СПОСОБ ХРАНЕНИЯ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА Российский патент 2015 года по МПК C01B3/00 C01B31/02 B82B3/00 B82Y40/00 B01J20/20 

Изобретение относится к способам хранения водорода и может быть использовано в водородной энергетике для получения, хранения и транспортировки водорода.

В настоящее время разработаны и успешно применяются в промышленности многочисленные технологии и устройства получения водорода, в частности ортоводорода. Основные проблемы связаны с необходимостью снижать энергопотребление и повышать экологичность и безопасность получения, хранения и транспортировки водорода как в газообразном, так и в жидком состояниях (см. например, В.Г. Цихисели Обоснование целесообразности применения в промышленности и на транспорте криоиспользующих преобразователей энергии // Альтернативная энергетика и экология. Международный научный журнал. - Саров: 2000).

Известно устройство и картридж для хранения сжатого газотурбинного водорода (патент RU 2440290, МПК С01В 3/00, F17C 11/00, 07.06.2007), содержащее корпус, микроконтейнеры, проницаемые для водорода, и арматуру для регулирования процесса выделения газообразного водорода.

Недостатком известного технического решения является недостаточно высокое соотношение массы запасенного водорода к общей массе устройства.

Известен также способ сорбции и хранения гелия или водорода (патент RU 2377176, МПК С01В 3/00, F17C 11/00, 22.08.2008), включающий получение водорода, использование микроконтейнеров для хранения водорода и введение в них водорода под давлением.

Недостатком известного способа является низкая сорбционная способность микроконтейнеров для хранения водорода в виде алюмосиликатных микросфер и непригодность их для использования в качестве топлива.

Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому способу хранения атомарного водорода является принятый за прототип способ ионной имплантации изотопов водорода в полые кристаллические наноструктуры (Заявка US №2009/0123789 А), основанный на использовании полых кристаллических наноструктур и ионной имплантации в них водорода.

Недостатком известного технического решения является высокая трудоемкость осуществления технологических операций.

Задачей заявленного изобретения является обеспечение надежного хранения атомарного водорода.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении надежности и топливной эффективности хранения атомарного водорода.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе хранения атомарного водорода, включающем использование нанодисперсного углерода, содержащего углеродные нанотрубки в качестве микроконтейнеров для хранения водорода, воздействие на полученный водород импульсным магнитным полем, пропускание водорода через нанодисперсный углерод при пульсирующем давлении, используют нанодисперсный углерод с удельной поверхностью от 200 до 550 м²/г, импульсное магнитное поле с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс и пульсирующее давление водорода с амплитудой более 0,1 МПа.

Принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа хранения атомарного водорода показана на чертеже.

Устройство содержит генератор (орто)водорода 1, приемник водорода 2, трубопровод 3, электромагнит 4, блок управления магнитной индукцией 5, аккумулятор атомарного водорода 6 и регулятор давления 7. В качестве микроконтейнеров для хранения водорода используют нанодисперсный углерод, содержащий углеродные нанотрубки, имеющий удельную поверхность от 200 до 550 м²/г и размещенный в аккумуляторе атомарного водорода 6.

В соответствии с принципом Паули электроны атомов водорода, образующих молекулу водорода, должны обязательно отличаться направлением собственного момента количества движения электрона (спином). Если же атомы водорода имеют параллельные спины, то они при взаимодействии упруго отталкиваются друг от друга и не образуют молекулу водорода Н₂. Только при взаимодействии атомов водорода с антипараллельными электронными спинами образуется молекула водорода. При генерации водорода в земных условиях магнитное поле Земли нарушает равновероятностный процесс и задает преимущественную ориентацию спина электрона. В результате при температуре выше 273К водород представляет собой смесь: 25% пара- и 75% ортоводорода.

Существование водорода одновременно в двух изомерных формах вызывает определенные сложности при его снижении и связано это с дополнительным выделением энергии при их рекомбинации. В связи с этим необходимо осуществлять орто-пара конверсию водорода и/или разрабатывать способы раздельного хранения атомарного водорода с антипараллельными электронными спинами, воздействуя на водород сильным внешним магнитным полем с управляемым вектором и амплитудой.

Предлагаемый способ в устройстве реализуют следующим образом.

Водород после генератора 1 в приемнике 2 разделяют на два потока и воздействуют на разделенные потоки водорода импульсным магнитным полем с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс антипараллельного направления и пропускают разделенные потоки через нанодисперсный углерод, размещенный в аккумуляторах атомарного водорода 6, при пульсирующем давлении водорода с амплитудой более 0,1 МПа.

В выполненных исследованиях в аккумуляторах атомарного водорода 6 был использован нанодисперсный углерод, содержащий около 30% по объему углеродных нанотрубок, с высокой поверхностной активностью и имеющий удельную поверхность порядка 300 м² на 1 г массы.

Изобретение относится к химии и водородной энергетике и может быть использовано в транспортном машиностроении. Водород получают в генераторе 1, направляют в приёмник 2, разделяют на два потока 3 и воздействуют на них импульсным магнитным полем с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс. Затем пропускают через аккумуляторы атомарного водорода 6, заполненные нанодисперсным углеродом, содержащим углеродные нанотрубки с удельной поверхностью от 200 до 550 м²/г в качестве микроконтейнеров для хранения водорода, при пульсирующем давлении водорода с амплитудой более 0,1 МПа. Обеспечивается надёжное и безопасное хранение водорода. 1 ил.

Способ хранения атомарного водорода, включающий использование нанодисперсного углерода, содержащего углеродные нанотрубки в качестве микроконтейнеров для хранения водорода, воздействие на полученный водород импульсным магнитным полем, пропускание водорода через нанодисперсный углерод при пульсирующем давлении, отличающийся тем, что используют нанодисперсный углерод с удельной поверхностью от 200 до 550 м²/г, импульсное магнитное поле с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс и пульсирующее давление водорода с амплитудой более 0,1 МПа.