RU87573U1 - Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах - Google Patents
Генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах Download PDFInfo
- 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
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.
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)
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 |
-
2008
- 2008-11-18 RU RU2008145237/22U patent/RU87573U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
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 |