Металлогидридный патрон с фильтрующим элементом

Полезная модель относится к области энергетики, а точнее к устройствам для аккумулирования водорода в твердофазном связанном состоянии. Предлагается устройство хранения водорода в виде металлогидридного патрона с фильтрующим элементом, отличающегося тем, что в отверстие в герметичном корпусе металлогидридного патрона, заполненного порошкообразным водородопоглощающим материалом, предназначенное для подачи водорода, устанавливается водородный штуцер, внутри которого фиксируется с помощью разъемного соединения легкоизвлекаемый разгруженный от давления фильтрующий элемент, проницаемый для водорода и непроницаемый для частиц водородопоглощающего материала. Технический результат: предлагаемый металлогидридный патрон с фильтрующим элементом позволяет производить техническое обслуживание и при необходимости производить замену водородопоглощающего сплава внутри металлогидридного патрона, и таким образом повысить эффективность работы, безопасность и технологичность конструкции устройств. (ил. 1).

Область техники, к которой относится полезная модель

Предлагаемая полезная модель относится к области энергетики, а точнее к устройствам для аккумулирования водорода в твердофазном связанном состоянии и может быть использована для хранения водорода в различных областях народного хозяйства.

Уровень техники

Металлогидридные контейнеры для хранения водорода обычно представляют собой канистру, заполненную порошкообразным водородопоглощающим сплавом, образующим в реакции абсорбции обратимый гидрид металла, с введенными в нее трубками, являющимися каналами для течения теплоносителя. Недостатком подобного решения является сложность конструкции, нерешенный вопрос с введением трубок с теплоносителем в герметизируемый заполненный водородом объем и увеличение массогабаритных характеристик устройств (патент США 7241331, класс МПК B01D 53/02, аналог).

Наиболее близким к предложенной полезной модели является техническое решение, представляющее металлогидридный патрон для хранения водорода, содержащий прочный герметичный корпус с отверстием для подачи водорода, заполненный водородопоглощающим материалом, внутри которого расположены одна или более трубок для подачи теплоносителя, отличающийся тем, что патрон выполнен в виде размещенных внутри корпуса трубок, образующих между собой и корпусом герметично закрытый зазор, заполненный водородопоглощающим материалом, и эти внутренние трубки герметично закрыты с торца, расположенного внутри корпуса, а в корпусе для подачи водорода выполнено отверстие, в котором установлен пористый фильтр, проницаемый для водорода и непроницаемый для частиц водородопоглощающего материала, при этом в полости внутренних трубок установлены трубки для подачи теплоносителя (патент РФ на полезную модель 80702, класс МПК F28D 15/00, F17C 1/00, прототип).

Раскрытие полезной модели

Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу заклинивания пористого фильтра, проницаемого для водорода и непроницаемого для частиц водородопоглощающего материала, устанавливаемого в отверстие, выполненное в корпусе металлогидридного патрона, возникающего при необходимости извлечения водородопоглощающего сплава из металлогидридного патрона.

Поставленная техническая задача решается тем, что в отверстие в герметичном корпусе металлогидридного патрона, заполненного порошкообразным водородопоглощающим материалом, предназначенное для подачи водорода, устанавливается водородный штуцер, внутри которого фиксируется с помощью разъемного соединения легкоизвлекаемый разгруженный от давления фильтрующий элемент, проницаемый для водорода и непроницаемый для частиц водородопоглощающего материала.

Технический результат: предлагаемый металлогидридный патрон с фильтрующим элементом позволяет производить техническое обслуживание и при необходимости производить замену водородопоглощающего сплава внутри металлогидридного патрона, и таким образом повысить эффективность работы, безопасность и технологичность конструкции устройств.

Перспективными материалами для хранения и очистки водорода являются обратимые гидриды интерметаллических соединений (металлогидриды), которые можно представить общей формулой A_mB_mH _x, где А - металл, образующий стабильный бинарный гидрид, а металл В в обычных условиях с водородом не взаимодействует (обычно переходный металл, например, Fe, Со, Ni, V, n, Cr и т.д.). Наибольшее практическое значение представляют гидриды типов АВ₅ (А - редкоземельные металлы, Са), АВ₂ и АВ (А - элементы подгруппы титана), А₂ В (А - обычно Mg). Среди преимуществ хранения водорода в гидридах металлов можно назвать высокую безопасность, поскольку водород хранится в твердофазном связанном состоянии, высокую объемную плотность хранения (выше, чем у жидкого водорода), возможность подбора равновесных температур и давлений реакции поглощения/выделения водорода в широком диапазоне.

Водород поглощается интерметаллическими соединениями с отводом тепла и выделяется при нагреве. Давление в системах хранения водорода может изменяться от долей атмосферы до величины порядка 10 атм при изменении температур от 20°C до 8090°C.

В активированном состоянии водородопоглощающие материалы представляют собой мелкодисперсные порошки с размером частиц порядка 1-10 мкм. Частицы могут уноситься потоком газа из металлогидридных контейнеров, приводя к разрушению трубопроводной арматуры, приборов и устройств. Для защиты от уноса частиц устанавливают фильтры, закрывающие отверстия, предназначенные для подачи водорода.

Краткое описание чертежей

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, показанном на фиг. 1. Металлогидридный патрон состоит из прочного герметичного корпуса 1 и размещенных внутри корпуса 1 трубок 2, образующих между собой и корпусом зазор, закрытый водородным штуцером 3, водным штуцером 4 и заглушкой 5, заполненный водородопоглощающим материалом 6, помещаемый внутрь корпуса 1 через отверстие в водородном штуцере 3, чтобы предотвратить унос частиц водородопоглощающего материала внутри водородного штуцера 3 установлен с помощью разъемного соединения легкоизвлекаемый фильтрующий элемент 7, содержащий пористый фильтр 8, проницаемый для водорода и непроницаемый для частиц водородопоглощающего материала.

Осуществление полезной модели

Работа металлогидридного патрона с фильтрующим элементом осуществляется следующим образом. Водородный штуцер 3, установленный в корпусе 1, соединяется с водородным коллектором системы хранения водорода, трубки 2 соединяются с коллекторами впуска и выпуска теплоносителя. Для загрузки водородопоглощающего материала 6 фильтрующий элемент 7 разъединяется с водородным штуцером 3, при этом предотвращается заклинивание фильтра 8, установленного внутри фильтрующего элемента 7. После загрузки водородопоглощающего материала 6 фильтрующей элемент устанавливается внутрь водородного штуцера 3. Для зарядки патрона водородом в него через штуцер 3 подают водород под давлением, превосходящим давление насыщения при заданной температуре хранения водорода, при этом фильтрующий элемент 7 оказывается разгруженным от давления, и внутри трубок 2 и по внешней поверхности корпуса 1 организуется протекание холодного теплоносителя с целью охлаждения патрона до заданной температуры хранения водорода. Разрядка патрона осуществляется путем организации внутри трубок 2 и по внешней поверхности корпуса 1 течения горячего теплоносителя с температурой, соответствующей необходимому равновесному давлению водорода над сплавом, при этом выделяющийся водород подается через водородный штуцер 3 в водородный коллектор системы хранения водорода. Таким образом, согласно предлагаемой полезной модели наличие легкоизвлекаемого фильтрующего элемента позволяет облегчить доступ внутрь герметичного корпуса металлогидридного патрона.

Преимуществом указанной конструкции металлогидридного патрона является интенсификация теплопереноса в засыпке водородопоглощающего материала, охлаждаемой/нагреваемой с внешней и внутренней стороны, простота изготовления патронов, собираемых из стандартной труб требуемого диаметра, простота загрузки водородопоглощающего материала и технического обслуживания. Из металлогидридных патроны описанной конструкции легко создавать реакторы хранения водорода различной емкости, собирая патроны в кожухотрубный теплообменник нужной конфигурации.

Примером осуществления полезной модели является металлогидридный накопитель РХ-1, его чертеж показан на фиг. 2. Металлогидридный накопитель представляет собой сборку 49 металлогидридных патронов с фильтрующими элементами 1, выполненными согласно полезной модели, металлогидридные патроны подсоединены к общей полости водородного коллектора закрытого крышкой полости 2, водяные штуцеры металлогидридных патронов подсоединены к жидкостному теплообменнику 3. К накладкам 4 присоединены лапы 5 с помощью, шайб 6 и гаек 7 для размещения металлогидридного накопителя на горизонтальной поверхности. Жидкий теплоноситель подается в теплообменник 3 через угольник 8 и оливки 9. Для транспортировки металлогидридного накопителя установлены ушки 10 и 11. Внешняя поверхность металлогидридных патронов охлаждается воздухом, текущим внутри герметизированного герметиком 12 кожуха 13, закрепляемого с помощью винтов 14 и гаек 15. Водородопоглощающий материал 16 помещается внутрь металлогидридных патронов через штуцеры 17, внутрь штуцеров вворачиваются фильтрующие элементы 18 с пористыми фильтрами 19, штуцеры герметизируются с помощью прокладок 20 и заглушек 21. В металлогидридный накопитель РХ-1 возможно загрузить до 100 кг водородопоглощающего материала типа АВ₅, что позволяет хранить свыше 12 нормальных кубометров водорода при давлении близком к атмосферному. Общий вес снаряженного металлогидридного накопителя составляет свыше 250 кг.

До использования в конструкции металлогидридного накопителя РХ-1 металлогидридных патронов с фильтрующими элементами, выполненных согласно полезной модели, было необходимо в каждый из 49 металлогидридных патронов вручную установить пористый фильтр, установить прокладку и затянуть гайкой. Указанная технологическая операция сопровождалась частыми заклиниваниями фильтров внутри отверстий в корпусе металлогидридного патрона, что приводило к их разрушению при извлечении. Использование фильтрующих элементов согласно полезной модели позволило снизить трудоемкость техническое обслуживание металлогидридного накопителя и существенно уменьшить расход расходных материалов.

Металлогидридный патрон с фильтрующим элементом, отличающийся тем, что в отверстие в герметичном корпусе металлогидридного патрона, заполненного порошкообразным водородопоглощающим материалом, предназначенное для подачи водорода, устанавливается водородный штуцер, внутри которого фиксируется с помощью разъемного соединения легкоизвлекаемый разгруженный от давления фильтрующий элемент, проницаемый для водорода и непроницаемый для частиц водородопоглощающего материала.