UA80328C2

UA80328C2 - Gas adsorptive storage battery

Info

Publication number: UA80328C2
Application number: UAA200509345A
Authority: UA
Inventors: Valerii Yevhenovych Rodionov; Yevhenii Valeriiovych Rodionov
Original assignee: Valerii Yevhenovych Rodionov; Yevhenii Valeriiovych Rodionov
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2007-09-10

Abstract

The invention relates to the fields of technology related to the use of solid adsorptive elements, in particular, to the motorcar construction. A gas adsorptive storage battery contains separate sections with adsorptive material, which are located in the common external housing, and heating elements made from electrical heating material and located inside each section in the adsorptive material. A basaltic fiber activated by carbon-containing material, for example by acetylene soot, is used as adsorbent. Increase of the efficiency of gas use isachieved, and the volume of gas, which can be singly pumped into the container of storage battery, is increased too.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід, що пропонується, відноситься до областей техніки, що пов'язані з використанням твердих 2 адсорбційних матеріалів, зокрема до автомобілебудування.The proposed invention relates to areas of technology related to the use of solid 2 adsorption materials, in particular to the automotive industry.

В теперішній час відома значна кількість різноманітних конструкцій ємностей для зберігання газу метан, який використовується в якості палива для двигунів внутрішнього згоряння. В основному вони уявляють собою товстостінні, масивні газові балони високого тиску (250атм). В патенті 5 Моб6б59 303 описана конструкція ємності для газу, яка має секційну структуру. Крім того, в патентах ОЗ Мо5 647 503 та 5 Мо5462193 розглянуті 70 тонкостінні конструції з різноманітними елементами для зміцнення, наприклад, еластичними нерухомими або елементами, розташованими на поверхні ємності (патент 5 Мо4050605). Розроблений та створений паливний бак з безліччю трубок, які розташовані по всій нижній та бокових поверхнях багажного відділення автомобіля (патент ОБ Мо5310080).At present, a significant number of various designs of containers for storing methane gas, which is used as a fuel for internal combustion engines, are known. Basically, they are thick-walled, massive gas cylinders of high pressure (250 atm). Patent 5 Mob6b59 303 describes the design of a gas container that has a sectional structure. In addition, 70 thin-walled structures with various elements for strengthening, for example, elastic fixed or elements located on the surface of the container (patent 5 Mo4050605). A fuel tank with many tubes, which are located on the entire bottom and side surfaces of the luggage compartment of the car (patent OB Mo5310080), was developed and created.

Усі описані вище технічні пропозиції спрямовані на рішення двох основних завдань: 19 зменшення маси паливного бака з забезпеченням його достатньої надійності та ємності; заміна традиційних товстостінних та важких газових балонів, які не уписуються в конструкцію автомобілів, особливо легкових.All the technical proposals described above are aimed at solving two main tasks: 19 reducing the mass of the fuel tank while ensuring its sufficient reliability and capacity; replacement of traditional thick-walled and heavy gas cylinders that do not fit into the design of cars, especially passenger cars.

Але всі вищезгадані технічні рішення для накопичення достатньої кількості газового палива (метан) припускають заправку газом при високому (250 атм) тиску. Враховуючи, що заповнення балона газом можливе лише на (60 - 70)95 від об'єма самої паливної ємності (визначим це як коефіцієнт заповнення К - 0,8 1/атм), об'єм газу, який можливо закачати в паливну ємність, буде приблизно дорівнювати :But all the aforementioned technical solutions for accumulating a sufficient amount of gaseous fuel (methane) assume refueling with gas at a high (250 atm) pressure. Considering that filling the cylinder with gas is possible only by (60 - 70)95 of the volume of the fuel tank itself (we define it as the filling factor K - 0.8 1/atm), the volume of gas that can be pumped into the fuel tank, will be approximately equal to:

Мгаза - Мбалона.К.250атм -200 Мбалона.Mghaza - Mbalona.K.250 atm -200 Mbalona.

Тобто при стандартному " об'ємі балона (40 - бО)літрів в нього можна закачати З (8000 - 12000) літрів газу і це забезпечить рух, наприклад легкового автомобіля, на відстань не більш, як (300 - З50)км. сThat is, with the standard volume of the cylinder (40 - bO) liters, you can pump 3 (8000 - 12000) liters of gas into it and this will ensure the movement of, for example, a passenger car, for a distance of no more than (300 - 350) km. s

Але, не дивлячись на певні переваги використання газу метан, а саме висока екологічність та низька Ге) вартість палива, маються і суттєві недоліки. До недоліків можна віднести: верогідність вибухобезпеки у зв'язку з тим, що газ знаходиться під високим тиском і любий його витік або іскра може призвести до вибуху; значна вага газових ємностей і, відповідно, їх висока коштовність; со необхідність створення великої мережі газових заправок у зв'язку з тим, що автомобілі змушені часто Ге заправлятися газом. Це тягне за собою не тільки витрати на будування мережі заправок, а також витрати на мережу магістральних газових трубопроводів. оBut, despite certain advantages of using methane gas, namely high environmental friendliness and low fuel cost, there are also significant disadvantages. Disadvantages include: the possibility of an explosion hazard due to the fact that the gas is under high pressure and any leakage or spark can lead to an explosion; significant weight of gas containers and, accordingly, their high value; with the need to create a large network of gas filling stations due to the fact that cars are often forced to refuel with gas. This entails not only costs for the construction of a gas station network, but also costs for a network of main gas pipelines. at

В останній час ведуться роботи по створенню паливних ємностей, заповнених адсорбентом. Відомо, що ав) активоване деревне вугілля адсорбує об'єм газу, який перевищує об'єм самого адсорбенту в 25 разів. При цьомуRecently, work is underway to create fuel tanks filled with adsorbent. It is known that av) activated charcoal adsorbs a volume of gas that exceeds the volume of the adsorbent itself by 25 times. With

Зо незаповненим залишається до 4095 загального об'єму адсорбента. Таким чином, якщо паливну ємність со заповнити адсорбентом, наприклад вугіллям, то об'єм газу в ємності буде дорівнювати при тиску 250 атм « с » - 80 Мбалона 7 25: Убадона 7 103: Мбалона - де Мбалона - Уадсорбента (ее) о К - 0,8 - коефіцієнт заповнення паливної ємності газом, який пов'язаний з температурою нагрівання газа при його закачуванні в балон під тиском. (65) Таким чином, розрахунок показує, що застосування паливних ємностей з газом при високому тиску та використання адсорбенту з деревного вугілля не призводить до позитивного результату. іме)Up to 4095 of the total volume of the adsorbent remains unfilled. Thus, if the fuel tank is filled with an adsorbent, for example coal, then the volume of gas in the tank will be equal at a pressure of 250 atm "s" - 80 Mbalona 7 25: Ubadona 7 103: Mbalona - de Mbalona - Uadsorbent (ee) o K - 0.8 - the filling factor of the fuel tank with gas, which is related to the heating temperature of the gas when it is pumped into the cylinder under pressure. (65) Thus, the calculation shows that the use of fuel tanks with gas at high pressure and the use of charcoal adsorbent does not lead to a positive result. name)

В патентах ОББбО19823 та 05БбБб6Б6БО063 в паливних ємностях використовувались адсорбенти, причому в 42) другому випадку на активованому вугільному порошку був одержаний коефіцієнт адсорбції, рівний 50 (коефіцієнт адсорбції це є відношення адсорбованого газу до об'єму адсорбента).In patents ОББбО19823 and 05БбБб6Б6БО063, adsorbents were used in fuel containers, and in 42) the second case, an adsorption coefficient equal to 50 was obtained on activated carbon powder (adsorption coefficient is the ratio of adsorbed gas to the volume of the adsorbent).

З приватних відомостей на рекламних сайтах фірми "Апозіоге", а також з публікацій Міжнародної конференції по адсорбції, яка відбувалась у Мінську у 2000 році, відоме технічне рішення, описане в статті "А пем/ теїйой о ої тейапе зіогаде апа (гапзрогіайоп " авторів Л.Л. Васильєв та інші.From private information on the advertising sites of the company "Apozioge", as well as from the publications of the International Conference on Adsorption, which took place in Minsk in 2000, the technical solution described in the article "A pem/ teiioi o oi teiape ziogade apa (gapzrogiaiop" by the authors of L. .L. Vasiliev and others.

Конструкція такого технічного рішення представлена на Фіг.1,2 і призначена для акумулювання газу метан їмо) під тиском 250атм. На Фіг.1 в перерізі видно конструкцію акумулятора газу, що складається з багатьох секцій, що мають товстостінну структуру (1а), в яких розміщені спресовані адсорбційні елементи (3) з вугілля 60 кокосових волокон, які в свою чергу розміщені в легкі сітчасті корпуси (2).The design of such a technical solution is presented in Fig. 1, 2 and is intended for the accumulation of methane gas under a pressure of 250 atm. Figure 1 shows a cross-section of the construction of a gas accumulator consisting of many sections with a thick-walled structure (1a), in which pressed adsorption elements (3) made of coal 60 coconut fibers are placed, which in turn are placed in light mesh cases ( 2).

На Фіг.2 представлена таж сама конструкція, але ускладнена додатковим загальним корпусом (15) з проміжком (4) між корпусами та елементами підігріву у вигляді теплових труб (5), які забезпечують регулюєму та достатньо повну (до 10 Мбалона) реадсорбцію.Figure 2 shows the same design, but it is complicated by an additional general housing (15) with a gap (4) between the housings and heating elements in the form of heat pipes (5), which provide adjustable and sufficiently complete (up to 10 Mbalon) readsorption.

Дана конструкція за рахунок достатньо товстих і секціонованих корпусів надійна, а також передбачає б5 можливість регулювання реадсорбції. В якості адсорбційного матеріалу використовується суміш активованого деревного вугілля з кокосових волокон у вигляді гранул з заповненням простору між гранулами (0 - 1-3мм )Due to sufficiently thick and sectioned housings, this design is reliable, and also provides for the possibility of adjusting readsorption. As an adsorption material, a mixture of activated charcoal from coconut fibers is used in the form of granules with filling of the space between the granules (0 - 1-3 mm).

більш тонким вугільним порошком (2) - 100 - ЗООмкм).finer carbon powder (2) - 100 - ZOOμm).

Така конструкція дозволяє при об'ємі паливної ємності, наприклад 100л, розмістити в ній 100дм З адсорбційного матеріалу. При цьому за рахунок великих пор близько 3095 (або-ЗОл) адсорбційного матеріалу залишається не зайнятим адсорбентом. Це дозволяє при закачуванні газу під тиском від 40 до 200атм одержувати об'єми газу, які закачуються в ємність, згідно наступних розрахунків.Such a design allows for the volume of the fuel tank, for example 100 l, to place 100 dm of adsorption material in it. At the same time, due to the large pores, about 3095 (or ZOl) of the adsorption material remains unoccupied by the adsorbent. This makes it possible to obtain volumes of gas that are pumped into the tank, according to the following calculations, when pumping gas under a pressure of 40 to 200 atm.

При К 21,0 70 М адсорб У балона .At K 21.0 70 M adsorb U cylinder.

Р -- 4д0атм Угаза" балона 30: 40йатм , К щі ЗОМ адсорб" - 162 Мбалона: - 2350Убалона: с оR -- 4d0atm Ugas" cylinder 30: 40atm, K schi ZOM adsorb" - 162 M cylinder: - 2350 U cylinder: s o

Ре 250атм Мгаза" Убалона/ 3099 -250атм. К 275М адсорб - т 350У балона - со счRe 250atm Mgas" Ubalon/ 3099 -250atm. K 275M adsorb - t 350U of the cylinder - so sch

Такі результати досить прогресивні, тому що при високому тиску (100 - 250)атм сумірні і навіть декілька «З перевищують об'єм газу, який закачується у порожню паливну ємність, а при тиску десь 40атм перевищують об'єм газу, який закачується, в декілька разів. оSuch results are quite progressive, because at high pressure (100 - 250) atm, they are comparable and even several "Z" exceed the volume of gas pumped into an empty fuel tank, and at a pressure of about 40 atm they exceed the volume of gas pumped into several times. at

Але навіть таке рішення має свої недоліки. со 1. Необхідність заправки паливних ємностей газом під високим тиском (250атм), що потребує спеціальних автозаправних станцій. 2. Необхідність використання товстостінних і, відповідно, важких балонів. 3. Висока вибухонебезпека. « 4. Завдяки недосконалості системи реадсорбції не менш як десять об'ємів адсорбованого газу не шщ с видобувається з балона, що зменшує його корисну ємність. й 5. Ускладнення конструкції балона за рахунок введення теплових труб та системи їх підігріву. «» В основу винаходу поставлено завдання створення газового адсорбційного акумулятора, в якому завдяки використанню сучасного адсорбційного матеріалу та автоматизації керування параметрів акумулятора, забезпечується оптимальна робота автомобільного двигуна, тобто підвищується ефективність використанняBut even such a solution has its drawbacks. so 1. The need to refuel fuel tanks with gas under high pressure (250 atm), which requires special gas stations. 2. The need to use thick-walled and, accordingly, heavy cylinders. 3. High explosion hazard. 4. Due to the imperfection of the readsorption system, at least ten volumes of adsorbed gas are extracted from the cylinder, which reduces its useful capacity. and 5. Complicating the design of the balloon due to the introduction of heat pipes and their heating system. "" The invention is based on the task of creating a gas adsorption battery, in which, thanks to the use of modern adsorption material and automation of battery parameter control, optimal operation of the car engine is ensured, i.e., the efficiency of use increases

Го) газу, а також збільшується об'єм газу, який можливо разово закачати в ємність акумулятора, і за рахунок всього цього збільшується відстань, що пройде автомобіль на його одноразовій заправці газом. ші Поставлене завдання вирішується тим, що в газовому адсорбційному акумуляторі, який містить окремі секції г) з адсорбційним елементом, що розміщені в загальному зовнішньому корпусі, та нагрівальні елементи, згідно 5р Винаходу в якості адсорбента використовується базальтове волокно, активоване матеріалом, що містить о вуглець, а нагрівальні елементи виконані з електронагрівального матеріалу і розміщені в кожному адсорбційному со елементі, причому керування їх нагрівом виконується за допомогою регулятора напруги, пов'язаного з датчиком тиску газа в акумуляторі.Go) of gas, as well as the volume of gas that can be pumped into the battery capacity at one time increases, and due to all this, the distance traveled by the car on its one-time filling with gas increases. The task is solved by the fact that in the gas adsorption accumulator, which contains separate sections d) with an adsorption element placed in a common outer case, and heating elements, according to 5p of the invention, a basalt fiber activated by a material containing carbon is used as an adsorbent , and the heating elements are made of electronic heating material and are placed in each adsorption element, and their heating is controlled by a voltage regulator connected to the gas pressure sensor in the accumulator.

В технічному рішенні, що пропонується, для зберігання високої надійності корпуса акумулятораIn the proposed technical solution for storage of high reliability of the battery case

Використовується конструкція корпуса, яка описана в прототипі. Але, розміщуючи в секціях акумулятора адсорбційні елементи, передбачається відмова від рідко розташованих теплових труб. В даному випадку іФ) використовується матеріал, який електрично нагрівається, знаходиться усередині кожного адсорбційного ко елемента, пов'язаний з загальним живленням та з датчиком надмірного тиску в ємності газу і використовується для регулювання температури, яка у будь-якому випадку не перевищує (60-70) С. Таким чином, при зниженні бо надмірного тиску газу до установленої критичної позначки, наприклад 1батм або 5атм (це значення вибирають з вимог роботи двигуна), подасться відповідна потужність, адсорбційний елемент нагрівається і стимулює реадсорбцію та підвищення надмірного тиску газу. При досягненні максимально допустимої температури нагріву, яка обирається із міркувань безпеки, подається перший сигнал про необхідність дозаправки, а також зниження тиску до позначки, що установлена як критична. Далі пристрій 65 передає другий сигнал про необхідність термінової заправки. При цьому, коли надходить перший сигнал, в акумуляторі зберігається запас газу, достатній для проходження автомобілем (50 - 70)км, а при надходженні другого сигналу -(20 - ЗО)Км.The body design described in the prototype is used. But by placing adsorption elements in the sections of the battery, it is assumed that rarely located heat pipes will be abandoned. In this case iF) a material is used that is electrically heated, is inside each adsorption co-element, is connected to the general supply and to the sensor of excessive pressure in the gas container and is used to regulate the temperature, which in any case does not exceed (60- 70) C. Thus, when the excess gas pressure is reduced to a set critical level, for example 1batm or 5atm (this value is chosen based on the requirements of the engine), the appropriate power will be supplied, the adsorption element heats up and stimulates readsorption and an increase in excess gas pressure. When the maximum permissible heating temperature is reached, which is chosen for safety reasons, the first signal is given about the need for refueling, as well as a decrease in pressure to a mark set as critical. Next, the device 65 transmits a second signal about the need for urgent refueling. At the same time, when the first signal arrives, the battery stores enough gas for driving (50 - 70) km, and when the second signal arrives - (20 - 30) km.

Використання в якості матеріалу адсорбційного елемента базальтових волокон діаметром «2мкм, активованих по поверхні вуглецем, наприклад ацетиленовою сажею. дозволяє при тиску заправки не більш як 4батм одержати наступні параметри:The use of basalt fibers with a diameter of 2 μm, activated on the surface with carbon, for example, acetylene carbon black, as the material of the adsorption element. allows you to obtain the following parameters at a refueling pressure of no more than 4 barm:

При К «1,0 - МAt K "1.0 - M

Мадсорб балона п - - , . плАШИ . - - 410 Мбалона» де 4ЗОдтм' Убалона с 3095: К - складова від величини надмірного тиску у вільному об'ємі газу; 400: Мадсорб- адсорбційна складова.Madsorb cylinder n - - , . PRAY - - 410 Mbalona" where 4ZOdtm' Ubalona s 3095: K - component of the amount of excessive pressure in the free volume of gas; 400: Madsorb - adsorption component.

З приведених результатів випливає, що при однаковому об'ємі ємності газового акумулятора при наявності адсорбента можливо закачати газу при тиску 40атм більше, ніж при тиску 250атм в прототипі.From the given results, it follows that with the same volume of gas battery capacity, in the presence of an adsorbent, it is possible to inject more gas at a pressure of 40 atm than at a pressure of 250 atm in the prototype.

Таким чином, при тиску 40атм об'єм газу в акумуляторі з використанням адсорбента на 1595 більше, ніж без адсорбента при тиску 250атм. с оThus, at a pressure of 40 atm, the volume of gas in the accumulator with the use of an adsorbent is 1595 more than without an adsorbent at a pressure of 250 atm. with o

Claims

The formula of the invention Gas adsorption battery, which contains separate sections with adsorption material, placed in a common external housing, and heating elements, which is characterized by the fact that basalt fiber, activated on the surface with a carbon-containing material, such as acetylene /- :SM is soot, and the heating elements are made of electronic heating material, placed inside each section in co-adsorption material and connected to the general power supply, and to control their heating, a voltage regulator connected to the gas pressure sensor in the battery is introduced into the battery. o d) -

with . and? (ee) («c) (95) with 50 IR e) F) ime) 60 b5