые переходы происходят в двухкомпонентной системе «металл-водород», с точки зрения термодинамики работают аналогично тепловым насосам, принцип действия которых основан на процессах сорбции в твердом веществе, например, с использованием в качестве рабочих пар таких систем как «активированный уголь-аммиак», «цеолит-вода» и т.д. Однако, основное отличие систем «металл-водород» состоит в том, что водород в них является неконденсируемым рабочим текучим компонентом, в противоположность упомянутым аммиаку и воде в неметаллогидридных системах.Thus, metal hydride heat pumps, where phase transitions occur in a two-component "metal-hydrogen" system, from the point of view of thermodynamics work similarly to heat pumps, the principle of which is based on sorption processes in a solid, for example, using such systems as working pairs as "activated carbon-ammonia", "zeolite-water", etc. However, the main difference between the "metal-hydrogen" systems is that hydrogen in them is a non-condensable working fluid component, in contrast to the aforementioned ammonia and water in non-metal hydride systems.
Подробный разбор и анализ вопросов, относящихся к конструкции и работе металлогидридных тепловых насосов широко изложен в литературе, в том числе и за последние 5 лет (см. например, (Sekhar and Muthukumar 2014; Lototskyy et al. 2015; Muthukumar et al. 2016; 2018)). К металлогидридным тепловым насосам существует ряд практических требований, которые являются общими для всех типов их конструкций. Так, эти насосы должны иметь высокую удельную мощность (количество тепловой энергии, передаваемой в единицу времени, на единицу массы всего устройства) и они должны быть компактными по конструкции, то есть иметь малую массу и/или малый объем.A detailed analysis and analysis of issues related to the design and operation of metal hydride heat pumps has been widely described in the literature, including over the last 5 years (see, for example, (Sekhar and Muthukumar 2014; Lototskyy et al. 2015; Muthukumar et al. 2016; 2018)). There are a number of practical requirements for metal hydride heat pumps that are common to all types of their designs. So, these pumps must have a high specific power (the amount of heat energy transferred per unit time, per unit mass of the entire device) and they must be compact in design, that is, have a low mass and / or small volume.
Мощность металлогидридных тепловых насосов зависит от значения |ΔН| реакций гидридообразования для металлогидридных материалов, а также от других их свойств. Так, для достижения высокой мощности требуется низкая удельная теплоемкость металлогидридных материалов, их высокая способность поглощать и выделять водород, высокая теплопроводность и быстрая кинетика реакций образования и разложения гидридов, и др. Существует множество металлогидридных материалов, исследованных ранее (Gruen, Mendelsohn, and Sheft 1978; Dantzer and Meunier 1988; Dantzer and Orgaz 1986; Sun, Groll, and Werner 1992; Muthukumar and Groll 2010), которые являются потенциально подходящими. Так, например, в работе (Gruen, Mendelsohn, and Sheft 1978) авторы предложили тепловой насос, приводимый в действие солнечными или другими низкопотенциальными источниками тепла с использованием LaNi4.7Al0.3 и MmNi4.15Fe0.85. Рабочие температуры составляли 120°С для ввода, 29-50°С для отвода тепла и 0-20°С для охлаждения с холодопроизводительностью 15 кВт. Реактор с тепловым насосом был сконструирован аналогично кожухотрубному теплообменнику с проточной водой из пучка труб. Аналогичный тип металлогидридного теплового насоса был разработан исследовательской лабораторией Solar Turbines Inc., чтобы обеспечить холодопроизводительность 3.5 кВт при рабочих температурах 93°С/29°С/4.4-10°C с использованием LaNi5/MmNi4.15Fe0.85 (Muthukumar and Groll 2010). В патентной заявке CN 101824566 (A) для металлогидридных тепловых насосов предлагается использовать гидридобразующие интерметаллиды типа АВ5 с общей формулой La(Ni3.8Al1.2-xMx)y, в которой М=Mn, Cr, Fe, Cu; 0.2≤х≤0.6; 0.94≤у≤1.0.The power of metal hydride heat pumps depends on the value | ΔН | reactions of hydride formation for metal hydride materials, as well as on their other properties. Thus, to achieve high power, a low specific heat of metal hydride materials, their high ability to absorb and release hydrogen, high thermal conductivity and fast kinetics of reactions of formation and decomposition of hydrides, etc. are required. There are many metal hydride materials studied earlier (Gruen, Mendelsohn, and Sheft 1978 ; Dantzer and Meunier 1988; Dantzer and Orgaz 1986; Sun, Groll, and Werner 1992; Muthukumar and Groll 2010), which are potentially suitable. For example, in (Gruen, Mendelsohn, and Sheft 1978), the authors proposed a solar-powered or other low-grade heat pump using LaNi 4.7 Al 0.3 and MmNi 4.15 Fe 0.85 . Operating temperatures were 120 ° C for input, 29-50 ° C for heat removal, and 0-20 ° C for cooling with a cooling capacity of 15 kW. The heat pump reactor was designed similarly to a shell-and-tube heat exchanger with running water from a tube bundle. A similar type of metal hydride heat pump was developed by the research laboratory Solar Turbines Inc. to provide a cooling capacity of 3.5 kW at 93 ° C / 29 ° C / 4.4-10 ° C operating temperatures using LaNi 5 / MmNi 4.15 Fe 0.85 (Muthukumar and Groll 2010) ... In patent application CN 101824566 (A) for metal hydride heat pumps it is proposed to use hydride-forming intermetallic compounds of the AB 5 type with the general formula La (Ni 3.8 Al 1.2-x M x ) y , in which M = Mn, Cr, Fe, Cu; 0.2≤x≤0.6; 0.94≤y≤1.0.
Ключевым аспектом в конструкции и работе металлогидридных тепловых насосов является теплоперенос во внутреннем пространстве металлогидридных реакторов, в которых в ходе реакций образования и разложения гидридных фаз возникают тепловые эффекты. Увеличение скорости теплопереноса не только напрямую ведет к повышению мощности таких устройств, а более того, этот теплообмен имеет своей целью обеспечить саму возможность проведения процессов поглощения и выделения водорода металлогидридными материалами за требуемый период времени. Таким образом, проблема улучшения теплопереноса в металлогидридных реакторах является, помимо тепловых насосов, общей и для других газофазных приложений, использующих металлогидриды, например, обратимые металлогидридные аккумуляторы водорода и металлогидридные термокомпрессоры водорода. Решению данной проблемы уделено значительное внимание в литературе, см., например, (Muthukumar and Groll 2010; Muthukumar et al. 2018; Lototskyy et al. 2015). Эти решения объединяет общее требование, которое можно сформулировать следующим образом. Металлогидридные реакторы для поглощения и выделения водорода, заполненные порошковыми металлогидридными материалами (МГМ), вследствие тепловых эффектов, возникающих в ходе фазовых превращений, должны предусматривать в своей конструкции наличие элементов, обеспечивающих эффективный теплообмен как между порошковой засыпкой МГМ и внешней средой, так и внутри объема порошковой засыпки МГМ.A key aspect in the design and operation of metal hydride heat pumps is heat transfer in the interior of metal hydride reactors, in which thermal effects arise during the formation and decomposition of hydride phases. An increase in the rate of heat transfer not only directly leads to an increase in the power of such devices, but moreover, this heat exchange aims to provide the very possibility of carrying out the processes of absorption and release of hydrogen by metal hydride materials for the required period of time. Thus, the problem of improving heat transfer in metal hydride reactors is, in addition to heat pumps, common for other gas-phase applications using metal hydrides, for example, reversible metal hydride hydrogen accumulators and metal hydride thermocompressors of hydrogen. The solution to this problem has received considerable attention in the literature, see, for example, (Muthukumar and Groll 2010; Muthukumar et al. 2018; Lototskyy et al. 2015). These solutions are united by a general requirement, which can be formulated as follows. Metal hydride reactors for absorption and release of hydrogen, filled with powder metal hydride materials (MGM), due to thermal effects arising during phase transformations, must provide in their design the presence of elements that ensure efficient heat transfer both between the powder backfill of MGM and the external environment, and inside the volume powder filling MGM.
Так, в патентной заявке WO 9736819 A1 предлагается устройство для аккумулирования водорода многократного действия, представляющее собой сосуд, внутри которого находится теплопроводящая матрица с открытыми ячейками, удерживающими поглощающую и выделяющую водород среду. Множество разделительных элементов делит сосуд на камеры. Структура открытых ячеек матрицы позволяет миграцию поглощающей водород среды между ячейками камер.Thus, patent application WO 9736819 A1 proposes a device for storing hydrogen of repeated action, which is a vessel, inside of which there is a heat-conducting matrix with open cells that hold the medium absorbing and releasing hydrogen. A plurality of dividing elements divide the vessel into chambers. The structure of the open cells of the matrix allows the migration of the hydrogen absorbing medium between the cells of the chambers.
В патентной заявке US 2001/035281 описывается резервуар для поглощения и выделения водорода, состоящий из двух модулей, разделенных периферийной поверхностью, позволяющей прохождение водорода, и заключенных в двойную цилиндрическую оболочку. Цилиндрический модуль для хранения водорода имеет структуру, объединяющую множество поглощающих и выделяющих водород элементов, содержащих порошки гидридобразующих материалов.In the patent application US 2001/035281 a reservoir for the absorption and release of hydrogen is described, consisting of two modules separated by a peripheral surface allowing the passage of hydrogen, and enclosed in a double cylindrical shell. The cylindrical hydrogen storage module has a structure that combines a plurality of hydrogen absorbing and evolving elements containing powders of hydride-forming materials.
Патент US 4270360 описывает устройство для поглощения и выделения водорода, содержащее резервуар, снабженный двумя параллельными пластинами, привинченными к внутренней стенке резервуара. Между пористыми пластинами вставлены нагревательные и охлаждающие элементы. Поглощающий водород материал находится между пластинами и нагревательными и охлаждающими элементами.US Pat. No. 4,270,360 describes a device for absorbing and releasing hydrogen comprising a reservoir provided with two parallel plates screwed to the inner wall of the reservoir. Heating and cooling elements are inserted between the porous plates. The hydrogen scavenging material is located between the plates and heating and cooling elements.
В патентной заявке RU 2524159 С2 предложены способы интенсификации теплопередачи внутри металлогидридного реактора, заключающиеся в том, что в мелкодисперсном слое заполняющего реактор металлогидрида устанавливают тепловые мосты в виде пористых вспененных материалов, например из меди или никеля, или устанавливают ребра теплопроводности, имеющие надежный тепловой контакт с внутренней поверхностью корпуса реактора.Patent application RU 2524159 C2 proposes methods for intensifying heat transfer inside a metal hydride reactor, consisting in the fact that thermal bridges are installed in the finely dispersed layer of the metal hydride filling the reactor in the form of porous foam materials, for example, copper or nickel, or thermal conduction ribs are installed that have reliable thermal contact with the inner surface of the reactor vessel.
Наиболее близким к настоящему изобретению по совокупности технических признаков является патент RU 167781 U1, в котором предложен способ заполнения внутреннего пространства металлогидридного реактора металлогидридным материалом, состоящий в том, что такое заполнение должно происходить таким образом, чтобы обеспечить эффективный теплообмен, как по всей массе порошка, так и между засыпкой и внешней средой. Для этого были предложены следующие решения: 1) введение в состав засыпки медных элементов в виде ваты из тонких проволок; 2) введение во внутреннее пространство баллона медной губки (пеномедь); 3) частичная или полная замена ваты или губки тонкими литыми медными дисками и/или стержнями. Конструкционно элементы из меди, касаясь внутренней поверхности стенок баллона, образуют пространственный каркас и обеспечивают тепловой контакт между порошковой засыпкой и стенками.The closest to the present invention in terms of the set of technical features is the patent RU 167781 U1, which proposes a method for filling the inner space of a metal hydride reactor with a metal hydride material, consisting in the fact that such filling should take place in such a way as to ensure effective heat exchange, both throughout the mass of the powder, and between the backfill and the external environment. For this, the following solutions were proposed: 1) the introduction of copper elements into the backfill in the form of cotton wool from thin wires; 2) introduction of a copper sponge (foam copper) into the inner space of the balloon; 3) partial or complete replacement of cotton wool or sponge with thin cast copper discs and / or rods. Structural elements made of copper, touching the inner surface of the walls of the container, form a spatial framework and provide thermal contact between the powder filling and the walls.
ПРОБЛЕМЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ И ПРЕДЛАГАЕМОЕ РЕШЕНИЕPROBLEMS OF PREVIOUS TECHNOLOGY AND PROPOSED SOLUTION
Предложенные решения по обеспечению эффективного теплообмена в ходе работы металлогидридных реакторов, например, такие, как в заявке RU 2536501 C2, где фигурируют дополнительные многочисленные узкие каналы теплообмена для циркуляции теплоносителя внутри самого объема засыпки, приводят, однако, к понижению значения объемной плотности поглощаемого или выделяемого водорода, рассчитанной на единицу объема всего устройства, а, следовательно, к уменьшению значения количеств поглощаемого или выделяемого тепла, рассчитанных на единицу объема всего устройства. Реализация же эффективного теплообмена через многочисленные узкие каналы, расположенные внутри объема засыпки, может быть затруднена даже при принудительной циркуляции теплоносителя, вследствие его медленной циркуляции в таких узких каналах, обусловленной высокой вязкостью теплоносителя. Существенное увеличение скорости циркуляции возможно лишь тогда, когда поверхностью теплообмена являются внешние стенки емкости с засыпкой металлогидридного материала. Проведенные одним из авторов настоящей заявки на изобретение расчеты (Satya Sekhar et al. 2015), (Minko et al. 2018) показывают, что, например, для засыпок с цилиндрической геометрией отвод и подвод тепла на наружные стенки более эффективно, для улучшения динамических характеристик устройства, чем во внутренние каналы. Кроме того, изготовление металлогидридных реакторов, реализующих этот вариант менее трудоемко и, следовательно, менее дорого из-за отсутствия дополнительных герметичных проходок для установки внутреннего теплообменника. Внедрение теплопроводных стержней и/или ребер в охлаждаемую/нагреваемую снаружи засыпку металлогидридного материала приводит к дальнейшему улучшению динамических характеристик, аналогичных случаю спиральных внутренних теплообменников, без заметного снижения емкости по водороду при тех же внешних размерах.The proposed solutions to ensure effective heat exchange during the operation of metal hydride reactors, for example, such as in the application RU 2536501 C2, where additional numerous narrow heat transfer channels appear for circulating the coolant inside the filling volume itself, however, lead to a decrease in the bulk density of the absorbed or released hydrogen calculated per unit volume of the entire device, and, consequently, to a decrease in the values of the amounts of absorbed or released heat, calculated per unit volume of the entire device. The implementation of effective heat exchange through numerous narrow channels located inside the backfill volume can be difficult even with forced circulation of the coolant, due to its slow circulation in such narrow channels, due to the high viscosity of the coolant. A significant increase in the circulation rate is possible only when the surface of the heat exchange is the outer walls of the container filled with metal hydride material. Calculations carried out by one of the authors of the present application for invention (Satya Sekhar et al. 2015), (Minko et al. 2018) show that, for example, for backfills with cylindrical geometry, the removal and supply of heat to the outer walls is more efficient to improve the dynamic characteristics devices than the internal ducts. In addition, the manufacture of metal hydride reactors implementing this option is less laborious and, therefore, less expensive due to the absence of additional hermetic penetrations for installing an internal heat exchanger. The introduction of heat transfer rods and / or fins into an externally cooled / heated metal hydride material bed leads to a further improvement in dynamic performance, similar to the case of spiral internal heat exchangers, without a noticeable decrease in the hydrogen capacity at the same external dimensions.
Таким образом, организация пассивного теплообмена, предложенная в упомянутом патенте на полезную модель RU 167781 U1, который выбран в качестве прототипа, способствует решению проблемы теплообмена, однако, нуждается в пересмотре, поскольку, как уже говорилось, медные элементы во внутреннем объеме увеличивают вес устройства. Поэтому в настоящем изобретении предлагается для увеличения теплопроводности внутри порошковой засыпки металлогидридного материала (МГМ) равномерно смешивать частицы МГМ с теплопроводящими частицами высокодисперсного порошка легкого (плотность которого заметно меньше чем плотность меди) материала, не вступающего в химическую реакцию с водородом и МГМ при тех условиях, при которых находится порошковая засыпка внутреннего пространства металлогидридного реактора в ходе его работы. Уменьшение, таким образом, веса устройства (теплового насоса) может способствовать его более широкому применению для мобильных, а не только стационарных приложений.Thus, the organization of passive heat exchange proposed in the aforementioned utility model patent RU 167781 U1, which was chosen as a prototype, contributes to solving the problem of heat transfer, however, it needs to be revised, since, as already mentioned, copper elements in the internal volume increase the weight of the device. Therefore, in the present invention, to increase the thermal conductivity inside the powder filling of a metal hydride material (MGM), it is proposed to uniformly mix the MGM particles with heat-conducting particles of a highly dispersed light powder (whose density is noticeably less than the density of copper) material that does not enter into a chemical reaction with hydrogen and MGM under those conditions, at which there is a powder filling of the inner space of a metal hydride reactor during its operation. Thus, reducing the weight of the device (heat pump) can facilitate its wider application for mobile, not just stationary applications.
Новизна настоящего изобретения состоит в том, что уменьшение по сравнению с медью плотности твердой теплопроводящей компоненты во внутреннем объеме металлогидридного реактора может иметь, помимо уменьшения его веса, еще один весьма важный эффект, а именно эффект увеличения его мощности. Действительно, из уравнения для переноса тепловой энергии в порошковой засыпке металлогидридного реактора, которое используется, например, в работе (Satya Sekhar et al. 2015), следует, что характерное время выравнивания температурных градиентов (τ) будет определяться эффективным коэффициентом температуропроводности (κэфф) порошкового материала, заполняющего внутреннее пространство металлогидридного реактора, который представляет собой отношение его эффективного коэффициента теплопроводности (λэфф) к произведению его эффективной плотности (ρэфф) на его эффективную теплоемкость (сэфф), то есть κэфф=λэфф/(ρэфф×сэфф), причем τ обратно пропорционально κэфф, то есть τ ∝ 1/κэфф. Эффективные физические величины для порошковой засыпки представляют собой линейные комбинации соответствующих величин, κ, λ, ρ, с - индивидуальных физических характеристик для каждой твердой компоненты порошковой засыпки.The novelty of the present invention lies in the fact that, in comparison with copper, the density of the solid heat-conducting component in the inner volume of a metal hydride reactor can have, in addition to reducing its weight, another very important effect, namely the effect of increasing its power. Indeed, from the equation for the transfer of thermal energy in the powder bed of a metal hydride reactor, which is used, for example, in (Satya Sekhar et al. 2015), it follows that the characteristic time of temperature gradient equalization (τ) will be determined by the effective thermal diffusivity (κ eff ) powder material filling the inner space of a metal hydride reactor, which is the ratio of its effective thermal conductivity coefficient (λ eff ) to the product of its effective density (ρ eff ) by its effective heat capacity (c eff ), that is, κ eff = λ eff / (ρ eff × s eff ), and τ is inversely proportional to κ eff , that is, τ ∝ 1 / κ eff . Effective physical quantities for powder filling are linear combinations of the corresponding quantities, κ, λ, ρ, s - individual physical characteristics for each solid component of the powder filling.
Таким образом, чем выше κэфф материала засыпки, тем меньше время выравнивания температурных градиентов, возникающих в ходе реакций разложения и образования гидридных фаз, и, следовательно, тем выше мощность, которую может развивать металлогидридный тепловой насос. Кроме того, при увеличении κэфф сократится время «бездействия» металлогидридного теплового насоса, то есть время между завершением одного полуцикла работы насоса и началом следующего полуцикла, поскольку для того, чтобы начался следующий полуцикл, требуется, чтобы вдоль внутреннего пространства металлогидридных реакторов установились соответствующие рабочие температуры, позволяющие протекание процессов образования гидрида в одном и разложения гидрида в другом реакторе. Так как металлогидридные реакторы обладают собственной ненулевой теплоемкостью и конечной теплопроводностью, то установление рабочих температур требует некоторого времени, в течение которого металлогидридный тепловой насос бездействует. Таким образом, увеличение κэфф увеличит эффективную мощность металлогидридного теплового насоса, если определить ее как полное количество тепла, переданное за один полный цикл работы металлогидридного теплового насоса, отнесенное ко времени полного цикла.Thus, the higher the κ eff of the backfill material, the shorter the time for equalizing the temperature gradients arising during the decomposition reactions and the formation of hydride phases, and, therefore, the higher the power that the metal hydride heat pump can develop. In addition, with an increase in κ eff , the “inactivity” time of the metal hydride heat pump will be reduced, that is, the time between the end of one half-cycle of the pump operation and the beginning of the next half-cycle, since in order to start the next half-cycle, it is required that the corresponding operating temperatures allowing the processes of hydride formation in one reactor and hydride decomposition in another reactor. Since metal hydride reactors have their own non-zero heat capacity and final thermal conductivity, the establishment of operating temperatures requires some time, during which the metal hydride heat pump is inactive. Thus, an increase in κ eff will increase the effective power of the metal hydride heat pump, if we define it as the total amount of heat transferred during one full cycle of the metal hydride heat pump, referred to the time of the full cycle.
Для иллюстрации ниже в таблице 1 приведены типичные значения индивидуальных величин ρ, с и λ (при комнатной температуре) для некоторых твердых материалов, используемых в работе устройств, созданных на основе металлогидридных реакторов. В колонках «АВ5» и «АВ5Н6» приведены значения, взятые из (Satya Sekhar et al. 2015), для интерметаллида MmNi4.6Al0.4 и, соответственно, для его гидрида, часто используемого для создания тепловых насосов.For illustration, Table 1 below shows typical values of individual values of ρ, c and λ (at room temperature) for some solid materials used in the operation of devices based on metal hydride reactors. Columns "AB 5 " and "AB 5 H 6 " show the values taken from (Satya Sekhar et al. 2015) for the intermetallic compound MmNi 4.6 Al 0.4 and, accordingly, for its hydride, which is often used to create heat pumps.
Как видно из таблицы, материалом со значениями ρ, меньшим чем у меди, и κ, большим, чем у меди, может быть графит. Также ими могут быть следующие углеродные материалы: терморасширенный графит, графеноподобные структуры, углеродные нановолокна и нанотрубки, обладающие уникальным сочетанием таких свойств как малый удельный вес, хорошая теплопроводность, и, в отличие от собственно графита, развитая удельная поверхность. Кроме того, такие материалы относительно дешевы. Следовательно, добавки таких материалов вместо меди в состав порошковой засыпки металлогидридного реактора, увеличат κэфф порошковой засыпки и, следовательно, мощность металлогидридного теплового насоса.As can be seen from the table, graphite can be a material with ρ values less than that of copper and κ greater than that of copper. They can also be the following carbon materials: thermally expanded graphite, graphene-like structures, carbon nanofibers and nanotubes, which have a unique combination of properties such as low specific gravity, good thermal conductivity, and, unlike graphite itself, a developed specific surface area. Moreover, such materials are relatively cheap. Consequently, the addition of such materials instead of copper to the powder filling of a metal hydride reactor will increase the κ eff of the powder filling and, consequently, the power of the metal hydride heat pump.
Экспериментальным свидетельством увеличения мощности металлогидридного теплового насоса за счет уменьшения времени выделения либо поглощения определенного количества тепловой энергии в металлогидридном реакторе может служить, например, увеличение скорости, соответственно, поглощения либо выделения водорода металлогидридным материалом порошковой засыпки. Эту скорость сравнительно легко определить экспериментально, измеряя количества поглощенного или выделенного водорода и время.Experimental evidence of an increase in the power of a metal hydride heat pump due to a decrease in the time of release or absorption of a certain amount of thermal energy in a metal hydride reactor can be, for example, an increase in the rate, respectively, of the absorption or release of hydrogen by the metal hydride material of the powder bed. This rate is relatively easy to determine experimentally by measuring the amount of absorbed or released hydrogen and time.
Пример 1: Углеродный графеноподобный материал (ГПМ) с атомарным соотношением С/О > 40 и с площадью удельной поверхности > 600 м2/г, полученный термическим восстановлением оксида графита при 900°С и последующем отжиге при той же температуре в аргоне в течение 3 ч, смешивали в сухом аргоновом боксе с порошком магния с размером частиц 0.5-1 мм (весовое соотношение ГПМ/Mg = 1/9), загружали полученную смесь в размольной стакан с герметичной крышкой, оснащенный специальным манометром, вакуумировали, и заполняли стакан водородом чистотой 99.9999% под давлением 30 атм, затем подвергали помолу в планетарной шаровой мельнице. Скорость образования гидрида определяли по падению давления водорода в размольном стакане. Образцом сравнения служил помолотый аналогичным образом порошок магния без добавок ГПМ.Example 1: Carbon graphene material (GPM) with an atomic ratio C / A> 40, and a specific surface area> 600 m 2 / g obtained by thermal reduction of graphite oxide at 900 ° C and subsequent annealing at the same temperature under argon for 3 h, mixed in a dry argon box with magnesium powder with a particle size of 0.5-1 mm (weight ratio GPM / Mg = 1/9), loaded the resulting mixture into a grinding beaker with a sealed lid equipped with a special manometer, evacuated, and filled the beaker with hydrogen of purity 99.9999% under a pressure of 30 atm, then subjected to grinding in a planetary ball mill. The rate of hydride formation was determined from the drop in hydrogen pressure in the grinding jar. The reference sample was a similarly milled magnesium powder without additives of HPM.
Полученные образцы, Mg+ГПМ и образец сравнения, подвергали также циклам гидрирование-дегидрирование, которые проводили в специальном реакторе, снабженном датчиком давления и помещенном печь с контроллером температуры. Процесс дегидрирования проводили при давлении 1 атм и температуре 350°С, гидрирования - при 5.5 атм и температуре 300°С.The obtained samples, Mg + HPM and the reference sample, were also subjected to hydrogenation-dehydrogenation cycles, which were carried out in a special reactor equipped with a pressure sensor and placed in an oven with a temperature controller. The dehydrogenation process was carried out at a pressure of 1 atm and a temperature of 350 ° С, hydrogenation - at 5.5 atm and a temperature of 300 ° С.
В ходе помола в течение 100 мин в образце сравнения прогидрированным оказывается 1.1% от полного количества магния, а в образце Mg+ГПМ это значение составляет 50%. Аналогичные значения, достигаемые за 200 мин помола: 17% и 83% для образца сравнения и образца Mg+ГПМ, соответственно. В ходе циклов гидрирование-дегидрирование на стадии дегидрирования в образце сравнения за 2 мин разлагается с выделением водорода 5.6% от общего количества фазы гидрида магния, и 33% - в образце Mg+ГПМ. Аналогичные значения, достигаемые при дегидрировании в течение 4 мин: 28% и 67% для образца сравнения и образца Mg+ГПМ, соответственно.During milling for 100 min, 1.1% of the total amount of magnesium is hydrogenated in the reference sample, while in the Mg + HPM sample this value is 50%. Similar values achieved in 200 minutes of grinding: 17% and 83% for the reference sample and the Mg + HPM sample, respectively. In the course of hydrogenation-dehydrogenation cycles at the dehydrogenation stage, in the reference sample, it decomposes in 2 min with the release of hydrogen of 5.6% of the total amount of the magnesium hydride phase, and 33% in the Mg + HPM sample. Similar values achieved upon dehydrogenation for 4 min: 28% and 67% for the reference sample and the Mg + HPM sample, respectively.
Пример 2: Полученные аналогично Примеру 1 образцы металлогидридного материала, содержащие фазу гидрида магния, помещали в корундовые тигли, помещали в камеру термоанализатора для дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и подвергали нагреву от комнатной температуры до 500°С со скоростью 10°С/мин в атмосфере аргона. Максимум пика ДСК, отвечающего эндотермической реакции разложения фазы MgH2 для образца, содержащего ГПМ, смещен на 50-55 градусов в сторону более низких температур относительно образца сравнения.Example 2: Samples of a metal hydride material containing a magnesium hydride phase obtained analogously to Example 1 were placed in corundum crucibles, placed in a differential scanning calorimetry (DSC) thermal analyzer chamber and heated from room temperature to 500 ° C at a rate of 10 ° C / min in argon atmosphere. The maximum of the DSC peak corresponding to the endothermic reaction of decomposition of the MgH 2 phase for the sample containing HPM is shifted by 50-55 degrees towards lower temperatures relative to the reference sample.
Таким образом, добавки теплопроводящего углеродного материала увеличивают скорость взаимодействия с водородом порошка металлогидридного материала.Thus, the addition of a heat-conducting carbon material increases the rate of interaction of the metal hydride material powder with hydrogen.
Ранее еще в одном патенте RU 2660232 С1 с целью создания катализатора процессов гидрирования магния было предложено наносить каталитически активные наночастицы (нанокластеры) никеля на углеродный носитель, представляющий собой графеноподобные структуры (сам графен либо восстановленный оксид графита), обладающие высокой удельной поверхностью. Принципиальное же отличие настоящего изобретения состоит в том то, что углеродный материал, способный увеличить скорость теплопереноса в порошковой засыпке металлогидридного материала, сам по себе увеличит скорость взаимодействия такого материала с водородом. Но, разумеется, это никоим образом не отрицает перспективность применения в ряде случаев и каталитически активных наночастиц переходных металлов, например, никеля, нанесенных на такой углеродный носитель.Earlier, in another patent RU 2660232 C1, in order to create a catalyst for magnesium hydrogenation, it was proposed to deposit catalytically active nickel nanoparticles (nanoclusters) on a carbon support, which is graphene-like structures (graphene itself or reduced graphite oxide) with a high specific surface area. The fundamental difference of the present invention is that a carbon material capable of increasing the rate of heat transfer in a powder filling of a metal hydride material will itself increase the rate of interaction of such a material with hydrogen. But, of course, this in no way negates the promise of using in a number of cases catalytically active nanoparticles of transition metals, for example, nickel, deposited on such a carbon support.
Смешивать между собой частицы углеродного материала и частицы металлогидридного материала можно, как в Примере 1, обработкой в шаровой мельнице, причем так, чтобы каждая частица металлогидридного материала имела хороший контакт, как с углеродным материалом, так и с водородом. Такое взаимное расположение компонентов засыпки выгодно тем, что поверхность металлогидридного материала по-прежнему доступна для газа, и, вместе с тем, углеродный материал способен предотвратить спекание частиц металлогидридного материала, происходящее вследствие тепловых эффектов при взаимодействии металлогидридного материала с водородом.It is possible to mix together the particles of carbon material and particles of metal hydride material, as in Example 1, by processing in a ball mill, and so that each particle of metal hydride material has good contact with both the carbon material and with hydrogen. This mutual arrangement of the components of the backfill is advantageous in that the surface of the metal hydride material is still accessible to gas, and, at the same time, the carbon material is able to prevent the particles of the metal hydride material from sintering due to thermal effects when the metal hydride material interacts with hydrogen.
Пример 3: Полученные аналогично Примеру 1 образцы металлогидридного материала, содержащие фазу гидрида магния, помещали на плоский вольфрамовый нагреватель, расположенный в вакуумированной камере высокотемпературной приставки рентгеновского дифрактометра и осуществляли регистрацию серии рентгенограмм, в которой первая рентгенограмма регистрировалась при комнатной температуре, остальные - после нагрева со скоростью 300°С/мин от комнатной до температуры, при которой начинается разложение фазы MgH2, за которым следили по изменению интенсивности дифракционного пика при угле дифракции около 27.9°. определяли из полуширины пика при 27.9°. В исходных образцах при комнатной температуре размер частиц фазы MgH2 составлял 10-15 нм, после нагрева он увеличивается до 20-23 нм в образце, содержащем ГПМ, и до 55-60 нм - в образце сравнения.Example 3: Samples of a metal hydride material containing a magnesium hydride phase obtained analogously to Example 1 were placed on a flat tungsten heater located in an evacuated chamber of a high-temperature attachment of an X-ray diffractometer and a series of X-ray diffraction patterns were recorded in which the first X-ray pattern was recorded at room temperature, the rest after heating with at a rate of 300 ° C / min from room temperature to the temperature at which the decomposition of the MgH 2 phase begins, which was followed by the change in the intensity of the diffraction peak at a diffraction angle of about 27.9 °. was determined from the half-width of the peak at 27.9 °. In the initial samples at room temperature, the particle size of the MgH 2 phase was 10-15 nm; after heating, it increases to 20-23 nm in the sample containing HPM, and to 55-60 nm in the reference sample.
После 10 циклов дегидрирование-гидрирование, проведенных аналогично Примеру 1, размер частиц фазы MgH2 увеличивается до более чем 100 нм и до 60-70 нм, в образцах без и с добавками ГПМ, соответственно.After 10 cycles of dehydrogenation-hydrogenation, carried out similarly to Example 1, the particle size of the MgH 2 phase increases to more than 100 nm and to 60-70 nm, in samples without and with additions of HPM, respectively.
Таким образом, добавки теплопроводящего углеродного материала способствуют сохранению малых размеров частиц металлогидридного материала, что увеличивает скорость взаимодействия его с водородом.Thus, the addition of a heat-conducting carbon material contributes to the preservation of small particle sizes of the metal hydride material, which increases the rate of its interaction with hydrogen.
Использование теплопроводящих углеродных добавок в составе засыпки может быть полезным и в еще одном аспекте. Так, в уже упомянутом патенте на полезную модель RU 167781 U1 было предложено равномерно перемешивать частицы порошка металлогидридного материала с частицами порошка меди, причем таким образом, чтобы каждая частица порошка металлогидридного материала имела, по меньшей мере, один участок поверхности, контактирующий с газообразным водородом, и, по меньшей мере, один участок поверхности, контактирующий с медной частицей. Отсюда видно, что для удовлетворения данного требования дисперсность медного порошка должна быть не меньше, чем дисперсность порошка металлогидридного материала, и в случае высокой дисперсности последнего, удовлетворить данное условие довольно сложно. Введение же добавок углеродных материалов методом, описанным выше, даст возможность удовлетворить вышеупомянутое требование.The use of heat-conducting carbon additives in the composition of the backfill can be useful in another aspect. So, in the already mentioned utility model patent RU 167781 U1, it was proposed to uniformly mix the particles of the powder of the metal hydride material with the particles of the powder of copper, so that each particle of the powder of the metal hydride material had at least one surface area in contact with gaseous hydrogen, and at least one surface area in contact with the copper particle. Hence, it can be seen that to satisfy this requirement, the fineness of the copper powder must be no less than the fineness of the powder of the metal hydride material, and in the case of a high fineness of the latter, it is rather difficult to satisfy this condition. The introduction of the addition of carbon materials by the method described above will make it possible to satisfy the above requirement.
СПИСОК ЦИТИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВLIST OF Cited SOURCES
Dantzer, P., and F. Meunier. 1988. "What Materials to Use in Hydride Chemical Heat Pumps?" Materials Science Forum 31: 1-18. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.31.l.Dantzer, P., and F. Meunier. 1988. "What Materials to Use in Hydride Chemical Heat Pumps?" Materials Science Forum 31: 1-18. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.31.l.
Dantzer, P., and E. Orgaz. 1986. "Thermodynamics of Hydride Chemical Heat Pump-II. How to Select a Pair of Alloys." International Journal of Hydrogen Energy 11 (12): 797-806. https://doi.org/10.1016/0360-3199(86)90176-X.Dantzer, P., and E. Orgaz. 1986. "Thermodynamics of Hydride Chemical Heat Pump-II. How to Select a Pair of Alloys." International Journal of Hydrogen Energy 11 (12): 797-806. https://doi.org/10.1016/0360-3199(86)90176-X.
Gruen, D.M., M.H. Mendelsohn, and I. Sheft. 1978. "Metal Hydrides as Chemical Heat Pumps." Solar Energy 21 (2): 153-56. https://doi.org/10.1016/0038-092X(78)90043-9.Gruen, D.M., M.H. Mendelsohn, and I. Sheft. 1978. "Metal Hydrides as Chemical Heat Pumps." Solar Energy 21 (2): 153-56. https://doi.org/10.1016/0038-092X(78)90043-9.
Lototskyy, M., B. Satya Sekhar, P. Muthukumar, V. Linkov, and B.G. Pollet. 2015. "Niche Applications of Metal Hydrides and Related Thermal Management Issues." Journal of Alloys and Compounds, Supplement Issue: Proceedings from the 14th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems: Fundamentals and Applications, 2014 (MH2014), 645 (October): S117-22. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.12.271.Lototskyy, M., B. Satya Sekhar, P. Muthukumar, V. Linkov, and B.G. Pollet. 2015. "Niche Applications of Metal Hydrides and Related Thermal Management Issues." Journal of Alloys and Compounds, Supplement Issue: Proceedings from the 14th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems: Fundamentals and Applications, 2014 (MH2014), 645 (October): S117-22. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.12.271.
Minko, Konstantin В., Mikhail S. Bocharnikov, Yurii B. Yanenko, Mykhaylo V. Lototskyy, Andrei Kolesnikov, and Boris P. Tarasov. 2018. "Numerical and Experimental Study of Heat-and-Mass Transfer Processes in Two-Stage Metal Hydride Hydrogen Compressor." International Journal of Hydrogen Energy 43 (48): 21874-85. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.211.Minko, Konstantin B., Mikhail S. Bocharnikov, Yurii B. Yanenko, Mykhaylo V. Lototskyy, Andrei Kolesnikov, and Boris P. Tarasov. 2018. "Numerical and Experimental Study of Heat-and-Mass Transfer Processes in Two-Stage Metal Hydride Hydrogen Compressor." International Journal of Hydrogen Energy 43 (48): 21874-85. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.211.
Muthukumar, P., and M. Groll. 2010. "Metal Hydride Based Heating and Cooling Systems: A Review." International Journal of Hydrogen Energy 35 (8): 3817-31. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.01.115.Muthukumar, P., and M. Groll. 2010. "Metal Hydride Based Heating and Cooling Systems: A Review." International Journal of Hydrogen Energy 35 (8): 3817-31. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.01.115.
Muthukumar, P., Alok Kumar, Nithin N. Raju, K. Malleswararao, and Muhammad M. Rahman. 2018. "A Critical Review on Design Aspects and Developmental Status of Metal Hydride Based Thermal Machines." International Journal of Hydrogen Energy 43 (37): 17753-79. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.07.157.Muthukumar, P., Alok Kumar, Nithin N. Raju, K. Malleswararao, and Muhammad M. Rahman. 2018. "A Critical Review on Design Aspects and Developmental Status of Metal Hydride Based Thermal Machines." International Journal of Hydrogen Energy 43 (37): 17753-79. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.07.157.
Muthukumar, P., Manojkumar S. Patil, Nithin N. Raju, and Mohd Imran. 2016. "Parametric Investigations on Compressor-Driven Metal Hydride Based Cooling System." Applied Thermal Engineering, Polygeneration processes, systems, technologies and applications, 97 (March): 87-99. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.10.155.Muthukumar, P., Manojkumar S. Patil, Nithin N. Raju, and Mohd Imran. 2016. "Parametric Investigations on Compressor-Driven Metal Hydride Based Cooling System." Applied Thermal Engineering, Polygeneration processes, systems, technologies and applications, 97 (March): 87-99. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.10.155.
Sandrock, Gary D. 1999. "A Panoramic Overview of Hydrogen Storage Alloys from a Gas Reaction Point of View." Journal of Alloys and Compounds 293-295: 877-88. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00384-9.Sandrock, Gary D. 1999. "A Panoramic Overview of Hydrogen Storage Alloys from a Gas Reaction Point of View." Journal of Alloys and Compounds 293-295: 877-88. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00384-9.
Satya Sekhar, В., M. Lototskyy, A. Kolesnikov, M. L. Moropeng, Boris P. Tarasov, and B. G. Pollet. 2015. "Performance Analysis of Cylindrical Metal Hydride Beds with Various Heat Exchange Options." Journal of Alloys and Compounds, Supplement Issue: Proceedings from the 14th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems: Fundamentals and Applications, 2014 (MH2014), 645, Supplement 1 (October): S89-95. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.12.272.Satya Sekhar, B., M. Lototskyy, A. Kolesnikov, M. L. Moropeng, Boris P. Tarasov, and B. G. Pollet. 2015. "Performance Analysis of Cylindrical Metal Hydride Beds with Various Heat Exchange Options." Journal of Alloys and Compounds, Supplement Issue: Proceedings from the 14th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems: Fundamentals and Applications, 2014 (MH2014), 645, Supplement 1 (October): S89-95. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.12.272.
Sekhar, В., and P. Muthukumar. 2014. "Development of Double-Stage Metal Hydride-Based Hydrogen Compressor for Heat Transformer Application." Journal of Energy Engineering 141 (September): 04014049. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EY.1943-7897.0000246.Sekhar, B., and P. Muthukumar. 2014. "Development of Double-Stage Metal Hydride-Based Hydrogen Compressor for Heat Transformer Application." Journal of Energy Engineering 141 (September): 04014049. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EY.1943-7897.0000246.
Sun, Da-Wen, Manfred Groll, and Ronald Werner. 1992. "Selection of Alloys and Their Influence on the Operational Characteristics of a Two-Stage Metal Hydride Heat Transformer." Heat Recovery Systems and CHP 12 (1): 49-55. https://doi.org/10.1016/0890-4332(92)90006-4.Sun, Da-Wen, Manfred Groll, and Ronald Werner. 1992. "Selection of Alloys and Their Influence on the Operational Characteristics of a Two-Stage Metal Hydride Heat Transformer." Heat Recovery Systems and CHP 12 (1): 49-55. https://doi.org/10.1016/0890-4332(92)90006-4.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141986A RU2729567C1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Method of increasing the efficiency of metal-hydride heat exchangers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141986A RU2729567C1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Method of increasing the efficiency of metal-hydride heat exchangers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2729567C1 true RU2729567C1 (en) | 2020-08-07 |
Family
ID=72085928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019141986A RU2729567C1 (en) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | Method of increasing the efficiency of metal-hydride heat exchangers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2729567C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748480C1 (en) * | 2020-09-24 | 2021-05-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской Академии наук (ФГБУН ИПХФ РАН) | Method for improving the hydrogen sorption characteristics of a powder filling of a metal hydride hydrogen accumulator |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006011620A1 (en) * | 2004-07-26 | 2006-02-02 | Techno Bank Co., Ltd. | Functional article, device for treating functional substance, device for application of functional article, and method for mounting functional article |
| WO2008076076A1 (en) * | 2006-12-20 | 2008-06-26 | Agency For Science, Technology And Research | Process for releasing hydrogen gas |
| WO2009080986A2 (en) * | 2007-12-10 | 2009-07-02 | Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) | Hydrogen storage material made from magnesium hydride |
| CN104654004A (en) * | 2013-11-25 | 2015-05-27 | 北京有色金属研究总院 | Metal nitrogen hydride hydrogen storage tank |
| RU167781U1 (en) * | 2015-11-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | METAL HYDROGEN BATTERY OF HYDROGEN REPEATED ACTION WITH IMPROVED HEAT EXCHANGE |
-
2019
- 2019-12-18 RU RU2019141986A patent/RU2729567C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006011620A1 (en) * | 2004-07-26 | 2006-02-02 | Techno Bank Co., Ltd. | Functional article, device for treating functional substance, device for application of functional article, and method for mounting functional article |
| WO2008076076A1 (en) * | 2006-12-20 | 2008-06-26 | Agency For Science, Technology And Research | Process for releasing hydrogen gas |
| WO2009080986A2 (en) * | 2007-12-10 | 2009-07-02 | Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) | Hydrogen storage material made from magnesium hydride |
| CN104654004A (en) * | 2013-11-25 | 2015-05-27 | 北京有色金属研究总院 | Metal nitrogen hydride hydrogen storage tank |
| RU167781U1 (en) * | 2015-11-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | METAL HYDROGEN BATTERY OF HYDROGEN REPEATED ACTION WITH IMPROVED HEAT EXCHANGE |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748480C1 (en) * | 2020-09-24 | 2021-05-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской Академии наук (ФГБУН ИПХФ РАН) | Method for improving the hydrogen sorption characteristics of a powder filling of a metal hydride hydrogen accumulator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Muthukumar et al. | A critical review on design aspects and developmental status of metal hydride based thermal machines | |
| Bhattacharyya et al. | Solid state storage of hydrogen and its isotopes: an engineering overview | |
| Morioka et al. | Reversible hydrogen decomposition of KAlH4 | |
| Kaplan | Effect of design parameters on enhancement of hydrogen charging in metal hydride reactors | |
| Chaise et al. | Enhancement of hydrogen sorption in magnesium hydride using expanded natural graphite | |
| Murthy et al. | Advanced materials for solid state hydrogen storage:“Thermal engineering issues” | |
| Sánchez et al. | Expanded graphite as heat transfer matrix in metal hydride beds | |
| Sandrock et al. | Engineering considerations in the use of catalyzed sodium alanates for hydrogen storage | |
| Kou et al. | Comparative study of full-scale thin double-layered annulus beds loaded with ZrCo, Zr0. 8Hf0. 2Co and Zr0. 8Ti0. 2Co for recovery and delivery of hydrogen isotopes | |
| Lototskyy et al. | Niche applications of metal hydrides and related thermal management issues | |
| Sakai et al. | Fabrication of heat storage pellets composed of microencapsulated phase change material for high-temperature applications | |
| Meng et al. | Performance simulation and experimental confirmation of a mini-channel metal hydrides reactor | |
| Kumar et al. | Parametric studies on MmNi4. 7Fe0. 3 based reactor with embedded cooling tubes for hydrogen storage and cooling application | |
| US20140238634A1 (en) | Reversible metal hydride thermal energy storage systems, devices, and process for high temperature applications | |
| Briki et al. | Experimental study of the influences substitution from Ni by Co, Al and Mn on the hydrogen storage properties of LaNi3. 6Mn0. 3Al0. 4Co0. 7 alloy | |
| Chen et al. | Metal hydride beds and hydrogen supply tanks as minitype PEMFC hydrogen sources | |
| Urunkar et al. | Enhancement of heat and mass transfer characteristics of metal hydride reactor for hydrogen storage using various nanofluids | |
| Muthukumar et al. | Tests on mechanically alloyed Mg2Ni for hydrogen storage | |
| Andreasen et al. | Hydrogen desorption from a hydride container under different heat exchange conditions | |
| Kumar et al. | Influence of effective thermal conductivity on hydrogen sorption in Mg-LaNi4. 6Al0. 4 composite hydride beds for thermal energy storage | |
| Adams et al. | Hydride-based thermal energy storage | |
| Nyamsi et al. | 200 NL H2 hydrogen storage tank using MgH2–TiH2–C nanocomposite as H storage material | |
| Berdiyeva et al. | Sr (NH3) 8Cl2-Expanded Natural Graphite composite for thermochemical heat storage applications studied by in-situ neutron imaging | |
| RU2729567C1 (en) | Method of increasing the efficiency of metal-hydride heat exchangers | |
| Malleswararao et al. | Experimental studies on LaNi4. 25Al0. 75 alloy for hydrogen and thermal energy storage applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210205 Effective date: 20210205 |