RU87573U1 - Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах - Google Patents

Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах Download PDF

Info

Publication number
RU87573U1
RU87573U1 RU2008145237/22U RU2008145237U RU87573U1 RU 87573 U1 RU87573 U1 RU 87573U1 RU 2008145237/22 U RU2008145237/22 U RU 2008145237/22U RU 2008145237 U RU2008145237 U RU 2008145237U RU 87573 U1 RU87573 U1 RU 87573U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
hydrogen
hydrogen generator
valve
filled
Prior art date
Application number
RU2008145237/22U
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Иосифович Школьников
Игорь Витальевич Янилкин
Борис Михайлович Булычев
Семен Нисонович Клямкин
Олег Владимирович Кравченко
Анастасия Владимировна Пармузина
Михаил Сергеевич Власкин
Original Assignee
Объединенный институт высоких температур Российской Академии Наук (ОИВТ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Объединенный институт высоких температур Российской Академии Наук (ОИВТ РАН) filed Critical Объединенный институт высоких температур Российской Академии Наук (ОИВТ РАН)
Priority to RU2008145237/22U priority Critical patent/RU87573U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU87573U1 publication Critical patent/RU87573U1/ru

Links

Classifications

    • Y02E60/12

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

1. Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах, содержащий средства для получения водорода при химической реакции между твердым и жидким реагентами и подачи водорода на вход топливных элементов, отличающийся тем, что указанные средства включают первую камеру с пористым материалом, насыщенным водой, вторую камеру, заполненную частицами активированного алюминия, третью камеру, заполненную материалом, аккумулирующим водород, и управляемые редукционные клапаны, причем первая камера снабжена средствами для дозированного поступления воды в рабочем режиме во вторую камеру, третья камера снабжена блоком для ее охлаждения при поглощении водорода, между выходом второй и входом третьей камеры установлен первый промежуточный клапан, а на выходе третьей камеры установлен второй выходной клапан, вход которого соединен с выходом первого клапана через третий обходной клапан. ! 2. Генератор водорода по п.1, отличающийся тем, что поверхность частиц активированного алюминия имеет покрытие в виде, по крайней мере, двухкомпонентного эвтектического сплава из группы металлов: галлий, индий, олово, цинк, висмут, а материал, аккумулирующий водород, представляет собой порошок гидридообразующего сплава из группы металлов: лантан, никель, алюминий, кобальт. ! 3. Генератор водорода по п.1, отличающийся тем, что первая, вторая и третья камеры выполнены с возможностью непосредственного размещения в них указанных реагентов и материала, аккумулирующего водород, и/или с возможностью размещения в них сменяемых капсул, заполненных указанными компонентами. ! 4. Генератор водорода по п.1, отличающийся тем, что он

Description

Полезная модель относится к устройствам для получения водорода в результате химической реакции твердого и жидкого реагентов, более конкретно, к конструкции генератора водорода для автономного источника питания на топливных элементах и может найти применение при создании малогабаритных источников питания, предназначенных, в том числе, для автономной зарядки аккумуляторов сотовых телефонов.
Известен генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах, содержащий герметичный корпус, заполненный твердым реагентом в виде гранул активированного алюминия и снабженный средствами для подвода жидкого реагента и вывода газообразного водорода (см. Fuel Cells with Hydrogen Genaration Sistem by the Reaction of Alumihum and Water /AWING/ network, Nikon, Hitachi maxell - прототип).
Особенностью известного генератора водорода для автономного источника питания на топливных элементах является наличие двух емкостей, одна из которых заполнена твердым реагентом в виде частиц активированного алюминия, вторая - водой. Для генератора водорода такого типа используется твердый гидрореагирующий реагент, в данном случае, в виде частиц алюминия, активированных галлием или другими легирующими веществами, образующими на поверхности частиц сравнительно тонкое покрытие для уничтожения оксидной пленки на поверхности основного металла.
К недостаткам известного устройства следует отнести конструктивную сложность средств для осуществления химической реакции между активированным алюминием и водой. Указанные реагенты размещены в независимых емкостях в форме пластиковых бутылей, снабженных трубопроводами, запорно-регулирующей арматурой и другими средствами для подачи дозированных количеств воды в бутыль с частицами активированного алюминия и для отвода выделяющегося водорода. При этом устройство в целом имеет сравнительно большие габариты, ограничивающие его использование в автономных источниках питания на топливных элементах, в том числе, в малогабаритных устройствах для зарядки аккумуляторов сотовых телефонов.
Наиболее близким техническим решением, к предложенному, является генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах, содержащий средства для получения водорода при химической реакции между твердым и жидким реагентами и подачи водорода на вход топливных элементов (см. патент РФ №72360, бюл. №10, 2008 г. - прототип).
Особенностью известного генератора водорода является то, что он имеет герметичный корпус, заполненный твердым реагентом в виде частиц активированного алюминия и снабженный средствами для подвода жидкого реагента и вывода газообразного водорода, причем в полости корпуса в контакте с частицами активированного алюминия размещена герметичная капсула, заполненная водой и снабженная средствами для ее разгерметизации, а поверхность частиц активированного алюминия имеет покрытие, материал которого представляет собой эвтектический сплав из группы металлов: галлий, индий, олово, цинк или висмут.
Недостатком известного генератора водорода является ограничение по его использованию для автономного источника питания маломощных потребителей аппаратуры приема и обработки информации из-за отсутствия интегрированной системы получения, накопления и равномерной подачи необходимых количеств водорода в анодные камеры топливных элементов в течение сравнительно большого промежутка времени, определяемого техническими характеристиками потребителей.
Решаемой задачей полезной модели является создание сравнительно простого и удобного в эксплуатации генератора водорода для автономного источника питания на топливных элементах для питания маломощной (единицы и десятки Вт) аппаратуры приема и обработки информации, в том числе, ноутбуков и сотовых телефонов. Дополнительной, к указанной, является задача оптимизации массовых и габаритных характеристик генератора водорода и автономного источника питания, повышения их эксплуатационных характеристик при работе в автономном режиме.
Указанная задача решается тем, что в генераторе водорода для автономного источника питания на топливных элементах, содержащем средства для получения водорода при химической реакции между твердым и жидким реагентами и подачи водорода на вход топливных элементов, согласно полезной модели, указанные средства включают первую камеру с пористым материалом, насыщенным водой, вторую камеру, заполненную частицами активированного алюминия, третью камеру, заполненную материалом, аккумулирующим водород, и управляемые редукционные клапаны, причем первая камера снабжена средствами для дозированного поступления воды в рабочем режиме во вторую камеру, третья камера снабжена блоком для ее охлаждения при поглощении водорода, между выходом второй и входом третьей камеры установлен первый промежуточный клапан, а на выходе третьей камеры установлен второй выходной клапан, вход которого соединен с выходом первого клапана через третий обходной клапан.
Кроме того, поверхность частиц активированного алюминия может иметь покрытие в виде, по крайней мере, двухкомпонентного эвтектического сплава из группы металлов: галлий, индий, олово, цинк, висмут, а материал, аккумулирующий водород, представляет собой порошок гидридообразующего сплава из группы металлов: лантан, никель, алюминий, кобальт.
Кроме того, первая, вторая и третья камеры могут быть выполнены с возможностью непосредственного размещения в них указанных реагентов и материала, аккумулирующего водород, и/или с возможностью размещения в них сменяемых капсул, заполненных указанными компонентами.
Кроме того, генератор водорода может содержать блок управления, снабженный средствами для регулирования проходного сечения указанных клапанов и режимов работы блока охлаждения третьей камеры.
Такое выполнение генератора водорода позволяет создать сравнительно простое и удобное в эксплуатации устройство для употребление в малогабаритных источниках питания на топливных элементах. Благодаря использованию готового к применению жидкого реагента - воды, находящейся в первой камере, размещенной в контакте с частицами активированного алюминия во второй камере, а также, благодаря наличию буферного накопителя водорода, содержащего порошок гидридообразующего сплава в третьей камере, решается указанная задача, связанная с созданием сравнительно простого, недорогого и компактного генератора водорода для автономного источника питания на топливных элементах.
При этом обеспечивается надежное получение, накопление и равномерная подача водорода в анодные камеры топливных элементов в течение необходимого промежутка времени, определяемого техническими характеристиками потребителей при работе в автономном режиме. Устройство выполнено с возможностью длительное время находиться в режиме простоя, оно снабжено средствами (управляемые редукционные клапаны и блок охлаждения третьей камеры) для обеспечения, в случае необходимости, возможности быстрого запуска и длительной эксплуатации.
В соответствии с предложением материалом для упомянутого покрытия частиц алюминия является двухкомпонентный, трехкомпонентный, четырехкомпонентный или пятикомпонентный эвтектический сплав галлия с указанными металлами. Данные эвтектические галлиевые сплавы прошли экспериментальную проверку в качестве активирующего покрытия алюминия и показали положительные результаты при генерации водорода в предложенном устройстве.
В качестве материала, аккумулирующего водород, в предложенном устройстве используется порошок гидридообразующего сплава из группы металлов: лантан, никель, алюминий, кобальт. Некоторые из указанных сплавов также прошли экспериментальную проверку и показали положительные результаты в процессах накопления и отдачи водорода с необходимыми термодинамическими и кинетическими параметрами для топливных элементов.
На фиг.1 представлена блок-схема генератора водорода для автономного источника питания на топливных элементах.
Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах содержит первую камеру 1 с пористым материалом, насыщенным водой, вторую камеру 2, заполненную частицами активированного алюминия, третью камеру 3, заполненную порошком гидридообразующего сплава, аккумулирующего водород, и управляемые редукционные клапаны 4, 5, 6. Первая камера 1 снабжена средствами в виде решетки 7 с частично проницаемой полимерной пленкой для дозированного поступления воды в рабочем режиме во вторую камеру 2. Третья камера 3 снабжена блоком 8 в виде вентилятора с электроприводом для охлаждения материала, поглощающего водород. Между выходом второй 2 и входом третьей камеры 3 установлен первый промежуточный клапан 4, а на выходе третьей камеры 3 установлен второй выходной клапан 5, вход которого соединен с выходом первого клапана 4 через третий обходной клапан 6.
Поверхность частиц активированного алюминия может иметь покрытие, материал которого представляет собой, по крайней мере, двухкомпонентный эвтектический сплав из группы металлов: галлий, индий, олово, цинк, висмут, а материал, аккумулирующий водород, может представлять собой порошок гидридообразующего сплава из группы металлов: лантан, никель, алюминий, кобальт.
В предложенном устройстве первая, вторая и третья камеры 1, 2, 3 могут быть выполнены с возможностью непосредственного размещения в них указанных реагентов и материала, аккумулирующего водород, и/или с возможностью размещения в них сменяемых капсул, заполненных указанными компонентами (капсулы 1, 2, 3 на фиг.1 показаны тонкими линиями).
Предложенный генератор водорода содержит также блок управления 9, снабженный средствами для регулирования проходного сечения указанных клапанов и режимов работы блока охлаждения 8 третьей камеры 3. При этом выходной клапан 5 соединен с входом рабочей камеры 10 одного или группы топливных элементов. Камеры 1 и 2, как правило, объединены в одном корпусе 11, а блок 8 охлаждения и камера 3 - в другом корпусе 12.
Корпус топливных элементов обозначен поз.13, а вентиляционные каналы в корпусе 12 обозначены поз.14. При этом блок управления 9 имеет четыре управляющих выхода, три из которых соединены с управляющими входами редукционных клапанов 4, 5, 6, а четвертый - с управляющим входом блока 8 охлаждения камеры 3.
В полости корпуса 11 в контакте с частицами активированного алюминия размещена герметичная капсула 1 с водой. Капсула 1 выполнена в виде замкнутого баллона с размещенным внутри пористым или волокнистым наполнителем для более равномерной подачи воды в рабочий объем герметичного корпуса 2. Капсула 1 снабжена средствами (не показаны) для ее разгерметизации и подачи воды через решетку 7 с частично проницаемой полимерной пленкой для ее дозированного поступления во вторую камеру 2 с последующим осуществлением химической реакции между твердым и жидким реагентами.
Устройство выполнено с возможностью замены в корпусе 11 капсулы 2 с частицами активированного алюминия и капсулы 1, заполненной порцией воды, а также с возможностью замены в корпусе 12 капсулы 3 с указанным материалом, аккумулирующим водород. В конкретном случае реализации камера 2 устройства заполнена частицами активированного алюминия с размерами в диапазоне 0,1-0,5 мм. При этом материалом активного покрытия на алюминии является пятикомпонентный галлиевый сплав с индием, цинком, оловом и висмутом при следующем соотношении компонентов, % масс.: индий - 12, олово - 16, цинк - 18, висмут 2,5, остальное - галлий. Для указанного пятикомпонентного эвтектического сплава, образующего покрытие на частицах алюминия, требуется наименьше количество дорогостоящих индия и галлия. Камера 3 устройства заполнена порошком водород аккумулирующего гидридообразующего сплава La Ni 4,42 Al 0,08 Со 0,5. Указанные составы для активирования алюминия и аккумулирования водорода разработаны в МГУ и прошли необходимые испытания в ОИВТ РАН.
Элементная база для блока управления 9, а также комплектующие для топливных элементов 13, камер 1, 2, 3 и управляемых редукционных клапанов 4, 5, 6 являются стандартными для аппаратуры указанного назначения.
Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах работает следующим образом.
Для приготовления алюминиевого картриджа предварительно механически смешивают и растирают частицы алюминия с заранее приготовленным пятикомпонентным галлиевым сплавом с индием, цинком, оловом и висмутом при указанном соотношении компонентов. При этом на поверхности частиц алюминия формируется покрытие эвтектического сплава. Необходимое количество активированного алюминия размещают в капсуле 2, которую устанавливают в полости корпуса 11 рядом с капсулой 1, заполненной водой и влагоудерживающим волокнистым наполнителем. При этом одна из стенок капсулы 1 контактирует с частицами активированного алюминия в капсуле 2 через решетку 7 с частично проницаемой для воды пленкой.
В момент подключения генератора водорода к потребителю обеспечивают разгерметизацию капсулы 1, из которой вода поступает через частично проницаемую пленку и решетку 7 в пространство капсулы 2 между частицами активированного алюминия и вступает с ним в химическую реакцию с выделением водорода, который сначала поступает в полость капсулы 3 буферного накопителя водорода и затем в водородную камеру 10 топливных элементов 13. После того как весь алюминий прореагировал с водой, выделение водорода прекращается. Для последующего включения в работу генератора водорода следует сменить капсулу 2 или вновь заполнить ее частицами активированного алюминия и снабдить корпус 11 новой капсулой 1 с водой.
В течение времени около 20 мин при открытом клапане 4 и закрытых клапанах 5, 6 осуществляется поглощение выделившегося водорода активным материалом указанного гидридообразующего сплава в капсуле 3 буферного накопителя 12. Затем при закрытых клапанах 4, 6 и открытом клапане 5 в течение одной минуты осуществляют подачу водорода в камеру 10 топливных элементов 13 для ее освобождения от воздуха путем продувки выделяющимся водородом. После этого, при закрытых клапанах 4, 6 и открытом клапане 5, осуществляется рабочая подача водорода в топливную камеру 9 с определенным значением расхода, который зависит от свойств используемого гидридообразующего сплава. В некоторых случаях возникает необходимость подачи водорода в анодную камеру 10 топливных элементов 13 напрямую из капсулы 2 через обходной клапан 6 и выходной клапан 5, минуя буферный накопитель 12.
При этом блок управления 9 запрограммирован на своевременное управление указанными клапанами в каждый из подготовительных или рабочих периодов эксплуатации источника питания. Время открытия и закрытия указанных клапанов на различных режимах работы автономного источника питания подобрано экспериментально в зависимости от давления, расхода и влажности поступающего в топливную камеру водорода, а также от выходного тока и напряжения топливных элементов 13.
При выходе топливных элементов 13 на рабочий режим давление водорода в топливной камере 10 должно находиться в диапазоне 0,01 - 0,1 МПа при температуре до 30°С. Давление в капсулах 2, 3 генератора водорода при его функционировании может изменяться в широких пределах, по этой причине генератор водорода должен быть снабжен средствами для сброса избыточного давления (не показаны).
Запас энергоемкости картриджа 2 определяется массой алюминия, при взаимодействии 1 г которого с водой выделяется около 1,2 л водорода. Массовое соотношение вода - алюминий должно быть порядка 5/1 при удельной энергоемкости картриджа около 300 Втч/кг. Буферный накопитель водорода на порошке гидридообразующего сплава предназначен для поглощения в течение указанного времени выделившегося в капсуле 2 водорода с его последующей подачей в течение нескольких часов на топливные элементы потребителя. Таким образом, использование в предложенном генераторе буферного накопителя водорода существенно уменьшает его стоимость, увеличивает надежность и энергоемкость. Необходимый объем активного порошка в буферном накопителе рассчитываются, исходя из массы алюминия в капсуле 2, определяющей потребное количество водорода.
Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах с предложенной интегрированной системой его функционирования разработан в ОИВТ РАН совместно с МГУ для использования в аппаратуре приема и обработки информации и, в частности, в качестве внешнего источника питания сотовых телефонов и ноутбуков различных модификаций. Испытания подтвердили основные тактико-технические данные и эффективность предложенного решения.

Claims (4)

1. Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах, содержащий средства для получения водорода при химической реакции между твердым и жидким реагентами и подачи водорода на вход топливных элементов, отличающийся тем, что указанные средства включают первую камеру с пористым материалом, насыщенным водой, вторую камеру, заполненную частицами активированного алюминия, третью камеру, заполненную материалом, аккумулирующим водород, и управляемые редукционные клапаны, причем первая камера снабжена средствами для дозированного поступления воды в рабочем режиме во вторую камеру, третья камера снабжена блоком для ее охлаждения при поглощении водорода, между выходом второй и входом третьей камеры установлен первый промежуточный клапан, а на выходе третьей камеры установлен второй выходной клапан, вход которого соединен с выходом первого клапана через третий обходной клапан.
2. Генератор водорода по п.1, отличающийся тем, что поверхность частиц активированного алюминия имеет покрытие в виде, по крайней мере, двухкомпонентного эвтектического сплава из группы металлов: галлий, индий, олово, цинк, висмут, а материал, аккумулирующий водород, представляет собой порошок гидридообразующего сплава из группы металлов: лантан, никель, алюминий, кобальт.
3. Генератор водорода по п.1, отличающийся тем, что первая, вторая и третья камеры выполнены с возможностью непосредственного размещения в них указанных реагентов и материала, аккумулирующего водород, и/или с возможностью размещения в них сменяемых капсул, заполненных указанными компонентами.
4. Генератор водорода по п.1, отличающийся тем, что он содержит блок управления, снабженный средствами для регулирования проходного сечения указанных клапанов и режимов работы блока охлаждения третьей камеры.
Figure 00000001
RU2008145237/22U 2008-11-18 2008-11-18 Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах RU87573U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145237/22U RU87573U1 (ru) 2008-11-18 2008-11-18 Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145237/22U RU87573U1 (ru) 2008-11-18 2008-11-18 Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU87573U1 true RU87573U1 (ru) 2009-10-10

Family

ID=41261359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008145237/22U RU87573U1 (ru) 2008-11-18 2008-11-18 Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU87573U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015183120A1 (ru) * 2014-05-26 2015-12-03 Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" Способ беспламенного запуска каталитического устройства

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015183120A1 (ru) * 2014-05-26 2015-12-03 Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" Способ беспламенного запуска каталитического устройства

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5791585B2 (ja) 水素発生燃料電池カートリッジ
US20190341637A1 (en) Portable electricity generation devices and associated systems and methods
US7896934B2 (en) Hydrogen generating fuel cell cartridges
CA2597139C (en) Hydrogen generating fuel cell cartridges
US8522835B2 (en) Hydrogen supplies and related methods
US10179733B2 (en) Metered acid acceleration of hydrogen generation using seawater as a reactant
US20100178573A1 (en) Fuel source for electrochemical cell
JP6036747B2 (ja) ガス貯蔵・供給システム
Davids et al. Development of a portable polymer electrolyte membrane fuel cell system using metal hydride as the hydrogen storage medium
US20100261094A1 (en) Apparatus for containing metal-organic frameworks
RU87573U1 (ru) Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах
US20090017348A1 (en) Techniques for packaging and utilizing solid hydrogen-producing fuel
CN110546425B (zh) 氢气储存装置
CN202260645U (zh) 使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器
JP2017510037A (ja) 燃料電池カートリッジ
CN102324794A (zh) 使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器
CN110573790A (zh) 氢气储存和供应系统
RU87775U1 (ru) Система хранения и выдачи водорода с металлогидридными аккумуляторами водорода
RU72360U1 (ru) Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах
CN219040525U (zh) 基于合金储氢的燃料电池系统氢气在线补给装置
CN110546424B (zh) 包括使压力稳定的吸附材料的氢气利用/产生系统
RU87574U1 (ru) Автономный источник питания на топливных элементах
CN213304188U (zh) 一种利用军用水壶简约改造的氢能电源
JP2007119323A (ja) 水素製造装置
KR20230088999A (ko) 드론 전력용 수소 발생기

Legal Events

Date Code Title Description
NF1K Reinstatement of utility model

Effective date: 20111210

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20121119