Erfindung
Russische Föderation Patent RU2232710
Wasserstoff-Generator
Name des Erfinders: Cheliabinsk VF (RU); Deaf IN (RU); Scherbakov AN (RU)
Der Name des Patentinhabers: Open Joint Stock Company "Rocket und Space Corporation" Energia (RU) "SP Korolev."
Korrespondenzanschrift: 141070, Region Moskau, Korolev, st .. Lenin, 4a, OAO RSC "Energia". SP Queen "gewerbliches Eigentum und Innovation Department, A.G.Sakoyanu
Startdatum des Patents: 2003.04.14
Die Erfindung betrifft Kraftanlagen und kann verwendet werden, um Wasserstoff in den stationären Einbau oder den Transport zu erzeugen. Der Wasserstoffgenerator, laufen durch die Hydrolyse des festen Reaktanden - Aluminium, hat eine Reaktionsgefäß Zuführrohr wässrige Natriumhydroxidlösung, Wasserstoff Abgabeleitung. Der Wasserstoffgenerator weist einen Behälter mit einem festen Reagenz - Aluminium - Aluminium-Wärmetauscher zur Entfernung von Reaktionswärme, aus Metall beständig gegen die Einwirkung einer wässrigen Natriumhydroxid-Lösung innerhalb des Reaktionsgefäßes mit einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid und mit einem direkten thermischen Kontakt mit dem festen Reaktanden gefüllt war. Damit das Metall, aus dem der Wärmetauscher eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die festen Reaktanden - Aluminium. Die Erfindung ermöglicht es, den Prozess der Wasserstofferzeugung zu verstärken.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Kraftanlagen, und kann verwendet werden , um Wasserstoff in stationären Anlagen und den Transport zu erzeugen.
Der Generator ist ein chemischer Reaktor, der Wasserstoff durch Hydrolyse erzeugt, d.h. Zersetzung von Wasser. Zu diesem Zweck ist der feste Reaktant, das heißt Hydrolysereaktion ist heterogen in der Natur - ist auf der Oberfläche eines Feststoffs. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff so dann als Brennstoff für Kraftwerke (EI) der Brennstoffzelle (FC) verwendet, erhalten wird. Zusätzlich kann Wasserstoff verwendet werden, selbstverständlich in anderen Bereichen, beispielsweise in Metallschneiden, Schweißen usw.
Zuvor wurde die letztere verwendet hauptsächlich Acetylen, die in Generatoren synthetisiert wurde, mit einer ähnlichen Struktur [1]. So sowohl heterogene als Reaktion Hydrolyse verwendet wird, und als festen Reaktanden diente Calciumcarbid. Diese technische Lösung wird als gleichwertig gemacht. Nachteile sind die folgenden:
- Synthetisierter Acetylen ist nicht geeignet für kislorodovodorodnyh TE und bedarf weiterer Zersetzung Wasserstoff zu erzeugen; Dies erschwert erheblich die Konstruktion von Kraftwerken und verringert seine Effizienz; das geringe Gewicht der Wasserstoffgehalt solcher Oszillatoren macht sie für den Transport ungeeignet;
- Unlöslicher Rückstand (Kalk) durch die Acetylen-Generatoren gebildet wird, die die Ansammlung von Zeitlimits, nicht kontinuierlichen Betrieb des Generators, es verschlechtert sich seine Abmessungen und Gewichtseigenschaften; Entfernung von Schlamm aus dem Reaktor erfordert zusätzliche Energiekosten, erschwert den Bau von Kraftwerken, reduziert seine Effizienz;
- Feste Reagens (Calciumcarbid) ist ein Material, Langzeitlagerung, die ziemlich schwierig und unsicher ist, weil es sehr hygroskopisch ist, und bei der Absorption von Feuchtigkeit aus der Luft abgibt Acetylen.
Näher ist im Wesentlichen ein Wasserstoff - Generator für Kraftwerke auf Basis von Brennstoffzellen-Kraft auf Tauch verwendet [2]. Der Reaktor und die Hydrolysereaktion verwendet als festen Reaktanden Metallhydride verwendet werden (das heißt Metallverbindungen mit Wasserstoff). Der Generator enthält einen Reaktionsbehälter, in die die "Kamera", mit einem Metallhydrid, einem Wärmetauscher zur Abführung der Reaktionswärme, Wasser-Mischvorrichtung in das Reaktionsgefäß (innerhalb des letzteren angeordnet) zu entfernen und eine Leitung für Wasser aus dem Reaktor und Wasserstoffentfernung Reaktor zuzuführen. Zur gleichen Zeit , um die Abmessungen und Gewichtseigenschaften von PP zu verbessern Licht Metallhydride verwendet, die recht teuer sind (LiH, BeH 2 , ...). Dies erhöht deutlich die Kosten zur Herstellung von Wasserstoff und ist ein wesentlicher Nachteil des Generators [2] für den Prototyp in diesem Fall angenommen.
Darüber hinaus sollten die Nachteile des Prototyps Folgendes umfassen:
- Wird für die Hydrolyse von festen Reagens ist eine erhebliche Gefahr des Feuers Sicht, denn die Metallhydride zur spontanen Zersetzung unter Bildung von Wasserstoff anfällig sind und hygroskopisch, die unter Entwicklung von Wasserstoff zu deren Abbau führt;
- Metallhydride sind teuer und Erholung durch die Hydrolyse von Metallhydrat erhalten ist technisch aufwendig und energieintensiv;
- Ein Konstruktionsfehler ist der Generator und seiner Trägheit, seine Verwendung in der Transport EI zu komplizieren.
Dies wird durch die Tatsache verursacht, dass die für den Betrieb des Generators für die stationäre Temperatur ist erforderlich, eine bestimmte feste und flüssige Reagenzien zu halten. Wenn eine Menge von ihnen, die Aufrechterhaltung Temperaturgenerator technisch aufwendig und erfordert erhebliche Energieverbrauch (zum Beispiel Geräte für die Arbeit Mischen). Darüber hinaus nehmen vorübergehende Moden solche Wasserstoff-Generator in diesem Fall viel Zeit, weil sie große Massen Temperaturänderung Substanzen erfordern eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit (Wasser, Metallhydride) mit. Für den Transport ist dies ein großer Nachteil.
Die Aufgabe der vorgeschlagenen Lösungen besteht darin , einen Wasserstoffgenerator mit hoher Leistung bereitzustellen. Außerdem ist der Generator auf den billigen und weit verbreitete Rohstoff arbeiten muss, die Lagerung ist sicher, und die Verwendung von Hydrolyse nicht einen unlöslichen Niederschlag erhalten. Das Problem ist, dass in dem Wasserstoffgenerator gelöst, durch die Hydrolyse des festen Reaktanden ausgeführt - Aluminium-Wärmetauscher die Reaktionswärme zu entfernen, die aus - Aluminiumoxid eine Reaktionsgefäß Linie eine wässrige Natriumhydroxidlösung Einspeisen aufweist, Rückgrat-Wasserstoffbehälter mit einem festen Reagenz eingeführt Abgeben Metall beständig zu einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid innerhalb des Reaktionsgefäßes mit einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid und mit einem direkten thermischen Kontakt mit dem festen Reaktanden gefüllt war - Aluminium, das Metall, aus dem der Wärmetauscher eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die festen Reaktanden - Aluminium . Somit kann, wie das Reagenz für die Hydrolysereaktion von Aluminium und der wßrigen alkalischen Lösung (NaOH); Es bildete in der Reaktionsflüssigkeit alkalischen Lösung von Natriumaluminat. Die Geschwindigkeit des Wasserstoffgenerators wird erhöht aufgrund der Intensivierung der thermischen Prozesse in dem Generator und ihre Lokalisierung.
Der Kern des Vorschlags ist wie folgt.
Thermische Verfahren in der vorgeschlagenen Generator beschleunigt dank der Tatsache, dass der sehr festen Reaktanden in der Hydrolyse eines Metalls mit hoher thermischer Leitfähigkeit beteiligt (Aluminium) und zusätzlich mit in direktem thermischen Kontakt sowohl der Startheizer und einem Wärmetauscher die Reaktionswärme zu entfernen. Zusätzlich wird das Metall aus dem der Wärmetauscher hergestellt, und ein guter Wärmeleiter. Wenn eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Metall-enthaltenden Reaktanten (Al), wird die Generatordrehzahl nur durch die thermische Leitfähigkeit des Reagenz beschränkt. Als Material für eine solche kann ein Wärmetauscher verwendet werden, wie beispielsweise Kupfer, einen größeren aufweist als die von Aluminium, Wärmeleitfähigkeit und ist widerstandsfähig gegen die Wirkung eines Alkali.
In diesem Wärmetauscher, und es empfiehlt sich, die beiden Funktionen zu kombinieren - die Entfernung der Reaktionswärme auf dem stationären Generatorbetrieb und den Zustrom von Wärme, wenn der Generator gestartet wird. Somit wird ein Wärmetauscher die Reaktionswärme zu entfernen während der Start-Trigger-Generator kann ein Heizer sein. Bei dieser Temperatur wird Kühlmittel in dem Wärmetauscher zirkuliert, über der Temperatur der Flüssigkeit in dem Generator. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Metalls Reaktant, das Metallmaterial des Wärmetauschers und einem direkten Kontaktwärme das feste Reagens erhitzt und ist somit mit einer erhöhten Rate.
Leistung des vorgeschlagenen Reaktors wird erhöht und aufgrund der Tatsache, dass keine Temperaturanpassung wird während der gesamten Reaktionsmischung durchgeführt (wie im Stand der Technik), sondern nur in der Nähe des festen Reaktanden. Da in diesem Fall die Hydrolyse heterogen ist und die Reaktion verläuft auf der Oberfläche von Aluminium, ist es nicht erforderlich, die Temperatur auf dem gewünschten Niveau während der gesamten Reaktionsmischung zu erhalten. Genügend der Aluminium Temperatur und eine dünne Schicht von Flüssigkeit in der Nähe der Oberfläche zu regulieren. Somit Lokalisierung thermischen Verfahren durchgeführt gesteuert, dh Es verringert den Bereich, in dem Wärmeübergang gesteuert wird. Dementsprechend das reduzierte Gewicht der Substanz in der Zone enthalten ist.
Solche lokalisierte thermische Kontrollzonen um die Rate der thermischen Prozessen erheblich erhöhen können, die die Entwicklung von Wasserstoffgas beeinflussen, und somit die Leistung des Wasserstoffgenerators. Letztere wird somit gleichzeitig durch mehrere Faktoren erhöht:
- Die Verwendung eines festen Reagens für die Hydrolyse von hoher Wärmeleitfähigkeit (Al);
- Thermodirekt-Metall-Reagenz Kontakt mit dem Start der Heizung und den Wärmetauscher Reaktionswärme zu entfernen;
- Hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls, der aus einem Wärmetauscher besteht Reaktionswärme zu entfernen;
- Lokalisierung von thermischen Prozessen, die für die Erzeugung von Wasserstoff.
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vorgeschlagenen Oszillatorschaltung 1 dargestellt, wo nicht anders vermerkt:
1 - Reaktionsgefäß;
2 - ein Behälter mit einem festen Reagenz;
3 - festen Reaktanden - Aluminium (in Form von Pellets dargestellt, können jedoch in Blattform, usw. verwendet werden);
4 - liquid Edukteinspeisung Rohr - wässrige Lösung von Natriumhydroxid (NaOH);
5 - einen Wärmetauscher Reaktionswärme von Aluminium und Wärmeerzeugers während der Inbetriebnahme zu entfernen;
6 - Rückgrat Wasserstoff Dosierung.
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Powered Generator folgt. Aluminium (in Form von Pellets, Platten, etc.) wird in einen Behälter mit festen Reaktanden (2) angeordnet, so dass das feste Reagens (3), wie Aluminium, direktem Wärmekontakt mit dem Wärmetauscher (5) zum Entfernen der Reaktionswärme von Aluminium aufweist und eine Heizung wenn der Generator gestartet wird. Letzteres wird im Inneren des Reaktionsgefäßes (1) angeordnet ist. Durch flüssige Reaktant Versorgungsleitung (4) in das Reaktionsgefäß (1) eine wässrige Alkalilösung, wie beispielsweise NaOH zugeführt, so dass der Behälter (2) mit einem festen Reagenz (Aluminium) in diese Lösung eingetaucht wird. Exothermic Hydrolysereaktion beginnt und Freisetzung von Wasserstoff, die über die Leitung Ausgabe Wasserstoff abgezogen wird (6). Die Selbsterhitzung der Reagenzien erfolgt somit langsam genug, und dient zur Beschleunigung der Hydrolyse des Wärmetauschers (5) ein heißes Wasser, das das Aluminium erwärmt und die Lösung wurde in der Nähe von ihm. Wasserstoffentwicklung intensiviert wird, und nach der notwendigen Wärmetauscher Durchflussrate zu erreichen (5) zur Entfernung von Wärme in der Reaktion freischaltet.
Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Maßnahmen wurde experimentell verifiziert. Um dies zu tun im Labor wurde Glas kleine Arbeitsmodell des vorgeschlagenen Generator gemacht, testen Sie die Funktionalität der vorgeschlagenen Vorrichtung und seine Leistung.
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Fotografie-Generator ist in Figur 2 angegeben, wobei die Hauptelemente angedeutet sind, und das Design. Die Lösung von Alkali in dem Generator ist nicht gefüllt.
Wärmetauscher für Wärmereaktion wurde in Form einer Spirale aus Kupferrohr durchgeführt, das von der Kaltwasserhahn gespeist wird. Je nach Leistung des Generators Temperatur 40-120ºS darin vielfältiges Angebot. Dieser Wasserstoff Generatorleistung bestimmt Wasserfluss in den Kühlwärmetauscher. Ein direkter Kontakt zwischen dem Wärmetauscher und dem Metall-Reagens, durch die Tatsache getragen, daß die Aluminiumgranulat direkt auf einen Kupferspiralwärmetauscher die Reaktionswärme zu entfernen gegossen (2). Starten des Heizgerätes wurde in den Tests und der Generator gestartet Selbsterwärmung, die dauerte etwa 20 Minuten nicht verwendet.
Versuche haben nach einer Änderung der Wasserströmung in einem Spiralwärmetauscher innerhalb von 3 bis 10 Sekunden, die eine signifikante (mehrmals), um den Generator reduziert die Produktivität erzielt gezeigt. Offensichtlich für eine solche Zeit, dass eine nennenswerte Änderung Temperatur der Flüssigkeit in dem Kolben (~ 0,5 l wässrige NaOH-Lösung) fast unmöglich ist, und eine schnelle "Antwort" des Generators zur Kühlung von kleinen Änderungen aufgrund des hohen Wasserströmungsrate der Wärmeübertragung durch Kupfer und Aluminium und seine Lokalisation thermische und chemische Prozesse in der Nähe der Oberfläche der Pellets (A1) gesteuert wird.
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Somit ermöglicht diese technische Lösung einen Wasserstoffgenerator mit Hydrolyse billig gemeinsamen Substanzen zu schaffen, die resultierende feste Reaktions keinen Niederschlag. Dieser Generator Design ist recht schnell, was für den Einsatz in Transport wichtig ist.
Die Effizienz der vorgeschlagenen Struktur wird experimentell bestätigt.
QUELLEN VON INFORMATIONEN
1. VV Rybakov gazosvarshchika Lehrbuch. M:.. Mashgiz, 1956, p. 32.
2. Die Wasserstofferzeugung durch Hydrolyse in Kraftwerken auf Basis von Brennstoffzellen scuba Ziel. Das US-Patent №5372617 1994 g.
FORDERUNGEN
Der Wasserstoffgenerator, laufen durch die Hydrolyse des festen Reaktanden - Aluminiumoxid eine Reaktionsgefäß Leitung mit einer wässrigen Natriumhydroxid-Lösung zugeführt wird, Rückgrat Wasserstoff Dispensieren, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Behälter mit einem festen Reagenz umfasst - Aluminium-Wärmetauscher die Reaktionswärme aus Metall zu entfernen, Aluminium, das Metall, aus dem der Wärmetauscher eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die festen Reaktanden - - Aluminium beständig gegen die Einwirkung einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid, innerhalb des Reaktionsgefäßes mit einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid und mit einem direkten thermischen Kontakt mit dem festen Reaktanden gefüllt war.
Druckversion
Erscheinungsdatum 04.01.2007gg
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