АППАРАТ ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ ВОДОРОДА Российский патент 1995 года по МПК F17C11/00 

Изобретение относится к химическому машиностроению, а именно к устройствам для аккумулирования водорода при помощи гидридообразующих сплавов и проведения химических реакций, и может быть использовано в химической, электронной промышленности, металлургии.

Поглощение и выделение водорода гидридообразующими сплавами протекают с значительными тепловыми эффектами, поэтому одной из наиболее важных проблем для таких аппаратов является проблема теплопередачи в слое сплава и от стенки аппарата к слою.

Известен аппарат для аккумулирования водорода, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, круглые контейнеры для сорбента, технологические патрубки и штуцер для засыпки сорбента [1]
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является аппарат для аккумулирования водорода, содержащий вертикальный цилиндрический корпус высокого давления с крышкой и днищем, центральную перфорированную трубу, установленные друг над другом кольцевые модули с крышкой и днищем, сорбентом внутри и технологически патрубки [2]
Недостатками вышеописанных аппаратов является невысокая их надежность, связанная с образованием в процессе работы локальных зон перегрева сорбента, что может приводить к его спеканию в отдельных зонах модулей, а также измельчением сорбента в работе до размеров нескольких микрон, вследствие чего сорбент просыпается из контейнеров и уносится из аппарата, что приводит к нарушениям технологического режима в процессе эксплуатации аппарата и может являться причиной вывода его из строя. Из-за отсутствия размещенных внутри модулей теплообменных поверхностей известны аппараты характеризуются плохой теплопередачей в слое гидридообразующего сплава и, соответственно, большими временами поглощения и выделения водорода.

Задача изобретения повышение надежности аппарата и эффективности его работы.

Для этого в аппарате для аккумулирования водорода, содержащем цилиндрический корпус высокого давления с крышкой и днищем, центральную перфорированную трубу, установленные друг над другом модули с крышкой, днищем и сорбентом внутри и технологические патрубки, согласно изобретению модули снабжены размещенными внутри теплообменными поверхностями, при этом модули сгруппированы в две секции теплообменные поверхности каждой секции соединены параллельно в коллекторы, причем коллекторы одной секции выведены через крышку, а коллекторы другой через днище корпуса. Кроме того, крышки модулей выполнены коническими, а модули снабжены установленными над и под слоем сорбента фильтрующими перегородками.

Предлагаемое размещение внутри модулей теплообменных поверхностей позволяет увеличить скорость отвода и подвода тепла к гидридообразующему сплаву, что уменьшает время, затрачиваемое на поглощение и выделение водорода, при этом исключается возможность образования зон локального перегрева сорбента и его спекания в отдельных частях модуля. Группирование модулей в две секции, соединение теплообменных поверхностей каждой секции параллельно в коллекторы и вывод коллекторов одной секции через крышку, а коллекторов другой через днище корпуса уменьшают гидравлическое сопротивление в коллекторах теплоносителя и позволяют использовать коллекторы меньшего диаметра, что, в свою очередь, уменьшает диаметр цилиндрического корпуса аппарата и приводит к повышению эффективности его работы. Кроме того, повышается надежность аппарата за счет уменьшения диаметра и количества отверстий, расположенных в крышке. В случае выхода из строя одной секции модулей аппарат для аккумулирования водорода может работать с половинной производительностью. Выполнение крышек модулей коническими делает их более жесткими в условиях частых перепадов давления и температуры. Использование в модулях фильтрующих перегородок, установленных над и под слоем сорбента, повышает надежность аппарата за счет устранения возможности попадания порошка интерметаллида в трубопроводы.

На фиг.1 показан аппарат, продольный разрез; на фиг.2 вид одного модуля; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2.

Аппарат содержит цилиндрический корпус высокого давления 1 с крышкой 2 и днищем 3, центральную перфорированную трубу 4, установленные друг над другом модули 5 с крышками 6, перфорированными днищами 7, сорбентом (не показан) и технологические патрубки 8 и 9, внутри каждого модуля 5 размещена теплообменная поверхность 10, при этом теплообменные поверхности 10 одной части модулей 5 соединены параллельно в коллекторы 11 и 12 с выходом через крышку 2 корпуса 1, а теплообменные поверхности 10 другой части модулей 5 параллельно в коллекторы 13 и 14 с выходом через днище 3 корпуса 1, охватывающие центральную трубу 4 крышки 6 модулей 5 выполнены коническими, а модули 5 снабжены фильтрующими перегородками 15 и высокопористым ячеистым металлическим материалом 16 с сорбентом, причем фильтрующие перегородки установлены над и под слоем высокопористого ячеистого металлического материала 16. На каждом из модулей выполнен штуцер 17 для засыпки в него сорбента.

Аппарат для аккумулирования водорода работает следующим образом.

При аккумулировании водород поступает в аппарат по патрубку 8, проходит через перфорированные днища 7 и сквозь фильтрующие перегородки 15, попадает в слой высокопористого ячеистого металлического материала 16 с сорбентом и активно поглощается сорбентом, охлаждаемым хладагентом, подаваемым по коллекторам 11 и 13 в теплообменные поверхности 10, (благодаря хорошей теплопроводности высокопористого ячеистого металлического материала 16 холод равномерно распределяется по всему объему каждого модуля 5). При выдаче водорода потребителю по коллекторам 11 и 13 подается тепло в теплообменные поверхности 10, которое благодаря высокопористому ячеистому металлическому материалу 16 равномерно распределяется по всему объему каждого модуля 5 и обеспечивает выделение водорода под давлением в перфорированной центральной трубе 4 и выдачу его потребителю через патрубок 9. Охлажденный теплоноситель выводится по коллекторам 12 и 14.

Сущность изобретения: аппарат для аккумулирования водорода содержит цилиндрический корпус высокого давления с крышкой и днищем, центральную перфорированную трубу, установленные друг над другом модули с крышками и перфорированными днищами, технологические патрубки. Внутри каждого модуля размещена теплообменная поверхность. Теплообменные поверхности одной части модулей соединены параллельно в коллекторы и с выходом через крышку корпуса, а теплообменные поверхности другой части модулей параллельно в коллекторы и с выходом через днище корпуса. Модули снабжены фильтрующими перегородами и высокопористым ячеистым металлическим материалом. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. АППАРАТ ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ ВОДОРОДА, содержащий цилиндрический корпус высокого давления с крышкой и днищем, центральную перфорированную трубу, установленные друг над другом модули с крышкой, днищем, сорбентом внутри и технологические патрубки, отличающийся тем, что модули снабжены размещенными внутри теплообменными поверхностями, при этом модули сгруппированы в две секции и теплообменные поверхности каждой секции соединены параллельно в коллекторы, причем коллекторы одной секции выведены через крышку, а коллекторы другой через днище корпуса. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что крышки модулей выполнены коническими. 3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что модули снабжены установленными над и под слоем сорбента фильтрующими перегородками.