RU75708U1 - DEVICE FOR STORAGE AND DELIVERY OF GAS FUEL - Google Patents
DEVICE FOR STORAGE AND DELIVERY OF GAS FUEL Download PDFInfo
- Publication number
- RU75708U1 RU75708U1 RU2008107539/22U RU2008107539U RU75708U1 RU 75708 U1 RU75708 U1 RU 75708U1 RU 2008107539/22 U RU2008107539/22 U RU 2008107539/22U RU 2008107539 U RU2008107539 U RU 2008107539U RU 75708 U1 RU75708 U1 RU 75708U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sections
- gas
- housing
- coolant
- hydrogen
- Prior art date
Links
Abstract
ПМ относится к системам хранения и подачи газообразного топлива, например водорода, на транспортных средствах. Устройство содержит корпус, в котором в секциях расположен сорбент, способный поглощать газ, систему подачи и отвода газа, сообщенную с секциями, и систему подачи и отвода теплоносителя. Секции выполнены в виде самостоятельных емкостей и могут быть объединены в блоки секций. Секции и блоки секций могут быть установлены с возможностью их замены. Система подачи и отвода теплоносителя установлена с возможностью циркулирования теплоносителя в полостях между секциями. Секции выполнены в виде емкостей одного или разных размеров, преимущественно цилиндрической формы. Устройство содержит фильтры для очистки газа. Устройство позволяет по сравнению с известными устройствами значительно улучшить удельные характеристики, в частности, отношение массы хранимого водорода к массе конструкции без сорбента 9-15% при использовании титановых сплавов и 2-3% при использовании нержавеющих сталей. Позволяет эффективно работать с сорбентами, имеющими низкие коэффициенты теплопроводности и высокие рабочие давления. 9 з.п.ф., 1 табл., 7 фиг.PM refers to the storage and supply of gaseous fuels, such as hydrogen, in vehicles. The device comprises a housing in which a sorbent capable of absorbing gas is located in the sections, a gas supply and exhaust system in communication with the sections, and a coolant supply and exhaust system. Sections are made in the form of independent containers and can be combined into section blocks. Sections and blocks of sections can be installed with the possibility of their replacement. The coolant supply and removal system is installed with the possibility of circulating the coolant in the cavities between the sections. Sections are made in the form of containers of one or different sizes, mainly cylindrical in shape. The device contains filters for gas purification. The device allows, in comparison with known devices, significantly improve the specific characteristics, in particular, the ratio of the mass of stored hydrogen to the mass of the structure without sorbent 9-15% when using titanium alloys and 2-3% when using stainless steels. It allows you to effectively work with sorbents having low thermal conductivity and high working pressures. 9 cpf, 1 tab., 7 fig.
Description
ПМ (полезная модель) относится к системам хранения и подачи газообразного топлива, например, водорода при использовании его в качестве топлива, в частности, на транспортных средствах, например, автомобилях.PM (utility model) refers to the storage and supply of gaseous fuels, for example, hydrogen when used as fuel, in particular in vehicles, for example, cars.
Существуют разные подходы к хранению водорода: в газообразном виде под давлением [1], в жидком состоянии [2] при низких температурах [3], в химически или физически связанном состоянии. Каждый из способов обладает рядом достоинств и недостатков. С точки зрения безопасности хранения одним из наиболее перспективных способов является способ хранения водорода в химически или физически связанном состоянии. В качестве сорбентов могут использоваться различные материалы, в частности: порошки гидридообразующих металлов, позволяющие хранить водород в химически связанном состоянии в виде металлогидрида; углеродные наноматериалы, использующие физическую адсорбцию для хранения водорода или метана. Такой способ хранения имеет ряд недостатков, таких как: низкое отношение массы хранимого водорода к массе конструкции и сорбента, относительно большие времена заправки, в случае металлогидридов - высокие рабочие давления и температуры, большие выделения энергии при заправке, малые коэффициенты теплопроводности сорбентов. Часть этих недостатков можно устранить только улучшением характеристик сорбентов, другая часть недостатков может быть компенсирована конструктивными решениями.There are different approaches to the storage of hydrogen: in gaseous form under pressure [1], in the liquid state [2] at low temperatures [3], in a chemically or physically bound state. Each of the methods has a number of advantages and disadvantages. From the point of view of storage safety, one of the most promising methods is the method of storing hydrogen in a chemically or physically bound state. Various materials can be used as sorbents, in particular: hydride-forming metal powders that make it possible to store hydrogen in a chemically bound state in the form of a metal hydride; carbon nanomaterials using physical adsorption to store hydrogen or methane. This method of storage has several disadvantages, such as: low ratio of the mass of stored hydrogen to the mass of the structure and the sorbent, relatively long refueling times, in the case of metal hydrides - high working pressures and temperatures, high energy release during refueling, low thermal conductivity of the sorbents. Some of these disadvantages can be eliminated only by improving the characteristics of the sorbents, another part of the disadvantages can be compensated by constructive solutions.
В настоящее время известен ряд конструкций для хранения водорода в химически или физически связанном состоянии, таких как различные гидридные источники водорода для лабораторий [4, 5, 6]. Конструкция подобных источников водорода следующая. В корпусе, обычно цилиндрической формы, размещается сорбент - порошок гидридообразующего металла. Подвод и отвод газа осуществляется с торцов корпуса. Система подогрева и охлаждения выполнена в виде трубок, расположенных в массиве сорбента и содержащих электронагреватели и/или теплоноситель. Такая схема конструкции приемлема для источников водорода малой емкости. Конструкции большой емкости по водороду, выполненные по такой схеме или набранные из описанных источников, будут обладать рядом недостатков: худшие удельные характеристики - появляется толстый внешний корпус, способный выдержать давление, или неиспользованный объем между отдельными источниками; теряется технологичность изготовления; возникают проблемы с охлаждением при заправке.Currently, there are a number of designs for storing hydrogen in a chemically or physically bound state, such as various hydride sources of hydrogen for laboratories [4, 5, 6]. The design of such hydrogen sources is as follows. A sorbent, a hydride-forming metal powder, is placed in a housing, usually of a cylindrical shape. Gas inlet and outlet is carried out from the ends of the housing. The heating and cooling system is made in the form of tubes located in the sorbent array and containing electric heaters and / or coolant. This design scheme is acceptable for low-capacity hydrogen sources. Hydrogen large capacity constructions made according to such a scheme or drawn from the described sources will have a number of disadvantages: worse specific characteristics — a thick external housing appears that can withstand pressure, or unused volume between individual sources; manufacturability is lost; there are problems with cooling when refueling.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является система хранения и подачи водорода с использованием углеродных материалов [7]. Она содержит корпус, внутренний объем которого разделен металлическими перегородками на секции, заполненные сорбентом, содержащим водород в связанном состоянии. На внутренней поверхности секций выполнены каналы для подачи и отвода газа, а в местах пересечения перегородок расположены тепловые трубы для подачи и отвода теплоносителя. Это наиболее близкое конструктивное решение, которое выбрано в качестве прототипа. Данное устройство имеет объем 60 литров и массу без сорбента 109 кг, вмещает 23 кг углеродного сорбента и позволяет запасать до 0.7 кг водорода при давлении 70 бар и температуре 195К.Closest to the technical nature of the claimed device is a storage and supply of hydrogen using carbon materials [7]. It contains a housing, the internal volume of which is divided by metal partitions into sections filled with a sorbent containing hydrogen in a bound state. Channels for supplying and discharging gas are made on the inner surface of the sections, and heat pipes for supplying and discharging the coolant are located at the intersection of the partitions. This is the closest constructive solution, which is selected as a prototype. This device has a volume of 60 liters and a mass without sorbent of 109 kg, holds 23 kg of carbon sorbent and allows you to store up to 0.7 kg of hydrogen at a pressure of 70 bar and a temperature of 195K.
Недостатками прототипа являются низкие удельные характеристики, в частности, отношение массы хранимого водорода к массе конструкции без сорбента составляет The disadvantages of the prototype are low specific characteristics, in particular, the ratio of the mass of stored hydrogen to the mass of the structure without sorbent is
~0.64%; невозможность замены поврежденных секций; отсутствие технологичности при производстве - необходимость изготавливать сложный корпус с перегородками, тепловыми трубами, каналами для газа, что, как следствие, приводит к сложности ремонта.~ 0.64%; the inability to replace damaged sections; lack of manufacturability in production - the need to make a complex case with partitions, heat pipes, gas channels, which, as a result, leads to the complexity of the repair.
Задачей ПМ является повышение удельных характеристик устройства с одновременным улучшением технологичности, эксплуатационных и технических характеристик.The objective of the PM is to increase the specific characteristics of the device while improving processability, operational and technical characteristics.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой ПМ, заключается в следующем:The technical result achieved by using the proposed PM is as follows:
- существенно улучшены по сравнению с известными устройствами удельные характеристики, в частности, отношение массы хранимого водорода к массе конструкции без сорбента составляет 9-15% при использовании титановых сплавов и 2-3% при использовании нержавеющих сталей;- specific characteristics are significantly improved compared to known devices, in particular, the ratio of the mass of stored hydrogen to the mass of the structure without sorbent is 9-15% when using titanium alloys and 2-3% when using stainless steels;
- достигнута большая эффективность работы с сорбентами, имеющими низкую теплопроводность и высокие равновесные давления;- greater efficiency has been achieved with sorbents having low thermal conductivity and high equilibrium pressures;
- достигнута модульность и масштабируемость, которые позволяют легко создавать устройства разной формы и емкости по водороду из стандартных сменных секций или блоков секций;- achieved modularity and scalability, which make it easy to create devices of different shapes and capacities for hydrogen from standard removable sections or block sections;
- достигнута большая технологичность производства и ремонта.- Achievement of greater manufacturability of production and repair.
Указанная задача и технический результат достигаются тем, что в известном устройстве для хранения и подачи газообразного топлива, содержащем корпус, в котором в секциях расположен сорбент, способный поглощать газ, систему подачи и отвода газа, сообщенную с секциями, систему подачи и отвода теплоносителя, согласно ПМ:This task and the technical result are achieved by the fact that in the known device for storing and supplying gaseous fuel, comprising a housing in which a sorbent is located in the sections, capable of absorbing gas, a gas supply and exhaust system in communication with the sections, a coolant supply and removal system, according to PM:
- секции выполнены в виде самостоятельных емкостей, установленных в корпусе с возможностью циркулирования теплоносителя между секциями;- sections are made in the form of independent containers installed in the housing with the possibility of circulation of the coolant between the sections;
- секции установлены с возможностью их замены;- sections are installed with the possibility of their replacement;
- секции выполнены в виде емкостей любой формы одинакового размера, преимущественно цилиндрической формы;- sections are made in the form of containers of any shape of the same size, mainly cylindrical in shape;
- секции выполнены в виде емкостей любой формы разных размеров, преимущественно цилиндрической формы;- sections are made in the form of containers of any shape of different sizes, mainly cylindrical in shape;
- секции могут быть объединены в блоки;- sections can be combined into blocks;
- система подачи и отвода газа расположена в корпусе и/или в крышке корпуса или установлена в виде отдельного блока;- the gas supply and exhaust system is located in the housing and / or in the housing cover or installed as a separate unit;
- система подачи и отвода теплоносителя расположена в корпусе и/или в крышке корпуса или установлена в виде отдельного блока;- the coolant supply and removal system is located in the housing and / or in the housing cover or installed as a separate unit;
- содержит фильтры для очистки газа;- contains filters for gas purification;
- при установке секций с возможностью замены, секции сообщены с системой подачи и отвода газа посредством разъемов;- when installing sections with the possibility of replacement, sections communicated with the gas supply and exhaust system through connectors;
- по обе стороны разъемов, соединяющих секции или блоки секций с системой подачи и отвода газа, установлены запорные устройства.- on both sides of the connectors connecting the sections or blocks of sections with a gas supply and exhaust system, locking devices are installed.
Такая конструкция позволяет достичь существенно лучших удельных характеристик. В частности, увеличить отношение массы хранимого водорода к массе конструкции с сорбентом и достаточно эффективно работать с сорбентами, имеющими низкую теплопроводность и высокие равновесные давления. Рассматриваемая конструкция обладает модульностью, легко масштабируется, является технологичной при производстве, проста при эксплуатации и ремонте.This design allows you to achieve significantly better specific characteristics. In particular, to increase the ratio of the mass of stored hydrogen to the mass of the structure with the sorbent and it is quite effective to work with sorbents having low thermal conductivity and high equilibrium pressures. The design in question is modular, easy to scale, technologically advanced in production, and easy to operate and repair.
Получить лучшие удельные характеристики, независимо от использованных материалов, стало возможным благодаря использованию секций, преимущественно цилиндрической формы, устанавливаемых с полостями для циркуляции теплоносителя. Это обусловлено тем, что цилиндрическая форма хорошо держит внутреннее давление и Obtaining the best specific characteristics, irrespective of the materials used, became possible due to the use of sections, mainly of cylindrical shape, installed with cavities for coolant circulation. This is due to the fact that the cylindrical shape holds the internal pressure well and
при этом является одной из наиболее экономичных форм по материалу по сравнению с другими формами. Конструктивной особенностью секций может быть наличие: ребер снаружи для лучшего теплообмена с теплоносителем; радиаторов внутри для лучшего распределения и отвода тепла; газовых каналов внутри секций для лучшей подачи и распределения газа. Установка секций с полостями между ними позволяет использовать полости для циркуляции теплоносителя, что позволяет сэкономить на материале стенок каналов теплоносителя и, как следствие, улучшить удельные характеристики. Использование материалов с высокой удельной прочностью, таких как титановые сплавы, позволяют дополнительно улучшить удельные характеристики, но даже при использовании распространенных и более дешевых нержавеющих сталей удельные характеристики оказываются выше, чем у прототипа. Использование секций небольших поперечных размеров обеспечивает малые расстояния между центрами тепловыделяющих зон и стенками корпусов секций, охлаждаемых теплоносителем, что позволяет достаточно эффективно отводить тепло при относительно небольших теплопроводностях сорбентов и достаточно высоком тепловыделении. Модульность, масштабируемость и технологичность также достигаются за счет использования секций. Из одинаковых сменных секций легко конструировать устройства хранения газа практически любых форм и емкостей, переработки требуют только корпус и системы подачи и отвода газа и теплоносителя, но при этом используются типовые детали: запорные устройства, разъемы, фильтры. Технологичность обеспечивается благодаря наличию серийного выпуска большого ассортимента трубок различной формы и размеров из различных материалов. Трубки позволяют легко прессовать в них сорбент или размещать в них уже спрессованные в виде таблеток порции сорбентов. В случае, если конструкция выполнена с использованием сменных секций, то также упрощается обслуживание устройства в целом - неисправные или выработавшие ресурс секции или блоки секций меняются на it is one of the most economical forms of material in comparison with other forms. The design feature of the sections may be the presence of: ribs on the outside for better heat exchange with the coolant; radiators inside for better heat distribution and removal; gas channels inside sections for better supply and distribution of gas. The installation of sections with cavities between them allows the use of cavities for circulation of the coolant, which saves on the material of the walls of the channels of the coolant and, as a result, improves the specific characteristics. The use of materials with high specific strength, such as titanium alloys, can further improve the specific characteristics, but even with the use of common and cheaper stainless steels, the specific characteristics are higher than that of the prototype. The use of sections of small transverse dimensions provides small distances between the centers of the heat-generating zones and the walls of the sections of the housings, which are cooled by the heat carrier, which makes it possible to efficiently remove heat with relatively low thermal conductivities of sorbents and a sufficiently high heat release. Modularity, scalability and manufacturability are also achieved through the use of sections. It is easy to construct gas storage devices of almost any shape and capacity from the same interchangeable sections; only the body and systems for supplying and discharging gas and coolant require processing, but typical parts are used: locking devices, connectors, filters. Manufacturability is ensured by the serial production of a large assortment of tubes of various shapes and sizes from various materials. The tubes make it easy to compress the sorbent into them or place in them portions of sorbents already compressed in the form of tablets. If the design is made using replaceable sections, the maintenance of the device as a whole is also simplified - faulty or resource-exhausted sections or section blocks are changed to
новые. Также отметим, что расширить диапазон рабочих температур, реализовать работу конструкции при различных температурах окружающей среды, позволяет использование в рамках одного устройства секций, заполненных сорбентами с различными характеристиками.new ones. We also note that to expand the range of operating temperatures, to realize the construction at different ambient temperatures, allows the use of sections filled with sorbents with different characteristics within the same device.
На фиг.1 показана схема варианта конструкции «проточного типа», в которой используются сменные секции.Figure 1 shows a diagram of a variant design "flow type", which uses interchangeable sections.
На фиг.2 показана схема варианта конструкции «проточного типа», в которой используются сменные блоки секций.Figure 2 shows a diagram of a variant design "flow-through type", which uses interchangeable blocks of sections.
На фиг.3 показана схема варианта конструкции «проточного типа», в которой используются не съемные секции.Figure 3 shows a diagram of a variant design "flow type" in which non-removable sections are used.
На фиг.4 показана схема одного из вариантов конструкции для хранения водорода, ее составные части, схема компоновки.Figure 4 shows a diagram of one of the design options for storing hydrogen, its components, layout diagram.
На фиг.5 показаны варианты (а, б, в, г) компоновки сменных секций цилиндрической формы различных диаметров и блоков секций.Figure 5 shows options (a, b, c, d) of the layout of removable sections of a cylindrical shape of various diameters and block sections.
На фиг.6 показаны газовые схемы некоторых вариантов конструкции со сменными секциями и сменными блоками секций.Figure 6 shows the gas circuits of some design options with interchangeable sections and interchangeable section blocks.
На фиг.7 показаны газовые схемы некоторых вариантов конструкции с не съемными секциями и блоками секций.7 shows gas circuits of some design options with non-removable sections and section blocks.
Устройство изображенное на фиг.1-7, включает:The device depicted in figures 1-7, includes:
- корпус 1;- building 1;
- крышку корпуса 2;- housing cover 2;
- сменные секции 3, выполненные в виде отдельных емкостей цилиндрической или другой формы или блоков 4 из двух и более таких секций, причем каждая секция 3 - interchangeable sections 3, made in the form of separate containers of a cylindrical or other shape or blocks 4 of two or more of these sections, each section 3
включает в себя (фиг.4): запорное устройство 6, служащее для герметизации секций в снятом состоянии; фильтр 5, служащий для удаления из газа перед подачей потребителю мелких частиц сорбента; часть разъема 7, служащую для подключения секции 3 или блока секций 4 к системе подачи и отвода газа 8;includes (figure 4): locking device 6, which serves to seal the sections in the removed state; a filter 5, which serves to remove from the gas before supplying small particles of sorbent to the consumer; part of the connector 7, used to connect section 3 or block sections 4 to the gas supply and exhaust system 8;
- систему подачи и отвода теплоносителя 9, которая может быть выполнена совместно или отдельно от корпуса 1 или крышки корпуса 2, но таким образом, что циркуляция теплоносителя происходит в полостях между сменными секциями 3 или блоками секций 4;- a system for supplying and discharging coolant 9, which can be performed jointly or separately from the housing 1 or the cover of the housing 2, but in such a way that the coolant circulates in the cavities between the removable sections 3 or the blocks of sections 4;
- систему подачи и отвода газа 8, которая может быть выполнена совместно или отдельно от корпуса 1 или крышки корпуса 2, и включает в себя: запорные устройства 10, служащие для герметизации системы подачи и отвода газа 8 в случае снятых секций 3 или блоков секций 4; части разъемов 11 для подсоединения к частям разъемов 7 сменных секций 3 или блоков секций 4.- a gas supply and exhaust system 8, which can be performed jointly or separately from the housing 1 or the cover of the housing 2, and includes: locking devices 10, which serve to seal the gas supply and exhaust system 8 in the case of removed sections 3 or blocks of sections 4 ; parts of connectors 11 for connecting to parts of connectors 7 of removable sections 3 or blocks of sections 4.
Ввиду разнообразия вариантов компоновки устройства, несущественно отличающихся друг от друга, рассмотрим один из возможных вариантов, в частности со сменными секциями, показанный на фиг.4.Due to the variety of device layout options that are not significantly different from each other, we consider one of the possible options, in particular with removable sections, shown in figure 4.
Сменные секции 3 или блоки секций 4 выполняются из цилиндрических трубок или трубок иной формы малого поперечного размера, стандартно выпускаемых и используемых в технике. Цилиндрическая форма трубок представляется наиболее перспективной, позволяет выдерживать высокие внутренние давления в сотни бар при меньшем расходе материала за счет более равномерного распределения нагрузок, поэтому в примере конструкции использована именно такая форма сменных секций. Также такой выбор продиктован технологичностью при производстве, поскольку цилиндрические трубки различных диаметров с разной толщиной стенки из различных материалов выпускаются серийно, что позволяет удешевить конструкцию. Такие трубки могут быть Replaceable sections 3 or blocks of sections 4 are made of cylindrical tubes or tubes of another shape of small transverse size, standardly produced and used in technology. The cylindrical shape of the tubes seems to be the most promising, it can withstand high internal pressures of hundreds of bars with a lower material consumption due to a more even distribution of loads, therefore, this form of replaceable sections was used in the construction example. Also, this choice is dictated by manufacturability in production, since cylindrical tubes of various diameters with different wall thicknesses from various materials are produced in series, which makes it possible to cheapen the design. Such tubes may be
легко заполнены спрессованными порциями порошков гидридообразующих металлов или углеродного наноматериала. В дальнейшем, в примере конструкции будем рассматривать использование в качестве сорбента порошков гидридообразующих металлов. Диаметр трубок определяется, в основном, теплопроводностью водородосорбирующего материала, энергией, выделяющейся или поглощаемой на моль поглощаемого или выделяемого водорода при работе, а также временными требованиями к работе данной конструкции. Расчеты позволяют рекомендовать при теплопроводности сорбента ~0.5-5 Вт/(м К) использовать цилиндрические трубки стандартных диаметров в диапазоне ~20-40 мм из алюминиевых или титановых сплавов, нержавеющих сталей, в зависимости от рабочих давлений и необходимых массогабаритных характеристик. Возможно использование также и других материалов, например, широко применяемых в технике металлопластов. Сменные секции позволяют легко ремонтировать емкость, неисправная или выработавшая свой ресурс секция или блок секций заменяются новыми. Поэтому необходимо, чтобы каждая сменная секция 3 или блок сменных секций 4 имели запорные устройства 6, служащие для герметизации сменной секции или блока секций в снятом состоянии; фильтры 5, предотвращающие попадание мелких частиц сорбента в систему подачи и отвода газа; части разъема 7 для подсоединения к системе подачи и отвода газа 8 посредством ответных частей разъемов 11. Отметим, что устройство может дополнительно оснащаться фильтрами 5, размещенными в системе подачи и отвода газа 8.easily filled with compressed portions of powders of hydride-forming metals or carbon nanomaterials. Further, in an example of construction, we will consider the use of hydride-forming metal powders as a sorbent. The diameter of the tubes is determined mainly by the thermal conductivity of the hydrogen sorbing material, the energy released or absorbed per mole of absorbed or released hydrogen during operation, as well as the time requirements for the operation of this design. The calculations allow us to recommend using sorbent thermal conductivity of ~ 0.5-5 W / (m K) to use cylindrical tubes of standard diameters in the range of ~ 20-40 mm from aluminum or titanium alloys, stainless steels, depending on operating pressures and the necessary weight and size characteristics. You can also use other materials, for example, widely used in the technique of metal. Replaceable sections make it easy to repair a tank; a faulty or exhausted section or block of sections is replaced by new ones. Therefore, it is necessary that each replaceable section 3 or block of replaceable sections 4 have locking devices 6 that serve to seal the replaceable section or block of sections in the removed state; filters 5 that prevent small particles of sorbent from entering the gas supply and exhaust system; parts of the connector 7 for connection to the gas supply and exhaust system 8 by means of mating connectors 11. Note that the device can be additionally equipped with filters 5 located in the gas supply and exhaust system 8.
Возможные варианты расположения цилиндрических сменных секций приведены на фиг.5. Сотовая компоновка дает более плотную упаковку при использовании сменных секций одного диаметра, в то время как при использовании секций двух диаметров предпочтительной оказывается упаковка с расположением крупных секций в вершинах квадрата и более мелких секций между ними. Закрепление секций 3 или блоков секций 4 внутри устройства осуществляется посредством разъемов, состоящих из частей 7, 11 Possible options for the location of the cylindrical removable sections are shown in Fig.5. The honeycomb arrangement provides denser packaging when using replaceable sections of the same diameter, while when using sections of two diameters, packaging with the arrangement of large sections at the vertices of the square and smaller sections between them is preferable. Securing sections 3 or blocks of sections 4 inside the device is carried out by means of connectors consisting of parts 7, 11
(фиг.6). Для обеспечения большей прочности соединений и для предотвращения перемещения секций 3 или блоков секций 4 внутри устройства могут использоваться дополнительные крепления, предотвращающие перемещения секций в процессе движения транспортного средства.(Fig.6). To ensure greater strength of the joints and to prevent the movement of sections 3 or blocks of sections 4 inside the device, additional fasteners can be used to prevent movement of the sections during the movement of the vehicle.
Следует отметить, что конструкция может быть существенно упрощена за счет отказа от использования сменных секций или сменных блоков секций и использованием вместо них не съемных секций. В этом случае отпадает необходимость иметь для каждой секции запорные устройства 6, 10, фильтры 5 и части разъемов 7, 11. Фильтры 5 для очистки газа от частиц сорбента и запорные устройства 6 для герметизации системы подачи и отвода газа 8 могут быть выполнены для всего устройства в целом (фиг.7). В этой ситуации конструкция становится более простой и дешевой, но в случае выхода из строя одной секции должен быть заменен весь бак. Также отметим, что конструкция может оснащаться предохранительными клапанами, манометрами и другим дополнительным газовым оборудованием.It should be noted that the design can be greatly simplified by eliminating the use of removable sections or replaceable section blocks and using non-removable sections instead. In this case, there is no need to have shut-off devices 6, 10, filters 5 and parts of connectors 7, 11 for each section. Filters 5 for cleaning gas from sorbent particles and shut-off devices 6 for sealing the gas supply and exhaust system 8 can be performed for the entire device in general (Fig.7). In this situation, the design becomes simpler and cheaper, but if one section fails, the entire tank must be replaced. Also note that the design can be equipped with safety valves, manometers and other additional gas equipment.
На фиг.6, 7 изображены основные варианты газовых схем конструкции. Фиг.6 отображает структуру газовых схем для устройств, имеющих сменные секции и сменные блоки секций, а на фиг.7 изображены газовые схемы для конструкций с не съемными секциями. Фигуры отображают структуру системы подачи и отвода газа 8 вместе с секциями 3 и блоками секций 4. Варианты, показанные на фиг.6, предусматривают использование одиночных сменных секций 3 или блоков из двух и большего числа сменных секций 4, соединенных между собой, при этом система подвода и отвода газа 8 может быть выполнена с одной или с двух сторон сменных секций 3 или блоков секций 4 так, чтобы обеспечивать «проточный» вариант заправки с проходом газа через секции или «тупиковый» вариант заправки без прохода газа. «Проточный» вариант позволяет уменьшить время заправки, сделать заправку более равномерной по объему сорбента, In Fig.6, 7 shows the main options for gas design circuits. 6 shows the structure of gas circuits for devices having removable sections and replaceable section blocks, and FIG. 7 shows gas circuits for structures with non-removable sections. The figures show the structure of the gas supply and exhaust system 8 together with sections 3 and blocks of sections 4. The options shown in FIG. 6 provide for the use of single replaceable sections 3 or blocks of two or more replaceable sections 4 connected to each other, while the system gas inlet and outlet 8 can be performed on one or both sides of removable sections 3 or blocks of sections 4 so as to provide a “flowing” version of the gas station with gas passage through the sections or a “dead end” version of the gas station without gas passage. "Flow" option allows you to reduce the time of refueling, to make refueling more uniform in volume of the sorbent,
перераспределить и отвести часть тепла, выделяющегося при заправке. «Тупиковый» вариант лишен этих достоинств, но зато является более простым по конструктивному исполнению.redistribute and remove part of the heat generated during refueling. The "dead end" option is devoid of these advantages, but it is simpler in design.
Крышка корпуса 2 является частью корпуса 1 устройства для хранения и подачи газообразного топлива и служит для герметизации корпуса. Система подачи и отвода газа 8 может быть вмонтирована в корпус 1 или в крышку корпуса 2. При этом система подачи и отвода газа может быть разделена на несколько частей и выполнена как в виде отдельных деталей, так и монтироваться внутри корпуса 1 или внутри крышки корпуса 2. В случае конструкции со сменными секциями и блоками секций, система подачи и отвода газа 8 включает в себя: запорные устройства 10 для герметизации системы при снятых секциях 3 или блоках секций 4; ответные части разъемов 11 для подсоединения секций 3 или блоков секций 4. Данная система соединяет газовые каналы отдельных сменных секций 3 или блоков секций 4 в единую газовую магистраль, служащую для подачи и отвода газа. Газовая магистраль может оснащаться фильтром 5 или системой фильтров для очистки водорода от мелких частиц сорбента. Для конструкции с не съемными секциями, система подачи и отвода газа 8, также включает в себя запорные устройства 6 и фильтры 5, но выполненные для всей конструкции.The cover of the housing 2 is part of the housing 1 of the device for storing and supplying gaseous fuel and serves to seal the housing. The gas supply and exhaust system 8 can be mounted in the housing 1 or in the lid of the housing 2. In this case, the gas supply and exhaust system can be divided into several parts and made as separate parts, and mounted inside the housing 1 or inside the housing cover 2 In the case of a design with replaceable sections and section blocks, the gas supply and exhaust system 8 includes: locking devices 10 for sealing the system when sections 3 or section blocks 4 are removed; mating connectors 11 for connecting sections 3 or blocks of sections 4. This system connects the gas channels of individual removable sections 3 or blocks of sections 4 into a single gas line, which serves for supplying and discharging gas. The gas line can be equipped with a filter 5 or a filter system for purifying hydrogen from fine particles of the sorbent. For a design with non-removable sections, the gas supply and exhaust system 8 also includes shut-off devices 6 and filters 5, but made for the entire structure.
Охлаждение и нагрев осуществляется за счет теплоносителя, который циркулирует в корпусе 1 в полостях между секциями 3 или блоками секций 4. Теплоноситель подается и отводится через систему подачи и отвода теплоносителя 9, которая может быть вмонтирована в корпус 1 и/или крышку корпуса 2 и позволяет подавать и отводить теплоноситель в разных частях корпуса таким образом, чтобы обеспечить для всех секций равномерное по всей длине их корпуса охлаждение или равномерный нагрев. Поскольку давление теплоносителя в системе будет невелико, по оценкам, до 2 бар в зависимости от скорости прокачки теплоносителя, то корпус 1 и крышку корпуса 2 возможно выполнять Cooling and heating is carried out due to the coolant that circulates in the housing 1 in the cavities between sections 3 or blocks of sections 4. The coolant is supplied and discharged through the supply and exhaust system of the coolant 9, which can be mounted in the housing 1 and / or the cover of the housing 2 and allows supply and discharge heat carrier in different parts of the case in such a way as to ensure for all sections uniform cooling along the entire length of their case or uniform heating. Since the pressure of the coolant in the system will be small, it is estimated that up to 2 bar depending on the flow rate of the coolant, the housing 1 and the cover of the housing 2 can be performed
различной формы из различных материалов. Такая конструкция устройства, использующая для циркуляции теплоносителя полости между сменными секциями, способствует снижению массы устройства. В качестве теплоносителя можно использовать различные жидкости, применяющиеся серийно в технике в качестве теплоносителей и хладагентов, например тосол.various forms of various materials. This design of the device, using for circulation of the coolant cavity between the removable sections, helps to reduce the mass of the device. As a coolant, you can use various liquids that are used as a standard in technology as coolants and refrigerants, for example antifreeze.
Сборка конструкции, показанной на фиг.4, осуществляется следующим образом. Сменные секции 3 или блоки секций 4 подсоединяются к системе подачи и отвода газа 8, которая может быть вмонтирована в крышку корпуса 2, после чего такая сборка помещается в корпус 1 и закрепляется креплениями, если такие крепления предусмотрены. Если система подачи и отвода газа 8 была выполнена независимо от крышки корпуса 2, то корпус 1 с помещенными внутрь секциями 3 или блоками секций 4, соединенными с системой подвода и отвода газа 8, закрывается крышкой корпуса 2. Крышка корпуса 2 крепится к корпусу 1, герметизируя при этом систему подвода и отвода теплоносителя 9. Для конструкций с не съемными секциями, секции крепятся к системе подвода и отвода газа, после чего вся сборка помещается в корпус и герметизируется.Assembly of the structure shown in figure 4, as follows. Replaceable sections 3 or blocks of sections 4 are connected to the gas supply and exhaust system 8, which can be mounted in the cover of the housing 2, after which such an assembly is placed in the housing 1 and secured with fasteners, if such fasteners are provided. If the gas supply and exhaust system 8 was implemented independently of the cover of the housing 2, then the housing 1 with the sections 3 placed inside or the sections 4 connected to the gas supply and exhaust system 8 is closed by the housing cover 2. The housing cover 2 is attached to the housing 1, sealing the system of supply and removal of coolant 9. For structures with non-removable sections, sections are attached to the system of supply and removal of gas, after which the entire assembly is placed in the housing and sealed.
Устройство работает в двух режимах - заправки газом и отдачи газа потребителю. В режиме заправки требуется интенсивно охлаждать устройство для обеспечения необходимого температурного режима при высоком тепловыделении в результате реакции гидрирования в течение короткого времени. Для этого требуется прокачивать теплоноситель через устройство во время заправки газом посредством системы подачи и отвода теплоносителя 9. В режиме подачи газа потребителю работа устройства, в зависимости от применяемого сорбента, может осуществляться за счет выделения газа из сорбента до равновесных давлений, либо с прокачкой теплоносителя с целью нагрева металлогидрида до требуемой температуры для обеспечения необходимой степени и кинетики реакции дегидрирования. Во всех случаях газ в устройство или из устройства The device operates in two modes - gas refueling and gas return to the consumer. In the refueling mode, it is required to intensively cool the device to provide the necessary temperature regime with high heat generation as a result of the hydrogenation reaction for a short time. To do this, it is necessary to pump the coolant through the device during gas filling by means of the coolant supply and removal system 9. In the gas supply mode to the consumer, the device’s operation, depending on the sorbent used, can be carried out by extracting gas from the sorbent to equilibrium pressures, or by pumping the coolant with the purpose of heating the metal hydride to the desired temperature to provide the necessary degree and kinetics of the dehydrogenation reaction. In all cases, gas to or from the device
подается или отводится системой подачи и отвода газа 8. В случае использования в качестве сорбентов углеродных наноматериалов теплоноситель используется для поддержания необходимых температурных режимов.gas is supplied or discharged by the gas supply and exhaust system 8. In the case of using carbon nanomaterials as sorbents, the coolant is used to maintain the necessary temperature conditions.
Для сравнения данной конструкции с другими были произведены расчетные оценки ее характеристик. Характеристики сорбента брались следующие: тепловыделение 23 кДж на моль поглощенного водорода; плотность 4.5 грамма на кубический сантиметр при пористости 0.8; максимальная поглотительная способность 2.2 весовых процента водорода. Объем конструкции 168 литров. Конструкция рассчитывалась на работу при давлении до 420 бар. Время заправки выбиралось равным 15 минутам. В качестве материалов для сменных цилиндрических секций рассматривались алюминий, титан, нержавеющая сталь. В результате были получены следующие оценочные характеристики, приведенные в таблице 1.To compare this design with others, calculated estimates of its characteristics were made. The characteristics of the sorbent were taken as follows: heat release 23 kJ per mole of absorbed hydrogen; density 4.5 grams per cubic centimeter with a porosity of 0.8; maximum absorption capacity of 2.2 weight percent hydrogen. The volume of construction is 168 liters. The design was designed to operate at pressures up to 420 bar. Refueling time was chosen equal to 15 minutes. As materials for replaceable cylindrical sections, aluminum, titanium, and stainless steel were considered. As a result, the following estimated characteristics were obtained, are shown in table 1.
Существующие в настоящее время конструкции, в частности прототип [7], позволяют достичь более скромных результатов при лучших характеристиках используемых сорбентов. В частности прототип [7] позволяет запасти 0.7 кг водорода в конструкции объемом 60 литров и массой 109 кг без сорбента. Конструкция рассчитана на максимальное рабочее давление 70 бар. В прототипе используется 23 кг сорбента с максимальной емкостью в 3 весовых процента. Т.е. выполненная по такой технологии емкость объемом 168 литров будет запасать около 2 кг водорода, соответственно все удельные характеристики будут значительно хуже.The existing designs, in particular the prototype [7], allow to achieve more modest results with better characteristics of the used sorbents. In particular, the prototype [7] allows storing 0.7 kg of hydrogen in a structure with a volume of 60 liters and a mass of 109 kg without sorbent. The design is designed for a maximum working pressure of 70 bar. The prototype uses 23 kg of sorbent with a maximum capacity of 3 weight percent. Those. The capacity of 168 liters made using this technology will store about 2 kg of hydrogen, so all the specific characteristics will be much worse.
Как видно из таблицы, при использовании титановых сплавов в предложенной конструкции, возможно получить наилучшие удельные характеристики, которые могут быть значительно улучшены при использовании более совершенных сорбентов.As can be seen from the table, when using titanium alloys in the proposed design, it is possible to obtain the best specific characteristics, which can be significantly improved using more advanced sorbents.
Литература.Literature.
1. Патент РФ №2222749, опубликованный 27.01.2004, F17C 5/04.1. RF patent No. 2222749, published January 27, 2004, F17C 5/04.
2. Патент РФ №2270788, опубликованный 27.02.2006, B64D 37/02.2. RF patent No. 2270788, published 02/27/2006, B64D 37/02.
3. Патент США №6755219, опубликованный 29.01.2004, В65В 1/04.3. US Patent No. 6755219, published January 29, 2004, B65B 1/04.
4. Golubkov A.N., Kononenko A.A., Yukhimchuk A.A. "Thennodesorption of vanadium-hydride-based hydrogen isotope sources" / Fusion Science and Technology, an International Journal of the American Nuclear Society, vol. 48, №1, 2005. Pp.527-533.4. Golubkov A.N., Kononenko A.A., Yukhimchuk A.A. "Thennodesorption of vanadium-hydride-based hydrogen isotope sources" / Fusion Science and Technology, an International Journal of the American Nuclear Society, vol. 48, No. 1, 2005. Pp. 527-533.
5. Голубков А.Н., Гришечкин С.К., Юхимчук A.A., Лобанов В.Н. «Источники изотопов водорода высокого давления на основе гидрида ванадия» / Сборник докладов международного семинара «Потенциал Российских Ядерных Центров и МНТЦ в тритиевых технологиях» (Саров, 17-21 мая 1999), Саров, 2000. Стр. 120-123.5. Golubkov A.N., Grishechkin S.K., Yukhimchuk A.A., Lobanov V.N. “Sources of high pressure hydrogen isotopes based on vanadium hydride” / Collection of reports of the international seminar “The Potential of Russian Nuclear Centers and ISTC in Tritium Technologies” (Sarov, May 17-21, 1999), Sarov, 2000. Pages. 120-123.
6. Лотоцкий М.В., Савенко А.Ф., Щур Д.В., Пишук В.К., Яртысь В.А., Мухачев А.П. «Металлогидридный накопитель/нагнетатель водорода» / Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials (Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов). Book of abstracts of the 9 International Conference ICHMS'05 (Sevastopol, Ukraine, September 5-11, 2005), Kiev: AHEU, 2005. Pp.822-823 (eng.), 824-825 (rus.).6. Lototsky M.V., Savenko A.F., Schur D.V., Pishuk V.K., Yartys V.A., Mukhachev A.P. "Hydrogen Storage / Hydrogen Supercharger" / Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials (Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials). Book of abstracts of the 9 International Conference ICHMS'05 (Sevastopol, Ukraine, September 5-11, 2005), Kiev: AHEU, 2005. Pp.822-823 (eng.), 824-825 (rus.).
7. Канончик Л.Е., Бабенко В.А., Васильев Л.Л. «Терморегулируемая система хранения водорода с использованием углеродных материалов» / Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials (Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов). Book of abstracts of the 10 International Conference ICHMS'07 (Sudak, Ukraine, September 22-28, 2007), Kiev: AHEU, 2007. Pp.1066-1067 (eng.), 1068-1069 (rus.).7. Kanonchik L.E., Babenko V.A., Vasiliev L.L. "Thermoregulated hydrogen storage system using carbon materials" / Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials (Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials). Book of abstracts of the 10 International Conference ICHMS'07 (Sudak, Ukraine, September 22-28, 2007), Kiev: AHEU, 2007. Pp.1066-1067 (eng.), 1068-1069 (rus.).
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008107539/22U RU75708U1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | DEVICE FOR STORAGE AND DELIVERY OF GAS FUEL |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008107539/22U RU75708U1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | DEVICE FOR STORAGE AND DELIVERY OF GAS FUEL |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU75708U1 true RU75708U1 (en) | 2008-08-20 |
Family
ID=39748373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008107539/22U RU75708U1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | DEVICE FOR STORAGE AND DELIVERY OF GAS FUEL |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU75708U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556110C2 (en) * | 2013-09-13 | 2015-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Method of storing and extracting hydrogen isotopes and apparatus therefor |
| RU173726U1 (en) * | 2016-12-21 | 2017-09-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Device for storing and supplying natural gas to the consumer |
-
2008
- 2008-02-27 RU RU2008107539/22U patent/RU75708U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556110C2 (en) * | 2013-09-13 | 2015-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Method of storing and extracting hydrogen isotopes and apparatus therefor |
| RU173726U1 (en) * | 2016-12-21 | 2017-09-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Device for storing and supplying natural gas to the consumer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0891294B1 (en) | Apparatus and methods for storing and releasing hydrogen | |
| US6709497B2 (en) | Honeycomb hydrogen storage structure | |
| JP6109979B2 (en) | Hydrogen storage tank with metal hydride | |
| JP5760000B2 (en) | Hydrogen storage tank with metal hydride | |
| US8636836B2 (en) | Finned heat exchangers for metal hydride storage systems | |
| US20030209149A1 (en) | Honeycomb hydrogen storage structure | |
| JP2009144901A (en) | Hydrogen storage system for fuel cell powered vehicle | |
| CN114593362B (en) | Solid alloy hydrogen storage rapid heat transfer structure and hydrogen storage system | |
| WO2010091178A1 (en) | Coiled and microchannel heat exchangers for metal hydride storage systems | |
| GB2574673A (en) | Hydrogen storage device and method of producing a hydrogen storage device | |
| CN110137534A (en) | Fuel cell system and hydrogen-powered vehicle | |
| JP6285867B2 (en) | Tanks that store hydrogen in the form of metal hydrides | |
| RU75708U1 (en) | DEVICE FOR STORAGE AND DELIVERY OF GAS FUEL | |
| RU81568U1 (en) | HYDROGEN EXTERNAL SURFACE METAL HYDROGEN CARTRIDGE | |
| ES2907065T3 (en) | Reactor for receiving a storage material and manufacturing method thereof | |
| CN209766556U (en) | Fuel cell system and hydrogen-powered vehicle | |
| CN110077225A (en) | Hydrogen-storing device and hydrogen-powered vehicle | |
| CN110425421A (en) | Hydrogen storage vessel, hydrogen-storing device and hydrogen-powered vehicle | |
| CN210174625U (en) | Hydrogen storage device and hydrogen powered vehicle | |
| CN210716941U (en) | Hydrogen storage container, hydrogen storage device and hydrogen powered vehicle | |
| RU91405U1 (en) | DEVICE FOR STORAGE AND DELIVERY OF GAS FUEL | |
| RU164881U1 (en) | METAL HYDROGEN STORAGE AND HYDROGEN PURIFICATION REACTOR | |
| JPS6116880B2 (en) | ||
| CN220727904U (en) | Solid-state hydrogen storage device | |
| CN219493819U (en) | Porous graphite grid temperature regulation and control metal hydrogen storage device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170228 |