Аккумулятор водорода



Аккумулятор водорода
Аккумулятор водорода
Аккумулятор водорода
Аккумулятор водорода
Аккумулятор водорода
Аккумулятор водорода

 


Владельцы патента RU 2498151:

Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики "ИПРИМ РАН" (RU)

Изобретение относится к водородной энергетике, а именно к аккумуляторам водорода, применяющимся в различных отраслях промышленности и техники. Аккумулятор водорода состоит из бака, погруженного в сосуд Дьюара, и устройства для закачки и выпуска водорода. Бак выполнен в виде круглых труб 1 или цельнометаллической конструкции с продольными ячейками в форме шестиугольников 2. Трубы 1 и ячейки 2 герметически запечатываются цилиндрическими или шестиугольными донышками 3, а с другого конца входят во втулки-горлышки 5, скрепляемые с изогнутыми трубами 6 меньшего диаметра, сходящимися в едином ресивере 7 или 8. Ресивер 7 представляет собой трубу, расположенную между круглыми трубами 1, а ресивер 8 выполняется в форме шара или цилиндра. Сосуд Дьюара состоит из тепловой изоляции 9, внутренней емкости 10 и внешней емкости 11. Трубы 1 или ячейки 2 бака заполняются насыпным материалом 21 (углеродными нанотрубками, графеном или активированным углем). Заявляемый аккумулятор водорода обеспечивает хранение водорода значительно большей массы, чем известные конструкции аккумуляторов такого типа. В частности он обеспечивает в сто раз большее количество циклов заправки аккумулятора (15000) по сравнению баллонами высокого давления из нержавеющей стали, покрытыми оболочкой из органопластиков (150 циклов заправки). 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к водородной энергетике, в частности к аккумуляторам водорода, находящим широкое применение на автомобильном транспорте, в энергетических установках и в других отраслях промышленности и техники.

Известна емкость для хранения водорода, состоящая из герметичного корпуса, технологических патрубков, нагревателя и наполнителя-аккумулятора водорода, размещенного в корпусе, при этом наполнитель-аккумулятор водорода представляет собой полые микросферы, скрепленные между собой в единую жесткую структуру, сформированную послойно из микросфер разного диаметра, причем диаметр микросфер уменьшается от центрального слоя к периферийному [1].

Данное техническое решение функционально предназначено только для хранения водорода и наполнитель-аккумулятор емкости практически трудно использовать для питания двигателя автомобильного транспорта из-за жесткой структуры, в которую скреплены его полые микросферы.

Известны также способ и установка для аккумулирования газа внутри нанопор твердого носителя; при этом способ включает трехстадийный процесс аккумулирования адсорбента с использованием газообразной присадки, причем на первой стадии проводят адсорбцию газообразного вещества и вещества присадки при повышенной температуре и высоком давлении, на второй стадии температуру системы понижают до температуры хранения, а давление - до нормального, и на третьей стадии систему регулируемо нагревают до температуры, обеспечивающей требуемый отбор газа. Установка для аккумулирования газа внутри нанопор твердого носителя содержит емкость, слой адсорбента и патрубок для введения и выведения газа, причем материал адсорбента имеет нанопоры диаметром 4-20 Å, а диаметр молекул присадки на 1,5-4 Å меньше диаметра нанопор, но больше или равен диаметру молекул адсорбированного газа, а также нагреватель [2].

Это техническое решение достаточно сложно по своему технологическому процессу аккумулирования адсорбента с использованием газообразной присадки, так как осуществляется в три стадии с двукратным повышением температуры системы и ее понижением и регулировкой до нормального значения, что значительно усложняет и удорожает установку и вызывает трудности использования в автомобильной технике.

Известна емкость для хранения различных жидких и газообразных веществ, в том числе лекарств, ядов, биологических структур, химически активных соединений, радиоактивных веществ, а также любых других соединений, находящихся в жидком, газообразном или растворенном состоянии; причем емкость состоит из герметичного, непроводящего, химически инертного корпуса, отверстия для закачивания/откачивания веществ, подложки, на поверхности которой расположены нанотрубки, закрывающиеся для хранения веществ и открывающиеся для освобождения хранимых веществ заряженными наночастицами под действием электростатического поля, создаваемого двумя пластинами, к которым подведены провода для переноса электрического заряда от источника тока [3].

В вышеуказанной емкости хранение и получение вещества из нее осуществляется посредством нанотрубок, закрывающихся и открывающихся заряженными наночастицами (заряженными фуллеренами) под действием электростатического поля, создаваемого источником электрического тока. При этом для обеспечения нормальных условий хранения и выпуска вещества приходится постоянно регулировать воздействующие на заряженные фуллерены давление и температуру в емкости, что приводит, в частности к выходу большей части адсорбированного хранящегося вещества (водорода) при повышении температуры, например до комнатной температуры (290 К). Кроме того, применение источника тока для создания электростатического поля, воздействующего соответствующим образом на наночастицы, усложняет конструкцию емкости, делая проблематичным ее использование в качестве двигателя для автотранспорта. Осуществить производство такого аккумулятора крайне сложно, так как для работы нужно точное позиционирование фуллеренов относительно углеродных нанотрубок, при этом размерность ячейки микрометр, а размеры аккумулятора по габаритам в тысячу раз больше, а по объему в миллиард раз больше, то есть необходимо сначала изготовить миллиард ячеек аккумуляторов, а затем их уложить в строгом порядке, что на современном этапе развития технологий невозможно.

Заявитель ставил перед собой задачу разработки аккумулятора водорода, обеспечивающего хранение большой массы водорода по сравнению с классическими баллонами, имеющего на два порядка большее число циклов заправки, что позволило бы сделать его рентабельным в качестве аккумулятора водорода для наземных транспортных систем - автомобилей и автобусов. Отмеченный положительный технический результат был достигнут за счет новой совокупности существенных конструктивных признаков аккумулятора водорода согласно настоящему изобретению, представленной в нижеследующей формуле: «аккумулятор водорода, выполненный в виде снабженного устройством для закачки и выпуска водорода погруженного в сосуд Дьюара бака, при этом бак выполнен составным из набора секций, составленных из плотно прилегающих друг к другу круглых труб или в виде цельнометаллической конструкции, состоящей из продольных ячеек в форме правильных многоугольников, в поперечном сечении расположенных в виде пчелиных сот, с одной стороны трубы или упомянутые ячейки герметически запечатаны неразъемным соединением, а с другой стороны вставлены во втулки-горлышки, жестко соединенные с дополнительными изогнутыми трубами меньшего диаметра, сходящимися в едином ресивере, причем вышеуказанные трубы или ячейки заполнены насыпным материалом в виде углеродных нанотрубок или графена или активированного угля, адсорбирующим закачиваемый в бак водород; неразъемное герметичное соединение с одной стороны труб или ячеек выполнено сварным в форме донышек; расположенные в виде пчелиных сот ячейки выполнены в форме правильных шестиугольников; ресивер выполнен в виде центральной трубы, проходящей внутри секций из круглых труб; ресивер выполнен в виде монолитного тела сферической формы или цилиндра; круглые трубы, продольные ячейки, дополнительные трубы меньшего диаметра и ресивер выполнены металлическими или из пластического материала или из композитного материала или из металлофторопласта; сосуд Дьюара состоит из окруженной тепловой изоляцией внутренней емкости и внешней емкости; внутренняя и внешняя емкости сосуда Дьюара выполнены металлическими или из металлофторопласта; устройство для закачки и выпуска водорода состоит из металлического трубопровода, редуктора, и соединительной металлической трубки, выходящей из ресивера и подсоединенной к штуцеру с накидной гайкой и фильтром манометра, закрепленного на вентиле высокого давления; хранение и выпуск водорода осуществляется при температуре в пределах от 77 К до 290 К по абсолютной шкале температур и под давлением в пределах 1÷10000 атмосфер».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид аккумулятора водорода, выполненного согласно настоящему изобретению; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - разрез круглой трубы бака в сборе на фиг.1; на фиг.4 - представлен вариант бака цельнометаллической конструкции аккумулятора водорода на фиг.1; на фиг.5 - вид по стрелке Б на фиг.4; на фиг.6 - разрез устройства для закачки и выпуска водорода на участке крепления штуцера к соединительной металлической трубке.

Заявляемый аккумулятор водорода состоит из бака, погруженного в сосуд Дьюара и устройства для закачки и выпуска водорода. Бак представляет собой емкость, состоящую из набора секций, составленных из плотно прилегающих друг к другу нескольких круглых труб 1, в поперечном сечении расположенных по окружности. Бак может быть выполнен также в виде цельнометаллической конструкции с продольными ячейками в форме правильных многоугольников, например, шестиугольников 2 по типу пчелиных сот, что существенно облегчает всю конструкцию и одновременно позволяет увеличить ее механическую прочность, поскольку нагрузки на внутренние стороны шестиугольников действуют симметрично и взаимно компенсируются.

С одной стороны трубы 1 или ячейки (шестиугольные соты) 2 герметически запечатываются неразъемным соединением в форме цилиндрических или шестиугольных донышек 3, например сварным соединением (сваркой) 4, а с другой стороны входят во втулки - горлышки 5, жестко скрепленные с изогнутыми трубами 6 меньшего диаметра, сходящимися в едином ресивере 7 или 8. Ресивер 7, если бак выполняется секционным представляет собой центральную трубу, расположенную внутри секций из круглых труб 1. Если бак изготовлен цельнометаллическим из ячеек 2 шестиугольной формы, то ресивер 8 может быть выполнен в форме сферического тела (шара) или цилиндра. Трубы 1, ячейки 2, ресивер 7 или 8 могут выполняться из различных материалов, в частности из металла, пластика, композитного материала или из металлофторопласта.

Сосуд Дьюара, в который опускается бак аккумулятора, состоит из окруженной тепловой изоляцией 9 внутренней емкости 10 и внешней емкости 11, изготовленными металлическими или, например, из металлофторопласта. Закачивается и выпускается водород в/из бака с помощью специального устройства, в состав которого входят металлический трубопровод 12, редуктор 13, и соединительная металлическая трубка 14, выходящая из ресивера 7 (8) и подсоединенная к штуцеру 15 с накидной гайкой 16 и фильтром 17 манометра 18, закрепляемого на вентиле 19 высокого давления, при этом заправка осуществляется от баллона 20 или от заправочной магистрали.

Бак, трубы 1 или ячейки 2 заполняются углеродными нанотрубками, графеном или активированным углем, то есть насыпным материалом 21, хорошо адсорбирующим закачиваемый в бак водород.

Изобретение работает следующим образом:

Сначала внутренняя емкость 10 сосуда Дьюара заполняется жидким азотом, охлаждая бак. Когда температура бака опустится до 77 К по абсолютной шкале температур, открывается вентиль 19 высокого давления и в бак закачивается водород при давлении закачки в пределах от 1 атм до 10000 атм. Водород проникает внутрь углеродных нанотрубок (графена или активированного угля), адсорбируясь в них, а также в пространство между ними. В связи с тем, что температура по абсолютной шкале температур в баке меньше комнатной температуры (290 К) в 3,77 раза, плотность водорода в баке возрастает в это же число раз. То есть, имеется реальная возможность разместить в баке при температуре 77 К почти в четыре раза большую массу водорода при той же величине давления без учета адсорбции водорода наноструктурами, графеном или активированным углем. Выпуск адсорбированного водорода из бака можно осуществить, выпустив жидкий азот из сосуда Дьюара, при нагреве от 77 К до 290 К.

Предложенный аккумулятор водорода по сравнению с известными техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает хранение водорода значительно большей массы. Данная конструкция с использованием баков из нержавеющей стали при применении аккумулятора для автотранспорта обеспечивает в сто раз большее количество циклов заправки аккумулятора (15000) по сравнению с известными баллонами высокого давления из нержавеющей стали, покрытыми оболочкой из органопластиков (150 циклов заправки).

В ИПРИМ РАН изготовлены опытные образцы заявляемых аккумуляторов водорода, после всесторонних испытаний которых они будут предлагаться для в серийного производства и поставки в качестве экономичных и экологически чистых двигателей для автомобильной промышленности.

Источники информации:

[1] Описание изобретения к патенту РФ №2267694, «Емкость для хранения водорода», F17C 11/00, заявлено 20.06.2008 г., опубликовано 27.10.2009 г.

[2] Описание изобретения к патенту РФ №2319893, «Способ и установка для аккумулирования газа внутри нанопор твердого носителя», F17C 11/00, заявлено 01.08.2006 г., опубликовано 20.03.2008 г.

[3] Описание изобретения к патенту РФ №2347135 «Емкость для хранения различных жидких и газообразных веществ», F17C 11/00, заявлено 09.01.2007 г., опубликовано 20.02.2009 г.

[4] Патент США №6132492.

[5] Патент США №6432176.

[6] Патент США 6930193.

[7] Описание изобретения к патенту РФ №2346202 «Аккумулятор водорода», F17C 11/00, заявлено 02.03.2007 г., опубликовано 10.02.2009 г.

1. Аккумулятор водорода, выполненный в виде снабженного устройством для закачки и выпуска водорода погруженного в сосуд Дьюара составного из набора секций бака, секции которого выполнены из плотно прилегающих друг к другу труб или в виде цельной конструкции, состоящей из продольно расположенных многоугольных ячеек, с одной стороны упомянутые секции герметически запечатаны неразъемным соединением, а с другой стороны вставлены во втулки-горлышки, жестко соединенные с изогнутыми трубами меньшего диаметра, сходящимися в едином ресивере, причем секции бака заполнены адсорбирующим водород насыпным материалом, в качестве которого использованы углеродные нанотрубки, или графен, или активированный уголь.

2. Аккумулятор по п.1, в котором неразъемное герметичное соединение с одной стороны секций выполнено сварным в форме донышек.

3. Аккумулятор по п.1, в котором ресивер выполнен в виде центральной трубы, проходящей внутри секций, выполненных из труб.

4. Аккумулятор по п.1, в котором ресивер выполнен в виде монолитного тела сферической формы или цилиндра.

5. Аккумулятор по п.1, в котором трубы, ячейки, трубы меньшего диаметра и ресивер выполнены металлическими, или из пластического материала, или из композитного материала, или из металлофторопласта.

6. Аккумулятор по п.1, в котором сосуд Дьюара состоит из окруженной тепловой изоляцией внутренней емкости и внешней емкости.

7. Аккумулятор по п.6, в котором внутренняя и внешняя емкости сосуда Дьюара выполнены металлическими или из металлофторопласта.

8. Аккумулятор по п.1, в котором устройство для закачки и выпуска водорода состоит из металлического трубопровода, редуктора и соединительной металлической трубки, выходящей из ресивера и подсоединенной к штуцеру с накидной гайкой и фильтром манометра, закрепленного на вентиле высокого давления.

9. Аккумулятор по п.1, в котором хранение и выпуск водорода осуществляется при температуре в пределах от 77 К до 290 К по абсолютной шкале температур и под давлением в пределах 1÷10000 атмосфер.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках.

Изобретение относится к устройству и картриджу для хранения сжатого газообразного водорода. .

Изобретение относится к области создания автономных источников энергии, систем хранения, выделения и транспортировки газообразных продуктов и может быть использовано в автономных и передвижных системах энергоснабжения.

Изобретение относится к устройствам обеспечения газообразным топливом двигателей средств передвижения. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению и заправочной технике, а именно к способам аккумулирования, хранения и подачи водорода с использованием гидридообразующих соединений.
Изобретение относится к области химии и может быть использовано в водородной энергетики для хранения и транспортировки водорода или гелия. .

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках.

Изобретение относится к водородной энергетике - аккумулированию, хранению и высвобождению водорода для использования в транспортных и стационарных энергетических установках.

Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для хранения различных веществ, в том числе лекарств, ядов, биологических структур, химически активных соединений, радиоактивных веществ, а также любых других соединений, находящихся в жидком, газообразном или растворенном состоянии.

Предложены устройства, системы и способы введения и/или выведения вещества в сорбционную среду и из сорбционной среды. Вещество имеется на крае сорбционной среды, которая включает параллельные слои сорбционного материала. Для введения посредством абсорбции и/или адсорбции вещества в сорбционную среду от сорбционной среды отводится тепло, к сорбционной среде прикладывается напряжение введения, и/или повышается давление, при котором находится сорбционная среда. Для выведения вещества из сорбционной среды в сорбционную среду подводится тепло, к сорбционной среде прикладывается напряжение с полярностью, противоположной полярности напряжения введения, и/или понижается давление, при котором находится сорбционная среда. В некоторых вариантах реализации изобретения сорбционная среда включает поверхностные структуры, которые могут вводить молекулы вещества. Использование изобретения позволит аккумулировать газы при высокой плотности. 6 н. и 7 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к зарядным устройствам аккумуляторов водорода и может быть использовано для зарядки указанных аккумуляторов водородом. Зарядное устройство для водородных аккумуляторов из гидрида металлов с высокой степенью пассивирования (алюминий, титан, магний), выполнено из стабилизированного источника электрического тока (1), проводов (2), электролизера (3) и аккумуляторов (4) водорода на основе гидрида алюминия (титана или магния) (5), при этом в электролизере (3) расположен электролит (6) из угольной кислоты H2CO3 в дистиллированной воде, который полностью покрывает два стоящих отдельно друг от друга аккумулятора (4) без внешних корпусов со свободным проникновением электролита (6) в структуру аккумулятора (4) из гидрида металла (5), причем один аккумулятор (4) подсоединен к катоду (7), а второй аккумулятор (8) - к аноду (9), причем на крышке (10) зарядного устройства расположена вертикальная труба (11) с клапаном сброса (12) излишнего давления, создаваемого продуктами электролиза. Образование гидридов в структурах металлов в электролизере под действием теплового поля является техническим результатом заявленного изобретения. 1 ил.

Изобретение относится к способам получения и хранения природного газа в виде газовых гидратов (ГПГ). Способ включает предварительное заполнение судна водоледяной смесью. ГПГ в судне получают путем закачки в него под давлением природного газа и барботирования газа через водоледяную смесь одновременно с закачкой в него водоледяной смеси и осуществлением вибрации с акустической частотой до тех пор, пока ГПГ не заполнят весь объем судна. После этого закачку газа и криогидратной смеси прекращают и хранят ГПГ в судне при постоянных температуре и давлении. Для разложения ГПГ на воду и газ в верхней части судна понижают давление путем отбора газа из судна и/или поднимают судно вверх для снижения в нем гидростатического давления. По окончании отбора газа судно опускают на исходную глубину, а образовавшуюся после разложения гидратов водоледяную и криогидратную смесь сохраняют до нового заполнения судна ГПГ. Техническим результатом изобретения является создание условий для применения погруженного под воду судна в качестве комбинированного устройства для получения, подводного хранения и разложения ГПГ. 1 ил.

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода, заключающемуся в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов за счет электролиза электролита, в который погружены электроды. Способ характеризуется тем, что в качестве электродов используются металлокерамические никелевые электроды без активной массы, используемые в никель-кадмиевых аккумуляторах. Использование настоящего изобретения дает возможность использования для накопления водорода дешевых, промышленно выпускаемых металлокерамических никелевых электродов, а также получения массового содержания водорода в электродах 7,5-8%. 2 пр.

Изобретение относится к газовой отрасли промышленности, а именно к средствам для хранения и транспортирования горючих газов. Баллон состоит из цилиндрического корпуса с патрубком, заполненного пористой пропитанной ацетоном массой. Баллон имеет центральную трубу с откидными фиксирующими штангами, на верхнем конце которой выполнена съемная резьбовая заглушка, а на нижнем конце смонтирован конический насадок с отверстиями. Технический результат изобретения - повышение газовбираемости баллона для растворенного ацетилена. 1 ил.

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано для хранения, транспортировки и распределения (подачи) водорода в топливных элементах и других энергетических установках. Аккумулятор водорода, имеющий корпус, накопитель водорода из сплава металла в виде системы сплава металл - водород, характеризующийся тем, что внутри корпуса размещен бак с аккумуляторами водорода, которые представляют собой расположенные компактно и соединенные между собой металлические пластины толщиной до 500 мкм из сплава никель - бор в виде электрохимической системы никель - бор - водород, и пластины соединены с теплопроводами, расположенными между корпусом и баком. В корпусе имеется горловина для заливки электролита в бак и слива его через другую горловину и съемные заглушки на них. На корпусе есть контакты подачи электрического тока для зарядки аккумулятора гальваническим способом, один из которых расположен на баке, а второй соединен с металлическими пластинами из сплава никель - бор, и на корпусе имеются входные и выходные патрубки от коллектора выхлопной трубы мотора. На корпусе имеется выходной патрубок от внутреннего бака для выхода водорода в систему питания двигателя, и на пластинах из сплава никель - бор расположен нагревательный элемент с контактами на поверхности корпуса. Изобретение направлено на создание удобного в эксплуатации и недорогого аккумулятора водорода. 3 ил.

Изобретение относится к материаловедению, микро- и наноэлектронике и может быть использовано в технологических процессах получения энергоносителей. В качестве аккумулирующего материала для насыщения атомарными и/или молекулярными веществами использован шаровидный материал микронных размеров, состоящий из наноразмерных двумерных спиралеобразно, радиально и аксиально расположенных пластин графита, имеющих единый центр. Отличительной чертой представленного аккумулирующего материала является наличие развитой поверхности пластин графита. Для решения поставленной задачи предложен также способ получения аккумулирующего материала для насыщения атомарными веществами и/или молекулярными веществами, заключающийся в том, что выделяют из высокопрочного чугуна шаровидный графит, подвергают его очистке от примесей оксидов кремния и оксидов железа, полученную массу сепарируют по размерам, очищают путем удаления несвязанных частиц графита с поверхности шаровидного графита, подвергают расщеплению. Задачей данного изобретения является расширение арсенала средств для накопления и хранения веществ в атомарном и/или молекулярном состоянии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности. Согласно изобретению емкость для хранения водорода представляет собой обычный никель-кадмиевый аккумулятор с ламельными электродами. Предложенный способ аккумулирования водорода состоит в насыщении электродов водородом путем его диффузии внутрь электродов. Электроды насыщаются водородом, благодаря электролизу электролита во время перезаряда аккумулятора при напряжении 1.7 В в течение 1,8 лет. Техническим результатом изобретения является возможность использования для накопления водорода дешевых, промышленно выпускаемых ламельных электродов и получение массового содержания водорода в оксидно-никелевых электродах 9-10%, а в кадмиевых электродах 8,0-8,5%.

Изобретение относится к системам и способам создания и хранения жидкофазной смеси природного газа, абсорбированного в легкоуглеводородных растворителях при температуре и давлении, которые способствуют улучшению объемных отношений сохраняемого природного газа по сравнению с CNG и PLNG при таких же температуре и давлении от менее 80° до около -120°F (от -62,2°С до -84,4°С) и от около 300 psig до около 900 psig (2,07-6,2 МПа, манометрических). Предпочтительные растворители включают этан, пропан и бутан и растворители на основе природного газоконденсата (NGL) и сжиженного нефтяного газа (LPG). Системы и способы для принятия (11, 13) сырьевого промыслового или полукондиционированного природного газа, кондиционированного газа, получения (14) жидкофазной смеси природного газа, абсорбированного в легкоуглеводородном растворителе, и транспортировки (16) смеси на рынок сбыта, где сетевой газ и продукты фракционирования поставляются путем, расходующим меньше энергии, чем CNG-, PLNG- или LNG-системы, с лучшим соотношением «масса груза к массе контейнера» для компонента природного газа, чем CNG-системы. 13 н. и 35 з.п. ф-лы, 25 ил., 3 табл.
Наверх