Реактор для аккумулирования водорода

СОЮЗ СОВЕТСКИХсоцидлистичЬскиРЕСПУБЛИК 1)5 Р 17 С 11 Я САНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТ ОМУ СВИДЕТЕЛЪСТ ский цев,нев И Изобретен таллогидридн использовано да,Цель изобивности залощения-вохраненииния,На фиг, 1- то же, с рулоный разрез; нразрез. Реа корпус распол матери газа иф рулоно ческой цилиндрического шки 3, каркаса 4 с дридооб разую щим вода 5 и вывода б ркас 4 выполнен из олосы 10 металли ктор состоит из1, днища 2, кры женным в нем ги алом, патрубков в ильтров 7 и 8. Ка 9, содержащих и сетки с гофрами 1 пре рул сы ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) РЕАКТОР ДЛЯ АККУМУЛИРОВВОДОРОДА относится к области меехнологии и может быть аккумулирования водороретения - повышения эффекчет увеличения скорости поыделения водорода при идравлического сопротивлезображен реактор; на фиг, 2 нами из двух полос, поперечфиг, 3 - то же, продольный Ж 1686249(57) Изобретение относится к металлогидридной технологии, может быть использовано для аккумулирования водорода, Цель изобретения - повышение зффективности за счет увеличения скорости поглощения- выделения водорода при сохранении гидравлического сопротивления, Реактор выполнен в виде цилиндрического корпуса с патрубками ввода и вывода газа, снабжен каркасом для размещения порошкообразного гидридообразующего материала, который выполнен в виде расположенных по высоте рулонов, скрученных из одной или двух полос гофрированной металлической сетки, 2 з.п, ф-лы, 3 ил., 3 табл,На фиг. 2 и 3 Ьг - высота гофра, О - диаметр рулона, а - угол наклона гофра к оси рулона, при этом а составляет 30-60 О, О/Ьг - 6-12, Ьг5 мм, Реактор работает следуйъщим образом, О В стадии сорбции водороД" пропускает- ОО ся через патрубок 5 ввода гаф; фильтр 7 в (Ь днище 2 и поглощается материалом, нахо- Я дящимся в каркасе 4, который помещен в ф корпус 1, При десорбции газ проходит через О фильтр 8 в крышке 3 и выходичерез патрубок 6 вывода газа,П р и м е р. В реактор цилиндрической а формы с внутренним диаметром 18 мм вставляют каркас, выполненный из рулонов, скрученных из двух полос гофрированной сетки из нержавеющей стали, Высота одно-. го рулона 40 мм, Характеристики каркаса дставлены в табл. 1, При скручивании она две одинаково гофрированные поло- повернуты друг относительно друга та 1686249ким образом, чтобы направление линий гофров на полосах были различны, 8 свободное пространство каркаса засыпают мелкодисперсный порошок ЕгСгРе, предварительно активированный в циклах сорбции-десорбции водорода, После активации размер частиц составил менее 140 мкм,Реактор подсоединен к установке для определения скорости сорбции и количества поглощенного водорода объемным методом.Скорость сорбции определили при начальном давлении 0,3 МПа. При этом с помощью термостата на внешней поверхности реактора поддерживали температуру 295 К,В табл, 2 приведены результаты испытания реакторов с карасами, имеющими различные характеристики.Из табл. 2 следуе, что каркас из рулонов, скрученных из двух полос, одна из которых негофрирована, характеризуется невысокой скоростью газа, соответствуюцей началу псевдоожижения мелкодисперсных частиц материала и большим дюдравлическим сопротивлением.Каркасы из рулонов, скрученных из одной или двух полософрированной сетки, обладают меньшим гидравлическим сопротивлением и более высокой скоростью газа, соответствующей началу псевдоожижения частиц материала, по сравнению с каркасом из рулонов, имеющих полосу из негофриоованной сетки, при примерно одинаковом содержании порошкообразного материала в свободном объеме каркаса. Содержание материала в свободном объеме каркаса характеризует количество водорода, которое может быть аккумулировано в единице объема,В каркасе из рулонов, скрученных из двух полос гофрированной сетки, полосы расположены таким образом, чтобы линииФвдоль гофров на них имели разное напоавление и не были параллельны.Рулоны из одной полосы помещаются в реактор таким образом, чтобы линии вдоль гофров двух соседних рулонов не были параллельны. Такое устройство рулонов и их расположение в каркасе позволяет достичь равномерного распределения порошкообразного материала в реакторе при прохождении через него газа.Угол наклона линий вдоль гофра к оси рулона ограничен следующими факторами. При величине угла более 60 расположение гофров не способствует распределению частиц ма ериала по высоте каркаса при загрузке ИМС в реактор, Поэтому материал скапливается в верхней части каркаса и общее количество материала, которое может30 40 находиться в свободном объеме каркаса, уменьшается, При угле наклона менее 30наблюдается резкое уменьшение скорости газа, соответствующей псевдоожижению слоя материала и возможен унос частиц при низких скоростях газа, Поэтому угол наклона линий вдоль гофра к оси рулона в интервале значений от 30 и 60 является оптимальным (табл. 3), Из данных табл, 2видно, что существует оптимальный интервал значений отношения диаметра рулона к высоте гофра. При величине отношения меньше 6 растет гидравлическое сопротивление движению газа в реакторе. При величине отношения больше 12 уменьшается количество материала, которое может находиться в свободном объеме каркаса,Таким образом, с точки зрения количества материала в единице объема каркаса, максимальной скорости газа в реакторе и .гидравлического сопротивления каркасы из рулонов с отношением диаметра рулона к высоте гофра от 6 до 12 являются оптимальными.Экспериментально обнаружено, что при высоте гофра больше 5 мм возможно образование плотного слоя материала вобъеме каркаса, что приводит к снижению максимально возможной скорости газа в реакторе и увеличению его гидравлического сопротивления. Таким образом, отношение диаметра рулона к высоте гофра от 6 до 12является оптимальным для реакторов с диаметром до 60 мм, При использовании реакторов с диаметром более 60 мм высотагофра не должна превышать 5 мм,Увеличение скорости поглощения водорода с использованием реактора с каркасом из рулонов связано с улучшением условий теплопереноса и уменьшением сопротивления движению газа.Для многих известных материалов скорость поглощения водорода ограничена скоростью отвода выделяющегося тепла,45 Коэффициент теплопроводности в слое порошкообразного материала равенВт/мК.Наличие каркаса приводит к дополнительному отводу тепла и увеличивает коэффициент теплопроводности всей системы каркас- материал до величины, большей коэффициента теплопроводности гранулированного сорбента (равен 3,5 Вт/м К),При многократном повторении цикловпоглощения-выделения водорода в реакторе с каркасом из рулонов из сетки не наблюдается деформации стенок реактора. Это связано с тем, что наличие каркаса, в свободном пространстве которого находится порошкообразный материал, препятствует образованию плотного слоя, в котором раз1686249 Таблица 1 вбиваются значительные механические напряжения при поглощении водорода.Изтабл,2 следует, что признак, касающийся определения размера гофра - высота не более 5 мм, является необходи мым для достижения положительного эффекта, Увеличение высоты гофра с 5 до 7 мм (две нижние строки табл. 2) приводит к резкому увеличению гидравлического сопротивления (в два раза) независимо от 10 типоразмера устройства, а следовательно, и уменьшению скорости поглощения-выделения водорода. Это связано с уплотнением порошка материала в объеме каркаса. Таким образом, ограничение высоты гофра не 15 более 5 мм важно при любых типоразмерах устройства.Изменение высоты гофра в меньшую сторону возможно, при этом гидравлическое сопротивление реактора будет менять ся слабо (табл. 2, 6 графа, строчки 3-8), однако в этом случае будет уменьшаться количество материала в единице объема реактора (табл, 2, 4 графа) и, следовательно, количество поглощаемого водорода. С дру гой стороны при соотношении диаметра реактора к высоте гофра(6 изготовить каркас технически сложно. Поэтому при уменьше-. нии размеров устройства уменьшать высоту гофра необходимо, На основании этого де лаем вывод, что при высотах гофра меньше 5 мм для получения максимальной эффективности необходимо придерживаться отношения диаметра рулона к высоте гофра 6-12, 35В табл. 2 в 3 строке показано, что при отношении диаметра рулона к высоте гофра 26 количество материала в единице объема меньше в два раза, чем при отношении 6 в строке 7, а при отношении 3,8 возрастает 40 гидравлическое сопротивление. Кроме того, при значениях отношения диаметра рулона к высоте гофра меньше 6 возникают трудности и при изготовлении рулонов, поэтому и количество данных в этом предельном слу чае ограничено. Изменение соотношения в сторону увеличения приводит к снижению количества материала в единице объема при сохранении гидравлического сопротивления. При соотношении диаметра рулона к высоте гофра равному 14 количество материала в ездинице объема уменьшается до 1000 кгм при том же гидравлическом сопротивлении,Так как скорость процесса, характеризующаяся количеством водорода, поглощенного единицей массы.сорбента за единицу времени, не постоянна из-за тепловых эффектов в реакторах данного типа, т,е. уменьшается в ходе процесса, то в литературе принято проводить сравнение различных типов реакторов по зависимости степени заполнения сорбента от времени при одинаковых Р и Т. Так степень насыщения Р = 0,5 для предлагаемого реактора достигается за 12 с, для прототипа - за 28 с, а для плотного слоя - более чем за 160 с. Формула изобретения 1, Реактор для аккумулирования водорода, содержащий цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода газа, в котором расположен каркас для размещения порошкообразного гидридообразующего материала в виде свернутых полос, отл ич а ю щи йс я тем, что, с целью повышения эффективности за счет увеличения скорости поглощения-выделения водорода при сохранении гидравлического сопротивления, колосы выполнены из гофрированной металлической сетки и образуют расположенные по высоте корпуса рулоны, при этом угол наклона линии гофра к оси рулона составляет 30-60, отношение диаметра рулона к высоте гофра 6-12 при высоте гофра не более 5 мм.2. Реактор по и. 1, отл ич а ю щи й с я тем, что соседние рулоны имеют непараллельные между собой линии гофров.3. Реактор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что рулоны образованы двумя свернутыми полосами.ысота офра,Отношдиаметрлона к вгофр 12 10 6,3,8 2,6 ри скорости газа 1 и аблиц Копичестео матери 1,4 2,6 2,7 29 1,6 1,6 - 1, 1,0 - 1,2,о 0,7 1,5 1,7 2 Я) 27 5,0 7,0 е единице объемаркаса 10 кгмз3 7 ость газ твующая доожижен Таблица 21686249 Составитель Г.ОльшанскаяТехред М.Моргентал Редакт ектор М.Максимиш оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3589 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж;35, Раушская наб., 4/5