ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к промышленному оборудованию, в частности, к устройству для автоматического и непрерывного производства водорода.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЮ
В последние годы экологические проблемы Земли приобретают все более серьезный характер: прежде всего это касается соединений CO2, CO и S, выбрасываемых выхлопными газами автомобилей, что приводит к возникновению парникового эффекта в атмосфере и вызывает серьезное загрязнение атмосферы. Все большее внимание уделяется автомобилям, работающим на новых источниках энергии, которые приходят на смену автомобилям с двигателем внутреннего сгорания: в первую очередь, это автомобили на водородных топливных элементах, которые известны своим нулевым выбросом вредных веществ и длительным сроком службы батарей.
В автомобилях, работающих на водородных топливных элементах, в качестве топлива используется твердый водород, который вступает в реакцию в устройстве для производства водорода. Твердый водород - это не твердая форма водорода в традиционном смысле слова, а металлогидрид, в котором водород объединен с металлом и существует в виде твердого вещества; по сравнению с жидким водородом и газообразным водородом твердый водород не только может храниться при комнатной температуре, но и обладает преимуществом высокой безопасности.
Известное из уровня техники устройство производства водорода, в котором металлогидрид сначала закладывается, а затем смешивается с жидким реагентом (водой), имеет следующие недостатки:
1. металлогидрид и/или жидкий реагент не могут добавляться непрерывно в процессе производства водорода, из-за чего не может быть достигнута непрерывность получения водорода с помощью твердого гидрида;
2. в связи с необходимостью одновременного размещения большего количества твердых гидридов, камера производства водорода имеет большой объем и низкую плотность энергии, а также занимает большее монтажное пространство, что не способствует компактности; и
3. побочные продукты, образующиеся в результате реакции производства водорода, требуют ручной очистки; устройство для производства водорода не оснащено устройствами систематической подачи, рециркуляции и последующей обработки; в связи с этим трудно реализовать промышленное применение производства водорода из твердотельных гидридов в транспортных средствах, работающих на новых источниках энергии, а также в сфере промышленного и коммерческого производства.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является преодоление выявленных в уровне техники недостатков, а также создание устройства для автоматического и непрерывного производства водорода, в котором реализуются управляемость и непрерывность реакции производства водорода, в сочетании с высокой безопасностью процесса.
Для достижения указанной цели в настоящем изобретении приняты следующие технические решения:
в состав устройства для автоматического и непрерывного производства водорода входят загрузочный порт 14, система управления 8, сырьевой резервуар 2 для хранения металлогидрида, водяной резервуар 4 для хранения жидкого реагента, водородный резервуар 3 для хранения водорода, получаемого в результате реакции металлогидрида и жидкого реагента, рециркуляционная камера 5 для рециркуляции и буферизации побочного продукта, получаемого в результате реакции металлогидрида и жидкого реагента, и камера 1 производства водорода, где: сырьевой резервуар 2 соединен с камерой 1 производства водорода; водяной резервуар 4 соединен с камерой 1 производства водорода; а сырьевой резервуар 2, водяной резервуар 4 и рециркуляционная камера 5 также соединены с загрузочным портом 14, соответственно.
В предпочтительном случае система управления 8 производством водорода управляет поступлением в камеру 1 производства водорода партиями металлогидрида и жидкого реагента из сырьевого резервуара 2 и водяного резервуара 4, соответственно, которые затем реагируют с получением водорода и твердожидкой смеси; управляет поступлением в водородный резервуар 3 водорода с последующим его там хранением; управляет поступлением в рециркуляционную камеру 5 твердожидкой смеси с последующим ее там хранением; и для обеспечения цикличности процесса управляет давлением в водородном резервуаре 3 для повторного поступления в камеру 1 производства водорода металлогидрида и жидкого реагента из сырьевого резервуара 2 и водяного резервуара 4, соответственно.
В предпочтительном случае в состав камеры 1 производства водорода входят переходная камера 1a для буферизации металлогидрида из сырьевого резервуара 2 и реакционная камера 1b, которая соединена с переходной камерой 1a и используется для обеспечения контакта и последующего реагирования металлогидрида с жидким реагентом; сырьевой резервуар 2 соединен с переходной камерой 1a; водяной резервуар 4 соединен с реакционной камерой 1b; рециркуляционная камера 5 соединена с реакционной камерой 1b; сырьевой резервуар 2, водяной резервуар 4 и рециркуляционная камера 5 соединены с загрузочным портом 14, соответственно.
В предпочтительном случае в состав устройства для автоматического и непрерывного производства водорода дополнительно входит вакуумный насос 27, который соединен с переходной камерой 1a.
В предпочтительном случае под управлением системы управления 8 сырьевой резервуар 2 подает металлогидрид в реакционную камеру 1b через переходную камеру 1a партиями, а водяной резервуар 4 подает жидкий реагент в реакционную камеру 1b партиями, соответственно; металлогидрид и жидкий реагент одной партии реагируют в реакционной камере 1b с получением водорода и побочного продукта, при этом водород из реакционной камеры 1b поступает на хранение в водородный резервуар 3, а побочный продукт отводится из реакционной камеры 1b в рециркуляционную камеру 5; затем в реакционную камеру 1b подается следующая партия металлогидрида и жидкого реагента.
В предпочтительном случае в качестве металлогидрида используют порошок или гранулированное твердое вещество, в качестве жидкого реагента - воду, а в качестве побочного продукта - твердожидкую смесь.
В предпочтительном случае сырьевой резервуар 2 соединен нижним концом с переходной камерой 1a через первый клапан 10, переходная камера 1a соединена нижним концом с реакционной камерой 1b через четвертый клапан 10a, а первый 10 и четвертый 10a клапаны соединены, соответственно, с системой управления 8;
водяной резервуар 4 соединен с реакционной камерой 1b через первый водяной насос 18 и второй клапан 11, а первый водяной насос 18 и второй клапан 11, соответственно, соединены с системой управления 8; и
рециркуляционная камера 5 расположена под реакционной камерой 1b и соединена с нижним концом реакционной камеры 1b через третий клапан 12, а третий клапан 12 соединен с системой управления 8.
В предпочтительном случае реакционная камера 1b соединена с сепаратором 7 для отделения газа от жидкости, сепаратор 7 соединен с водородным резервуаром 3 через двенадцатый клапан 29, сепаратор 7 также соединен с водородным резервуаром 3 через подпорный насос 9, а двенадцатый клапан 29 и подпорный насос 9 соединены с системой управления 8.
В предпочтительном случае сырьевой резервуар 2 расположен по одну сторону от камеры 1 производства водорода и соединен с ней посредством первого клапана 10 через транспортер 28, а транспортер 28 соединен с системой управления 8.
В предпочтительном случае камера 1 производства водорода также содержит систему охлаждения, расположенную возле реакционной камеры 1b; водяной резервуар 4 соединен с впуском воды в систему охлаждения через первый водяной насос 18 и пятый клапан 20; выпуск воды из системы охлаждения соединен с водяным резервуаром 4, а пятый клапан 20 соединен с системой управления 8.
В предпочтительном случае рециркуляционная камера 5 содержит фильтрационный резервуар 5c, первый водосборный резервуар 5a и второй водосборный резервуар 5b независимо от того, предусмотрен ли фильтр между фильтрационной камерой 5c и первым водосборным резервуаром 5a; первый водосборный резервуар 5a соединен со вторым водосборным резервуаром 5b через первый односторонний клапан 19; первый односторонний клапан 19 сообщается со вторым водосборным резервуаром 5b через первый водосборный резервуар 5a; второй водосборный резервуар 5b соединен с водяным резервуаром 4 через второй водяной насос 6; а второй водяной насос 6 соединен с системой управления 8.
В предпочтительном случае между фильтрационной камерой 5с рециркуляционной камеры 5 и загрузочным портом 14 дополнительно располагается сушильная коробка 26; вход сушильной коробки 26 соединен с фильтрационным резервуаром 5с через шестой клапан 22, а выход сушильной коробки 26 соединен с загрузочным портом 14 через второй односторонний клапан 24; второй односторонний клапан 24 сообщается через сушильную коробку 26 с загрузочным портом 14; в верхней части сушильной коробки 26 также находится восьмой клапан 25; а шестой клапан 22 и восьмой клапан 25 соединены, соответственно, с системой управления 8.
В предпочтительном случае устройство для автоматического и непрерывного производства водорода также содержит вакуумный насос 27, соединенный с сушильной коробкой 26, где вакуумный насос 27 соединен с переходной камерой 1a через седьмой клапан 23, а вакуумный насос 27 и седьмой клапан 23 соединены, соответственно, с системой управления 8.
В предпочтительном случае устройство для автоматического и непрерывного производства водорода по пункту 1 также содержит топливный элемент 17, причем водородный резервуар 3 соединен с топливным элементом 17 через управляющий клапан 13 и из него подается водород к топливному элементу 17; топливный элемент 17 соединен с водяным резервуаром 4 и используется для рециркуляции воды, вырабатываемой топливным элементом 17; а управляющий клапан 13 соединен с системой управления 8.
В предпочтительном случае в верхней части сырьевого резервуара 2 располагается девятый клапан 21a; в верхней части водяного резервуара 4 располагается десятый клапан 21b; в верхней части второго водосборного резервуара 5b рециркуляционного резервуара 5 располагается одиннадцатый клапан 21c; при этом девятый клапан 21a, десятый клапан 21b и одиннадцатый клапан 21c используются для выпуска воздуха.
В предпочтительном случае сырьевой резервуар 2 соединен с загрузочным портом 9000 через первую загрузочную трубу 2003; водяной резервуар 4 соединен с загрузочным портом 9000 через вторую загрузочную трубу 4004; рециркуляционная камера 5 соединена с загрузочным портом 9000 через первую рециркуляционную трубу 5008; на третьей впускной трубе 2001 расположен третий впускной клапан 2002, который соединен с системой управления 8 производством водорода; на четвертой впускной трубе 4001 расположены четвертый впускной клапан 4002 и четвертый впускной насос 4003, которые соединены с системой управления 8 производством водорода; на второй выпускной трубе 3001 расположены второй выпускной клапан 3002 и второй выпускной насос 3003, которые соединены с системой управления 8 производством водорода; на третьей выпускной трубе 5001 расположен третий выпускной клапан 5002, который соединен с системой управления 8 производством водорода.
В соответствии с устройством для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению камера для производства водорода функционирует как реакционный сосуд для жидкого реагента и гидрида металла, рециркуляционная камера используется для рециркуляции побочного продукта из реакционной камеры, а водородный резервуар получает и хранит водород из реакционной камеры, при этом рециркуляционная камера и водородный резервуар могут со временем высвобождать объем реакционной камеры, за счет чего осуществляется непрерывная и контролируемая реакция производства водорода, и при этом осуществляется рециркуляция побочного продукта реакции. Сырьевой резервуар, водяной резервуар и рециркуляционная камера соответственно соединены с загрузочным портом таким образом, что достигается синхронное выполнение операций по добавлению сырья и рециркуляции побочных продуктов устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению, а также обеспечивается экономия рабочих процессов и времени. Кроме того, сырьевой резервуар устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению может быть использован для хранения металлогидрида при нормальной температуре и нормальном давлении, что удобно, безопасно и способствует снижению себестоимости устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению. Камера производства водорода содержит переходную камеру, которая может получать металлогидрид из сырьевого резервуара партиями, а реакционная камера камеры производства водорода может получать жидкий реагент из водяного резервуара также партиями. Кроме того, реакционная камера функционирует как реакционный сосуд для металлогидрида и жидкого реагента, а переходная камера обеспечивает герметичность реакционной камеры, что способствует улучшению и обеспечению чистоты водорода в реакционной камере и повышает безопасность использования устройства.
Кроме того, устройство для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению имеет рациональную конструкцию, может эффективно контролироваться по масштабу, может быть установлено на мобильном устройстве, например, автомобиле, работающем на энергии водорода, удобно в применении и транспортировке.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На ФИГ. 1 представлена структурная схема первого варианта осуществления устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению;
На ФИГ. 2 представлена структурная схема второго варианта осуществления устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению;
На ФИГ. 3 представлена структурная схема, на которой устройство для автоматического и непрерывного производства водорода взаимодействует с устройством для получения твердотельного водорода; и
На ФИГ. 4 представлена структурная схема третьего варианта осуществления устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Частные варианты осуществления устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению подробно описаны ниже со ссылкой на варианты осуществления, проиллюстрированные на ФИГ. 1-3. Устройство для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению не ограничивается приведенными вариантами описаний осуществления.
В состав устройства для автоматического и непрерывного производства водорода входят загрузочный порт 14, система управления 8, сырьевой резервуар 2 для хранения металлогидрида, водяной резервуар 4 для хранения жидкого реагента, водородный резервуар 3 для хранения водорода, получаемого в результате реакции металлогидрида и жидкого реагента, рециркуляционная камера 5 для рециркуляции и буферизации побочного продукта, получаемого в результате реакции металлогидрида и жидкого реагента, и камера 1 производства водорода;
В состав камеры 1 производства водорода входят переходная камера 1a для буферизации металлогидрида из сырьевого резервуара 2 и реакционная камера 1b, которая соединена с переходной камерой 1a и используется для обеспечения контакта и последующей реакции металлогидрида с жидким реагентом; сырьевой резервуар 2 соединен с переходной камерой 1a; водяной резервуар 4 соединен с реакционной камерой 1b; рециркуляционная камера 5 соединена с реакционной камерой 1b; сырьевой резервуар 2, водяной резервуар 4 и рециркуляционная камера 5 соединены с загрузочным портом 14, соответственно.
В соответствии с устройством для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению переходная камера 1a камеры 1 производства водорода может получать металлогидрид из сырьевого резервуара 2 партиями, реакционная камера 1b камеры 1 производства водорода может получать жидкий реагент из водяного резервуара 4 также партиями, а реакционная камера 1b функционирует как реакционный сосуд для жидкого реагента и гидрида металла, рециркуляционная камера 5 используется для рециркуляции побочного продукта из реакционной камеры, а водородный резервуар 3 получает и хранит водород из реакционной камеры 1b, при этом рециркуляционная камера 5 и водородный резервуар 3 могут со временем высвобождать объем реакционной камеры, за счет чего осуществляется непрерывная и контролируемая реакция производства водорода, при этом также осуществляется рециркуляция побочного продукта реакции. Сырьевой резервуар 2, водяной резервуар 4 и рециркуляционная камера 5 соединены, соответственно, с загрузочным портом 14 таким образом, что достигается синхронное выполнение операций по добавлению сырья и рециркуляции побочных продуктов устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению, а также обеспечивается экономия рабочих процессов и времени. Кроме того, сырьевой резервуар 2 устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению может быть использован для хранения металлогидрида при нормальной температуре и нормальном давлении, что удобно, безопасно и способствует снижению себестоимости устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению.
Следует отметить, что на ФИГ. 1-3, если иное не оговаривается, левая сторона каждого чертежа относится к верхней стороне устройства для автоматического и непрерывного производства водорода, правая сторона - к нижней стороне устройства для автоматического и непрерывного производства водорода, нижняя сторона - к левой стороне устройства для автоматического и непрерывного производства водорода, а верхняя сторона - к правой стороне устройства для автоматического и непрерывного производства водорода.
На ФИГ. 1 представлен первый вариант осуществления устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению.
Как показано на ФИГ. 1, в состав устройства для автоматического и непрерывного производства водорода входят сырьевой резервуар 2, камера 1 производства водорода, рециркуляционная камера 5, водяной резервуар 4, расположенный слева от рециркуляционной камеры 5, водородный резервуар 3, расположенный над водяным резервуаром 4, загрузочный порт 14 и система управления 8, которые размещаются друг над другом (сверху вниз); камера 1 производства водорода содержит переходную камеру 1a и реакционную камеру 1b, которая расположена под переходной камерой 1a и соединена с переходной камерой 1a.
Сырьевой резервуар 2 используется для хранения металлогидрида и подачи металлогидрида в переходную камеру 1а; водяной резервуар 4 используется для хранения жидкого реагента и подачи жидкого реагента в реакционную камеру 1b; переходная камера 1a используется для буферизации металлогидрида из сырьевого резервуара 2 и подачи металлогидрида в реакционную камеру 1b, а реакционная камера 1b функционирует как реакционная емкость для металлогидрида и жидкого реагента; рециркуляционная камера 5 используется для рециркуляции побочного продукта из реакционной камеры 1b.
Сырьевой резервуар 2 соединен нижним концом с переходной камерой 1a через первый клапан 10, переходная камера 1a соединена нижним концом с реакционной камерой 1b через четвертый клапан 10a; реакционная камера 1b соединена с рециркуляционной камерой 5 через третий клапан 12; водяной резервуар 4 соединен с реакционной камерой 1b через первый водяной насос 18 и второй клапан 11; реакционная камера 1b соединена с водородным резервуаром 3 через сепаратор 7 для выполнения операции разделения газов и жидкостей и двенадцатый клапан 29; первый клапан 10, четвертый клапан 10a, третий клапан 12, первый водяной насос 18, второй клапан 11 и двенадцатый клапан 29 соединены с системой управления 8, соответственно. Во-первых, переходная камера 1a способствует повышению герметичности реакционной камеры 1b и препятствует попаданию воздуха в реакционную камеру 1b из сырьевого резервуара 2; во-вторых, переходная камера 1a имеет меньший размер (объем), чем у реакционной камеры 1b, а вакуумному насосу 27 требуется меньше времени для откачки из переходной камеры 1a, что препятствует снижению эффективности работы устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению, так как откачка из реакционной камеры 1b осуществляется вакуумным насосом 27 после каждой загрузки в реакционную камеру 1b.
В предпочтительном случае нижние концы сырьевого резервуара 2, переходной камеры 1a и реакционной камеры 1b имеют воронкообразную конструкцию, что облегчает выгрузку материалов из сырьевого резервуара 2, переходной камеры 1a и реакционной камеры 1b.
В предпочтительном случае как показано на ФИГ. 1, сепаратор 7 также соединен с водородным резервуаром 3 через подпорный насос 9, а подпорный насос 9 соединен с системой управления 8. Когда давление водорода в реакционной камере 1b выше, чем давление водорода в водородном резервуаре 3, то водород может поступать непосредственно в водородный резервуар 3 через сепаратор 7 и двенадцатый клапан 29; когда давление водорода в реакционной камере 1b ниже или равно давлению водорода в водородном резервуаре 3, то водород может поступать в водородный резервуар 3 через сепаратор 7 и подпорный насос 9, что обеспечивает перенос всего водорода из реакционной камеры 1b в водородный резервуар 3.
Сырьевой резервуар 2, водяной резервуар 4 и рециркуляционная камера 5 также соединены с загрузочным портом 14, соответственно. Устройство 16 для получения твердотельного водорода может пополнять запасы металлогидрида в сырьевом резервуаре 2 и запасы воды в водяном резервуаре, а также рециркулировать оксид металла из рециркуляционной камеры 5, через загрузочный порт 14, соответственно.
В предпочтительном случае металлогидрид представляет собой порошкообразный или гранулированный гидрид магния (MgH2), жидкий реагент - воду (H2O), а химическая реакция, протекающая в реакционной камере 1b: MgH2+H2O→MgO+2H2↑. При данной реакции, для обеспечения полного реагирования металлогидрида, количество воды в реакционной камере 1b избыточно по отношению к металлогидриду, поэтому побочный продукт считают смесью MgO и воды.
В предпочтительном случае как показано на ФИГ. 1, камера 1 производства водорода также содержит систему охлаждения, расположенную возле реакционной камеры 1b; водяной резервуар 4 соединен с впуском воды в систему охлаждения через первый водяной насос 18 и пятый клапан 20, а выпуск воды из системы охлаждения соединен с водяным резервуаром 4. В более предпочтительном случае впуск воды в систему охлаждения расположен ниже, чем выпуск воды из системы охлаждения. Система охлаждения может контролировать температуру внутри реакционной камеры 1b в достаточных пределах для обеспечения того, чтобы реакция получения водорода осуществлялась с соответствующей скоростью и температурой, что способствует повышению безопасности при использовании настоящего изобретения. Кроме того, вода в водяном резервуаре 4 циркулирует через систему охлаждения, температура воды повышается, что благоприятно сказывается на увеличении скорости реакции воды и металлогидрида, снижении энергопотребления за счет повышения температуры воды, и в большей степени соответствует требованиям охраны окружающей среды и снижения углеродных выбросов.
В предпочтительном случае между вторым клапаном 11 и реакционной камерой 1b, для повышения температуры воды, поступающей в реакционную камеру 1b, устанавливается устройство мгновенного нагрева для подогрева воды, что позволяет увеличить скорость реакции воды и металлогидрида.
В предпочтительном случае, как показано на ФИГ. 1, рециркуляционная камера 5 содержит фильтрационный резервуар 5c, первый водосборный резервуар 5a и второй водосборный резервуар 5b, причем фильтрационная камера 5c соединена верхней своей частью с нижним концом реакционной камеры 1b через третий клапан 12, а нижним концом - с загрузочным портом 14; между фильтрационной камерой 5c и первым водосборным резервуаром 5a предусмотрен фильтр; первый водосборный резервуар 5a соединен своей нижней частью со вторым водосборным резервуаром 5b через первый односторонний клапан 19; первый односторонний клапан 19 сообщается со вторым водосборным резервуаром 5b через первый водосборный резервуар 5a; второй водосборный резервуар 5b соединен со вторым водяным резервуаром 4 через второй водяной насос 6; а третий клапан 12 и второй водяной насос 6 соединены с системой управления 8. Первый водосборный резервуар 5a и второй водосборный резервуар 5b могут собирать воду, остающуюся во время реакции, и рециркулировать ее в водяной резервуар 4 через второй водяной насос 6, что способствует экономии водных ресурсов.
В предпочтительном случае, как показано на ФИГ. 1, первый водосборный резервуар 5a располагается под фильтрующей камерой 5c, второй водосборный резервуар 5b располагается под первым водосборным резервуаром 5a, а верхняя правая часть второго водосборного резервуара 5b соединена с нижней левой частью первого водосборного резервуара 5a. В еще более предпочтительном случае рециркуляционная камера 5 имеет неразъемную конструкцию.
В предпочтительном случае, как показано на ФИГ. 1, между фильтрационной камерой 5с рециркуляционной камеры 5 и загрузочным портом 14 дополнительно располагается сушильная коробка 26; фильтрационная камера 5c соединена нижним концом с сушильной коробкой 26 через шестой клапан 22, а сушильная коробка 26 соединена нижним концом с загрузочным портом 14 через второй односторонний клапан 24; второй односторонний клапан 24 сообщается через сушильную коробку 26 с загрузочным портом 14; в верхней части сушильной коробки 26 также расположены вакуумный насос 27 и восьмой клапан 25; вакуумный насос 27 соединен с переходной камерой 1a камеры 1 производства водорода через седьмой клапан 23, а шестой клапан 22, восьмой клапан 25, седьмой клапан 23 и вакуумный насос 27 соединены с системой управления 8, соответственно.
В предпочтительном случае, как показано на ФИГ. 1, устройство для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению также содержит топливный элемент 17. Водородный резервуар 3 соединен с топливным элементом 17 через управляющий клапан 13 и из него подается водород к топливному элементу 17. Управляющий клапан 13 соединен с системой управления 8. Топливный элемент 17 соединен с водяным резервуаром 4 и используется для рециркуляции воды, образующейся в результате реакции, в водяной резервуар 4, что обеспечивает рециркуляцию воды, экономию энергии и защиту окружающей среды.
В предпочтительном случае в качестве реагентов в топливном элементе 17 используются водород и воздух, а общая химическая реакция, протекающая в нем: 2H2+O2→2H2O. Топливный элемент 17 в большей степени соответствует требованиям к защите окружающей среды.
В предпочтительном случае, как показано на ФИГ. 1, девятый клапан 21a, десятый клапан 21b и одиннадцатый клапан 21c для выпуска воздуха расположены в верхней части сырьевого резервуара 2, в верхней части водяного резервуара 4 и в верхней части второго водосборного резервуара 5b, соответственно. В предпочтительном случае водородный резервуар 3 содержит первый измерительный механизм для определения давления водорода. Реакционная камера 1b содержит второй измерительный механизм для определения давления водорода. Сырьевой резервуар 2 содержит третий измерительный механизм для определения количества находящегося внутри него металлогидрида. Водяной резервуар содержит четвертый измерительный механизм для определения уровня (или количества) находящейся внутри него воды. Второй водосборный резервуар 5b содержит пятый измерительный механизм для определения уровня (или количества) находящейся в нем воды. Сушильная коробка 26 содержит шестой измерительный механизм для определения количества находящегося внутри нее оксида металла. Первый измерительный механизм, второй измерительный механизм, третий измерительный механизм, четвертый измерительный механизм, пятый измерительный механизм и шестой измерительный механизм соединены, соответственно, с системой управления 8.
Для более ясного понимания конструкции устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению ниже подробно описан процесс его работы:
1. при первом использовании устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению необходимо провести операцию по вакуумированию камеры 1 производства водорода, чтобы обеспечить чистоту образующегося водорода и безопасность реакции получения водорода. Ниже описываются отдельные операции:
система управления 8 обеспечивает закрытие первого клапана 10, третьего клапана 12, второго клапана 11 и управляющего клапана 13, а также обеспечивает открытие четвертого клапана 10a, седьмого клапана 23, шестого клапана 22 и двенадцатого клапана 29; затем система управления 8 включает вакуумный насос 27 для осуществления вакуумирования водородного резервуара 3, переходной камеры 1a и реакционной камеры 1b; после того, как степень вакуума достигнет заданного значения, система управления 8 обеспечивает закрытие четвертого клапана 10a, седьмого клапана 23, шестого клапана 22 и двенадцатого клапана 29;
2. система управления 8 обеспечивает открытие первого клапана 10, и металлогидрид поступает в переходную камеру 1a из сырьевого резервуара 2; после того, как первое заданное количество металлогидрида поступит в переходную камеру 1a, система управления 8 обеспечивает закрытие первого клапана 10; система управления 8 обеспечивает открытие седьмого клапана 23; вакуумный насос 27 снова выполняет вакуумирование переходной камеры 1a, так что степень вакуума достигает заданного значения; затем система управления 8 обеспечивает закрытие седьмого клапана 23;
3. система управления 8 обеспечивает открытие четвертого клапана 10а, и металлогидрид, находящийся в переходной камере 1а, поступает в реакционную камеру 1b;
4. система управления 8 осуществляет включение первого водяного насоса 18 и обеспечивает открытие второго клапана 11, так что вода в водяном резервуаре 4 поступает в реакционную камеру 1b; после того, как второе заданное количество воды поступает в реакционную камеру 1b, система управления 8 обеспечивает закрытие второго клапана 11;
5. система управления 8 обеспечивает открытие пятого клапана 20, так что вода из водяного резервуара 4 поступает в систему охлаждения и циркулирует для охлаждения реакционной камеры 1b;
6. Когда за счет образования водорода в результате реакции металлогидрида и воды давление водорода в реакционной камере 1b достигает номинального значения, система управления 8 обеспечивает открытие двенадцатого клапана 29, водород из реакционной камеры 1b поступает в водородный резервуар 3 через сепаратор 7 и двенадцатый клапан 29, а вода, отделенная сепаратором 7, поступает в водяной резервуар 4; когда давление водорода в реакционной камере 1b ниже или равно давлению водорода в водородном резервуаре 3, система управления 8 обеспечивает закрытие двенадцатого клапана 29 и включение подпорного насоса 9, водород из водородной камеры 1b поступает в водородный резервуар 3 через сепаратор 7 и подпорный насос 9, а вода, отделенная сепаратором 7, поступает в водяной резервуар 4;
7. когда давление водорода в реакционной камере 1 ниже первого заданного значения давления, система управления 8 осуществляет отключение подпорного насоса 9 и обеспечивает открытие третьего клапана 12, а оксид металла и вода в реакционной камере 1b под действием следового давления водорода поступают в фильтрационную камеру 5c рециркуляционной камеры 5; по истечении первого заданного периода времени (при этом обеспечивается, чтобы оксид металла и вода в основном поступили в фильтрационную камеру 5c), система управления 8 обеспечивает закрытие третьего клапана 12;
8. в то время, как оксид металла и вода поступают в фильтрационную камеру 5с, вода отфильтровывается фильтрующим устройством в первый водосборный резервуар 5а, а затем поступает во второй водосборный резервуар 5b через первый водосборный резервуар 5а через первый односторонний клапан 19; когда уровень жидкости во втором водосборном резервуаре 5b достигает установленного значения и превышает его, система управления 8 осуществляет включение второго водяного насоса 6 для подачи воды из второго водосборного резервуара 5b в водяной резервуар 4; когда уровень воды во втором водосборном резервуаре 5b ниже заданного значения, система управления 8 осуществляет отключение второго водяного насоса 6;
9. после того, как оксид металла остается в фильтрационной камере 5с в течение второго заданного периода времени, система управления 8 обеспечивает открытие шестого клапана 22; при всасывании вакуума в сушильной коробке 26 оксид металла вводится в сушильную коробку 26 из фильтрационной камеры 5с; шестой клапан 22 остается открытым в течение третьего заданного периода времени (при этом обеспечивается, что оксид металла из фильтрационной камеры 5 в основном переносится в сушильную камеру 26), и система управления 8 обеспечивает закрытие шестого клапана 22;
10. когда давление водорода в водородном резервуаре 3 достигает установленного нижнего предельного значения, система управления 8 обеспечивает открытие управляющего клапана 13, водород непрерывно подается к топливному элементу 17, а вода, образующаяся в результате реакции в топливном элементе 17, рециркулируется в водяной резервуар 4.
В соответствии с устройством для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению реакция непрерывного и управляемого получения водорода может быть реализована повторением шагов 2-9. Следует отметить, что когда давление водорода в водородном резервуаре 3 ниже заданного нижнего предельного значения, операции шагов 2-9 повторяются непрерывно, а, когда давление водорода в водородном резервуаре 3 равно заданному верхнему предельному значению, устройство для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению автоматически прекращает свою работу; когда количество металлогидрида в сырьевом резервуаре 2 меньше значения первого заданного количества и/или количество воды в водяном резервуаре 4 меньше значения второго заданного количества, система управления 8 посылает пользователю оперативный сигнал о нахождении и своевременном пополнении запасов металлогидрида и/или воды в устройстве для автоматического и непрерывного производства водорода; когда количество оксида металла в сушильной коробке 26 больше или равно значению третьего заданного количества, система управления 8 посылает пользователю оперативный сигнал о необходимости нахождения и своевременной рециркуляции оксида металла. Вышеуказанный механизм управления обеспечивает непрерывную, стабильную и безопасную работу устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению.
В предпочтительном случае заданное значение степени вакуума, первое заданное количество, второе заданное количество, номинальное значение давления, первое заданное значение давления, первая заданная продолжительность времени, вторая заданная продолжительность времени, третья заданная продолжительность времени, заданное нижнее предельное значение, заданное верхнее предельное значение, первое заданное значение объема хранения, второе заданное значение объема хранения, и третье заданное значение объема хранения могут быть заданы пользователем в соответствии со спецификацией и потребностями использования устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению, либо могут быть непосредственно использованы настройки по умолчанию устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению.
На ФИГ. 2 представлен второй вариант осуществления устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению.
Конструкция устройства для автоматического и непрерывного производства водорода в данном варианте осуществления отличается от конструкции первого варианта осуществления в том, что: сырьевой резервуар 2 расположен с правой стороны от камеры 1 производства водорода и над сушильной коробкой 26, а транспортер 28 расположен между нижним концом сырьевого резервуара 2 и первым клапаном 10 и соединен с системой управления 8. В этом варианте осуществления расположение сырьевого резервуара 2 выгодно с точки зрения экономии места, занимаемого устройством для автоматического производства водорода по настоящему изобретению, благодаря чему его общая компоновка является более компактной. Поэтому устройство для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению может быть размещено на подвижном устройстве, например, на транспортном средстве. Таким образом, устройство для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению больше подходит для автомобиля, работающего на энергии водорода, и выгодно с точки зрения его применения.
Шаг 2 процесса работы устройства для автоматического и непрерывного производства водорода в данном варианте осуществления отличается от шага 2 в первом варианте осуществления: в шаге 2 этого варианта осуществления система управления 8 обеспечивает открытие первого клапана 10 и включение транспортера 28, а металлогидрид поступает в переходную камеру 1а через транспортер 28 и первый клапан 10; после поступления первого заданного количества металлогидрида в переходную камеру 1а система управления 8 обеспечивает закрытие первого клапана 10 и выключение конвейера 28; затем система управления 8 обеспечивает открытие седьмого клапана 23; вакуумный насос 27 снова производит откачку из переходной камеры 1a, так что степень вакуума достигает заданного значения, после чего система управления 8 обеспечивает закрытие седьмого клапана 23. Остальные шаги процесса работы устройства для автоматического и непрерывного производства водорода в этом варианте осуществления аналогичны тем, которые выполняются в первом варианте осуществления.
На ФИГ. 3 показан вариант осуществления, в котором устройство для автоматического и непрерывного производства водорода взаимодействует с устройством 16 получения твердотельного водорода.
Как показано на ФИГ. 3, устройство 16 получения твердотельного водорода содержит заправочный пистолет 15, присоединяемый к загрузочному порту 14; заправочный пистолет 15 присоединяется к загрузочному порту 14; после включения выключателя заправочного пистолета 15 автоматически запускается устройство 16 получения твердотельного водорода. Металлогидрид поступает в сырьевой резервуар 2 через устройство получения твердотельного водорода 16, а девятый клапан 21a в этом случае автоматически открывается для выпуска воздуха и автоматически закрывается по окончании загрузки. Жидкий реагент поступает в водяной резервуар 4 через устройство получения твердотельного водорода 16, а десятый клапан 21b в этом случае автоматически открывается для выпуска воздуха и автоматически закрывается по окончании загрузки. Оксид металла поступает в устройство получения твердотельного водорода из сушильной коробки 26.
Следует отметить, что операции устройства 16 получения твердотельного водорода по пополнению запасов металлогидрида в сырьевом резервуаре 2 и пополнению запасов воды в водяном резервуаре 4, а также по рециркуляции оксида металла из сушильного резервуара 26 могут выполняться одновременно или по отдельности. В предпочтительном случае три вышеуказанные операции выполняются одновременно, что выгодно с точки зрения экономии операционных процессов и сокращения времени.
В предпочтительном случае третий измерительный механизм в сырьевом резервуаре 2, четвертый измерительный механизм в водяном резервуаре 4 и шестой измерительный механизм в сушильной коробке 26 соединены с системой управления устройства получения твердотельного водорода через загрузочный порт 14 и заправочный пистолет 15, соответственно, чтобы контролировать и измерять количество металлогидрида и/или воды, добавляемое в устройство для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению, а также количество рециркулируемого оксида металла.
Вышеизложенное содержание является дополнительным подробным описанием настоящего изобретения в связи с частными специфическими предпочтительными вариантами его осуществления; вместе с тем, нельзя считать, что специфические варианты осуществления настоящего изобретения ограничиваются этими описаниями. Например, сырьевой резервуар 2, переходная камера 1a, реакционная камера 1b, рециркуляционная камера 5, водяной резервуар 4, сушильная коробка 26, водородный резервуар 3, топливный элемент 17 и т.п. не ограничиваются последовательной установкой сверху вниз или на левой и правой стороне, как показано на ФИГ. 1 и ФИГ. 2, и могут быть установлены более удобным и рациональным образом в соответствии с различными условиями применения устройств.
На ФИГ. 4 представлен третий вариант осуществления устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению. Загрузочный порт 9000, система управления 8000 устройством производства водорода, резервуар 2000 твердотельного водорода, резервуар 4000 жидкого реагента, водородный резервуар 3000, накопительная коробка 5000 и резервуар 1000 производства водорода в этом варианте осуществления соответствуют загрузочному порту 14, системе управления 8, сырьевому резервуару 2, водяному резервуару 4, водородному резервуару 3, рециркуляционной камере 5 и камере 1 производства водорода в первом варианте осуществления, соответственно.
Как показано на ФИГ. 4, в состав устройства для автоматического и непрерывного производства водорода входят загрузочный порт 9000, система управления 8000 устройством производства водорода, резервуар 2000 твердотельного водорода для хранения оксида металла, резервуар 4000 жидкого реагента для хранения жидкого реагента, водородный резервуар 3000 для хранения водорода, получаемого в результате реакции металлогидрида и жидкого реагента, и накопительная коробка 5000 для хранения побочного продукта, получаемого в результате реакции металлогидрида с жидким реагентом. Резервуар 2000 твердотельного водорода соединен с камерой 1000 производства водорода через третью впускную трубу 2001, резервуар 4000 жидкого реагента соединен с камерой 1000 производства водорода через четвертую впускную трубу 4001, водородный резервуар 3000 соединен с камерой 1000 для производства водорода через вторую выпускную трубу 3001, а накопительная коробка 5000 соединена с камерой 1000 производства водорода через третью выпускную трубу 5001. Резервуар 2000 твердотельного водорода соединен с загрузочным портом 9000 через первую загрузочную трубу 2003; резервуар 4000 жидкого реагента соединен с загрузочным портом 9000 через вторую загрузочную трубу 4004; накопительная коробка 5000 соединена с загрузочным портом 9000 через первую рециркуляционную трубу 5008.
Резервуар 2000 твердотельного водорода используется для хранения металлогидрида и соединен с камерой 1000 производства водорода через третью впускную трубу 2001. Третья впускная труба 2001 содержит внутри себя третий впускной клапан 2002, который соединен с системой управления 8000 устройством производства водорода. Верхняя часть резервуара 2000 твердотельного водорода также соединена с загрузочным портом 9000 через первую загрузочную трубу 2003.
Резервуар 4000 жидкого реагента используется для хранения жидкого реагента и соединен с камерой 1000 производства водорода через четвертую впускную трубу 4001. Четвертая впускная труба 4001 содержит внутри себя четвертый впускной клапан 4002 и четвертый впускной насос 4003, которые соединены, соответственно, с системой управления 8000 устройством производства водорода. Резервуар 4000 жидкого реагента также соединена с загрузочным портом 9000 через вторую загрузочную трубу 4000.
Накопительная коробка 5000 используется для получения твердожидкой смеси из камеры 1000 производства водорода и для хранения этой смеси. Накопительная коробка 5000 содержит коробку 5003 для твердой фазы и резервуар 5004 для сбора жидкости; при этом, между коробкой 5003 для твердой фазы и резервуаром 5004 для сбора жидкости располагается фильтрующая сетка 5005. Коробка 5003 для твердой фазы соединена верхним концом с нижним концом камеры 1000 производства водорода через третью выпускную трубу 5001. Третья впускная труба 5001 содержит внутри себя третий впускной клапан 5002, который соединен с системой управления 8000 устройством производства водорода. Резервуар 5003 твердой фазы соединен нижним концом с загрузочным портом 9000 через первую рециркуляционную трубу 5008, а порт первой рециркуляционной трубы 5008 проходит через резервуар 5004 для сбора жидкости и соединен с фильтрующей сеткой 5005. Нижняя часть резервуара 5004 для сбора жидкости соединена с верхней частью резервуара 4000 жидкого реагента через первую трубу 5006 для возврата жидкости. Первая труба 5006 для возврата жидкости содержит первый насос 5007 для возврата жидкости, который соединен с системой управления 8000 устройством производства водорода.
Водородный резервуар 3000 используется для получения водорода из камеры 1000 производства водорода, хранения водорода и подачи водорода на водородную энергоустановку и соединен с камерой 1000 производства водорода через вторую выпускную трубу 3001. Вторая выпускная труба 3001 содержит внутри себя второй выпускной клапан 3002 и второй впускной насос 3003, которые соединены, соответственно, с системой управления 8000 устройством производства водорода. Под водородной энергоустановкой понимается водородный топливный элемент и собственно энергоустановка, которой в качестве источника энергии требуется водород.
В резервуаре 2000 твердотельного водорода также расположен первый датчик уровня для определения объема хранения металлогидрида в резервуаре 2000 для хранения твердотельного водорода в режиме реального времени. Металлогидрид, находящийся в резервуаре 2000 твердотельного водорода, падает в камеру 1000 производства водорода под действием силы тяжести после открытия третьего впускного клапана 2002. Когда камера 1000 производства водорода получает номинальное количество металлогидрида, система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает закрытие третьего впускного клапана 2002. Первый датчик уровня контролирует в режиме реального времени объем хранения металлогидрида в резервуаре 2000 твердотельного водорода и выдает соответствующую информацию в систему управления 8000 устройством производства водорода для контроля объема хранения.
В резервуаре 4000 жидкого реагента расположен второй датчик уровня. Второй датчик уровня может контролировать количество жидкого реагента в резервуаре 4000 жидкого реагента в режиме реального времени. Когда система управления 8000 устройством производства водорода 8000 обеспечивает открытие четвертого впускного клапана 4002 и включение четвертого впускного насоса 4003, жидкий реагент под действием четвертого впускного насоса 4003 поступает в камеру 1000 производства водорода. Когда жидкий реагент выдается в номинальном количестве, второй датчик уровня выдает информацию о номинальном количестве в систему управления 8000 устройством производства водорода для осуществления закрытия четвертого впускного клапана 4002 и остановки четвертого впускного насоса 4003. Система управления 8000 устройством производства водорода может также рассчитывать количество жидкого реагента, вытекающего каждый раз через второй датчик уровня, контролировать количество жидкого реагента в резервуаре 4000 и выдавать соответствующую информацию в систему управления 8000 устройством производства водорода.
Накопительная коробка 5000 используется для получения твердожидкой смеси из камеры 1000 производства водорода и для хранения этой смеси. Накопительная коробка 5000 содержит коробку 5003 для твердой фазы и резервуар 5004 для сбора жидкости; при этом, между коробкой 5003 для твердой фазы и резервуаром 5004 для сбора жидкости располагается фильтрующая сетка 5005. В предпочтительном случае в резервуаре 5004 для сбора жидкости располагается датчик уровня жидкости, который соединен с системой управления 8000 устройством производства водорода. После того, как жидкость в резервуаре 5004 для сбора жидкости достигнет определенного уровня, датчик уровня жидкости подает сигнал обратной связи в систему управления 8000 устройством производства водорода. Система управления 8000 устройством производства водорода осуществляет включение первого насоса 5007 для возврата жидкости, а жидкость, находящаяся в резервуаре 5004 для сбора жидкости, перекачивается в резервуар 4000 жидкого реагента.
В предпочтительном случае, как показано на ФИГ. 4, накопительная коробка 5000 получает побочный продукт в камере 1000 производства водорода за счет давления водорода в камере 1000 производства водорода. После того, как камера 1000 производства водорода получает металлогидрид и жидкий реагент, металлогидрид и жидкий реагент вступают в реакцию в камере 1000 производства водорода с получением побочного продукта. Когда давление воздуха в камере производства водорода оказывается ниже заданного значения, система управления 8000 устройством производства водорода осуществляет включение третьего выпускного клапана 5002 третьей выпускной трубы 5001. Побочный продукт под действием остаточного давления водорода поступает в коробку 5003 для твердотельной фазы, а жидкость в коробке 5003 для твердотельной фазы естественным образом под действием силы тяжести поступает в резервуар для сбора жидкости 5004 через фильтрующую сетку 5005, при этом над фильтрующей сеткой 5005 образуется твердое вещество. Следует отметить, что под твердым веществом понимается твердожидкая смесь, содержащая небольшое количество жидкости, получаемой после фильтрации.
Следует отметить, что накопительная коробка 5000 также может быть размещена так, как показано на ФИГ. 4. Когда накопительная коробка 5000 располагается под камерой 1000 производства водорода, после реакции в камере 1000 производства водорода получаются металлогидрид и жидкий реагент. Когда давление воздуха в камере производства водорода ниже заданного значения, система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает открытие третьего выпускного клапана 5002 третьей выпускной трубы 5001, побочный продукт под действием силы тяжести свободно поступает в камеру 5003 для твердотельной фазы накопительной камеры 5000, а жидкость, находящаяся в камере 5003 для твердотельной фазы, под действием силы тяжести естественным образом поступает в резервуар 5004 для сбора жидкости через фильтрующую сетку 5005; при этом образуется твердое вещество, осаждаемое над фильтрующей сеткой 5005.
Водородный резервуар 3000 также содержит датчик давления для определения давления воздуха внутри водородного резервуара 3000. Когда давление в камере 1000 производства водорода достигает номинального значения, система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает открытие второго выпускного клапана 3002 и включение второго выпускного насоса 3003 таким образом, что водород в камере 1000 производства водорода переносится в водородный резервуар 3000. Кроме того, водородный резервуар 3000 содержит соединенную с ним первую трубу 3004 для транспортировки водорода. Первая труба 3004 для транспортировки водорода соединена с водородной энергоустановкой. Первая труба 3004 для транспортировки водорода содержит расположенный в ней первый клапан 3005 для транспортировки водорода и соединена с системой управления 8000 устройством производства водорода или с системой управления водородной энергоустановкой.
Камера 1000 производства водорода также содержит охлаждающее устройство, которое может охлаждать камеру 1000 производства водорода теплоизлучающей пленкой или жидкостным охлаждением. Кроме того, жидкость в резервуаре 4000 для жидкого реагента может использоваться в качестве охлаждающей жидкости, либо другая охлаждающая жидкость может также использоваться для охлаждения камеры 1000 производства водорода.
Процесс производства водорода с помощью устройства для автоматического и непрерывного производства водорода по настоящему изобретению осуществляется следующим образом:
в камере 1000 производства водорода происходит химическая реакция MgH2+H2O→Mg(OH)2+H2↑, за счет чего обеспечивается полное реагирование MgH2, причем вода или водный раствор кислых веществ имеются в избыточном количестве. Таким образом, после реакции металлогидрида и жидкого реагента в камере 1000 производства водорода образуются соответственно водород и побочный продукт, где побочным продуктом является твердое вещество или твердо-жидкая смесь.
(1) Система управления 8000 производством водорода обеспечивает открытие третьего впускного клапана 2002 третьей впускной трубы 2001, и в камеру 1000 производства водорода добавляется номинальное количество металлогидрида. Система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает закрытие третьего впускного клапана 2002 после завершения добавления;
(2) Система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает открытие четвертого впускного клапана 4002 четвертой впускной трубы 4001 и включение четвертого впускного насоса 4003 таким образом, что в камеру 1 производства водорода добавляется номинальное количество жидкого реагента; после завершения добавления система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает закрытие четвертого впускного клапана 4002 и выключение четвертого впускного насоса 4003 с получением водорода и побочного продукта;
(3) когда давление в камере 1000 производства водорода достигает номинального значения, система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает открытие второго выпускного клапана 3002 второй выпускной трубы 3001 и включение второго выпускного насоса 3003; водород поступает в водородный резервуар 3000 из камеры 1000 производства водорода под действием второго выпускного насоса 3003; когда давление в камере 1000 производства водорода меньше заданного значения, система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает открытие второго выпускного клапана 3002 и выключение третьего выпускного насоса 3003. Одновременно, система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает закрытие третьего выпускного клапана 5002. Побочный продукт под давлением водорода поступает в накопительную коробку 5000 из камеры 1000 производства водорода. После того как побочный продукт полностью поступит в накопительную коробку 5000, система управления 8000 устройством производства водорода обеспечивает закрытие третьего впускного клапана 5002;
(4) фильтрующая сетка 5005 отфильтровывает побочный продукт, в то время как побочный продукт поступает в накопительную коробку 5000; жидкость поступает в резервуар 5004; когда уровень жидкости в резервуаре 5004 для сбора жидкости достигает заданного значения, система управления 8000 устройством производства водорода осуществляет включение первого насоса 5007 для возврата жидкости, а жидкость, находящаяся в резервуаре 5004 для сбора жидкости, поступает в резервуар 4000 жидкого реагента.
Для специалистов в соответствующей области будет очевидно, что ряд простых производств или замен, которые могут быть сделаны без отхода от духа и объема настоящего изобретения, следует считать подпадающими под объем защиты настоящего изобретения.
Изобретение может быть использовано в автомобилях, работающих на водородных топливных элементах. В состав устройства для автоматического и непрерывного производства водорода входят загрузочный порт 14, система управления 8 производством водорода, сырьевой резервуар 2 для хранения металлогидрида, водяной резервуар 4 для хранения жидкого реагента, водородный резервуар 3 для хранения водорода, получаемого в результате реакции металлогидрида и жидкого реагента, рециркуляционная камера 5 для рециркуляции и буферизации побочного продукта, получаемого в результате реакции металлогидрида и жидкого реагента, и камера 1 производства водорода. Камера 1 содержит переходную камеру 1a для буферизации металлогидрида из сырьевого резервуара 2 и реакционную камеру 1b, которая соединена с переходной камерой 1a и используется для обеспечения контакта и последующего реагирования металлогидрида с жидким реагентом. Сырьевой резервуар 2 соединен с переходной камерой 1a. Водяной резервуар 4 и рециркуляционная камера 5 соединены с реакционной камерой 1b. Сырьевой резервуар 2, водяной резервуар 4 и рециркуляционная камера 5 соединены с загрузочным портом 14. Изобретение позволяет обеспечить управляемость и непрерывность реакции производства водорода в сочетании с высокой безопасностью процесса. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Устройство для автоматического и непрерывного производства водорода, характеризующееся тем, что в его состав входят загрузочный порт (14), система управления (8) производством водорода, сырьевой резервуар (2) для хранения металлогидрида, водяной резервуар (4) для хранения жидкого реагента, водородный резервуар (3) для хранения водорода, получаемого в результате реакции металлогидрида и жидкого реагента, рециркуляционная камера (5) для рециркуляции и буферизации побочного продукта, получаемого в результате реакции металлогидрида и жидкого реагента, и камера (1) производства водорода, содержащая переходную камеру (1a) для буферизации металлогидрида из сырьевого резервуара (2) и реакционную камеру (1b), которая соединена с переходной камерой (1a) и используется для обеспечения контакта и последующего реагирования металлогидрида с жидким реагентом, где
сырьевой резервуар (2) соединен с переходной камерой (1a) камеры (1) производства водорода;
водяной резервуар (4) соединен с реакционной камерой (1b) камеры (1) производства водорода;
рециркуляционная камера (5) соединена с реакционной камерой (1b) камеры (1) производства водорода;
сырьевой резервуар (2), водяной резервуар (4) и рециркуляционная камера (5) соединены с загрузочным портом (14) соответственно;
система управления (8) производством водорода выполнена с возможностью управления поступлением в камеру (1) производства водорода партиями металлогидрида и жидкого реагента, которые затем реагируют с получением водорода и твердожидкой смеси, из сырьевого резервуара (2) и водяного резервуара (4) соответственно; с возможностью управления поступлением в водородный резервуар (3) водорода с последующим его там хранением; с возможностью управления поступлением в рециркуляционную камеру (5) твердожидкой смеси с последующим ее там хранением; а также для обеспечения цикличности процесса с возможностью управления давлением в водородном резервуаре (3) для повторного поступления в камеру (1) производства водорода металлогидрида и жидкого реагента из сырьевого резервуара (2) и водяного резервуара (4) соответственно.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит вакуумный насос (27), который соединен с переходной камерой (1a).
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что
под управлением системы управления (8) производством водорода сырьевой резервуар (2) подает металлогидрид в реакционную камеру (1b) через переходную камеру (1a) партиями, а водяной резервуар (4) подает жидкий реагент в реакционную камеру (1b) партиями соответственно; металлогидрид и жидкий реагент одной партии реагируют в реакционной камере (1b) с получением водорода и побочного продукта, при этом водород из реакционной камеры (1b) поступает на хранение в водородный резервуар (3), а побочный продукт отводится из реакционной камеры (1b) в рециркуляционную камеру (5); затем в реакционную камеру (1b) подается следующая партия металлогидрида и жидкого реагента.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве металлогидрида используют порошок или гранулированное твердое вещество, в качестве жидкого реагента - воду, а в качестве побочного продукта - твердожидкую смесь.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что
сырьевой резервуар (2) соединен нижним концом с переходной камерой (1a) через первый клапан (10), переходная камера (1a) соединена нижним концом с реакционной камерой (1b) через четвертый клапан (10a), а первый клапан (10) и четвертый клапан (10a) соответственно соединены с системой управления (8) производством водорода;
водяной резервуар (4) соединен с реакционной камерой (1b) через первый водяной насос (18) и второй клапан (11), а первый водяной насос (18) и второй клапан (11) соответственно соединены с системой управления (8) производством водорода; и
рециркуляционная камера (5) расположена под реакционной камерой (1b) и соединена с нижним концом реакционной камеры (1b) через третий клапан (12), который соединен с системой управления (8) производством водорода.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что
реакционная камера (1b) соединена с сепаратором (7) для отделения газа от жидкости; сепаратор (7) соединен с водородным резервуаром (3) через двенадцатый клапан (29), сепаратор (7) также соединен с водородным резервуаром (3) через подпорный насос (9), а двенадцатый клапан (29) и подпорный насос (9) соединены с системой управления (8) производством водорода.
7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что
сырьевой резервуар (2) расположен по одну сторону от камеры (1) производства водорода и соединен с ней посредством первого клапана (10) через транспортер (28), который соединен с системой управления (8) производством водорода.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что
камера (1) производства водорода содержит систему охлаждения, расположенную возле реакционной камеры (1b); водяной резервуар (4) соединен с впуском воды в систему охлаждения через первый водяной насос (18) и пятый клапан (20); выпуск воды из системы охлаждения соединен с водяным резервуаром (4), первый водяной насос (18) соединен с системой управления (8), а пятый клапан (20) соединен с системой управления (8).
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рециркуляционная камера (5) содержит фильтрационный резервуар (5c), первый водосборный резервуар (5a) и второй водосборный резервуар (5b), независимо от того, предусмотрен ли фильтр между фильтрационной камерой (5c) и первым водосборным резервуаром (5a); первый водосборный резервуар (5a) соединен со вторым водосборным резервуаром (5b) через первый односторонний клапан (19); первый односторонний клапан (19) сообщается со вторым водосборным резервуаром (5b) через первый водосборный резервуар (5a); второй водосборный резервуар (5b) соединен с водяным резервуаром (4) через второй водяной насос (6), который соединен с системой управления (8).
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что между фильтрационной камерой (5с) рециркуляционной камеры (5) и загрузочным портом (14) расположена сушильная коробка (26), вход которой соединен с фильтрационным резервуаром (5с) через шестой клапан (22), а выход - с загрузочным портом (14) через второй односторонний клапан (24); второй односторонний клапан (24) сообщается через сушильную коробку (26) с загрузочным портом (14); в верхней части сушильной коробки (26) расположен восьмой клапан (25); шестой (22) и восьмой (25) клапаны соединены с системой управления (8).
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что дополнительно содержит соединенный с сушильной коробкой (26) вакуумный насос (27), который соединен с переходной камерой (1a) через седьмой клапан (23), причем вакуумный насос (27) и седьмой клапан (23) соединены с системой управления (8).
12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит топливный элемент (17), причем водородный резервуар (3) соединен с топливным элементом (17) через управляющий клапан (13) и используется для переноса водорода к топливному элементу (17); топливный элемент (17) соединен с водяным резервуаром (4) и используется для рециркуляции воды, вырабатываемой топливным элементом (17); управляющий клапан (13) соединен с системой управления (8).
13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в верхней части сырьевого резервуара (2) расположен девятый клапан (21a); в верхней части водяного резервуара (4) расположен десятый клапан (21b); в верхней части второго водосборного резервуара (5b) рециркуляционного резервуара (5) расположен одиннадцатый клапан (21c); при этом девятый (21a), десятый (21b) и одиннадцатый (21c) клапаны используются для выпуска воздуха.
14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сырьевой резервуар (2) соединен с загрузочным портом (9000) через первую загрузочную трубу (2003); водяной резервуар (4) соединен с загрузочным портом (9000) через вторую загрузочную трубу (4004); рециркуляционная камера (5) соединена с загрузочным портом (9000) через первую рециркуляционную трубу (5008);
сырьевой резервуар (2) соединен с камерой (1) производства водорода через третью впускную трубу (2001), водяной резервуар (4) соединен с камерой (1) производства водорода через четвертую впускную трубу (4001), водородный резервуар (3) соединен с камерой (1) производства водорода через вторую выпускную трубу (3001), а рециркуляционная камера (5) соединена с камерой (1) производства водорода через третью выпускную трубу (5001);
на третьей впускной трубе (2001) расположен третий впускной клапан (2002), который соединен с системой управления (8) производством водорода; на четвертой впускной трубе (4001) расположены четвертый впускной клапан (4002) и четвертый впускной насос (4003), которые соединены с системой управления (8) производством водорода; на второй выпускной трубе (3001) расположены второй выпускной клапан (3002) и второй выпускной насос (3003), которые соединены с системой управления (8) производством водорода; на третьей выпускной трубе (5001) расположен третий выпускной клапан (5002), который соединен с системой управления (8) производством водорода.
| CN 205773309 U, 07.12.2016 | |||
| RU 2014102610 A, 10.08.2015 | |||
| WO 2004035464 A2, 29.04.2004 | |||
| US 3917461 A, 04.11.1975 | |||
| CN 102139859 A, 03.08.2011 | |||
| CN 102442642 A, 09.05.2012. |
