Спосіб визначення кількості водню у металогідридному акумуляторі

Изобретение относится к области водородной энергетики и может быть использовано в металлогидридных системах аккумулирования, хранения и подачи водорода. Известен способ определения содержания водорода в металлогидридах (автхв. СССР № 1089498, кл. G 01 N 27/02. 1984), путем измерения измерений физических свойств металлогидрида при изменении содержания водорода. При этом определяют содержание водорода в прессованных и спеченных водород-поглощающих сплавах (металлогидридах) в соответствии со значениями их электросопротивления. Недостатком известного способа для применения его в металлогидридных аккумуляторах является необходимость введения внутрь контейнера с металлогидридом токопроводящей арматуры с узлами ее крепления, выполнение тоководов через стенки контейнера и обеспечение их герметичности. Это существенно усложняет технологию изготовления контейнера и размещения в нем металлогидридного элемента. Кроме того, в процессе многократного взаимодействия с водородом происходит разрушение прессованных и спеченных композиционных металлогидридов. В связи с этим достоверность информации измерительной системы, реализующий данный способ, зависит от ресурсных возможностей металлогидридного элемента. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ (автсв. СССР № 1105719, кл. 17 С 11/00, 1983) определения содержания водорода в металлогидридном аккумуляторе путем измерения изменений физических свойств заключенного в нем металлогидрида. При этом содержание водорода определяют по изменению магнитных свойств в охватываемом соленоидом объема металлогидрида. Недостатками известного способа является следующее. Во-первых, корпус аккумулятора ' необходимо оснащать неметаллическим патроном, который может крепиться клеевым или резьбовым соединением, что усложняет и ослабляет всю конструкцию. Это накладывает ограничения на уровень давления при заправке аккумулятора и подачи водорода потребителю. Во-вторых, содержание водорода в аккумуляторе оценивается по концентрации его в объеме металлогидрида, охваченном витками соленоида. Однако концентрация водорода в различных зонах всего металлогидридного элемента аккумулятора неодинакова. Это обусловлено неравномерностью баротермического воздействия на него вследствие разноудаленности слоев металлогидрида от теплопередающих поверхностей и газовых каналов. Поэтому система измерения, реализующая данный способ определения содержания водорода, обладает недостаточной информационной достоверностью об общем содержании водорода в металлогидриде аккумулятора. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа определения количества водорода в металлогидридном аккумуляторе путем достижения технического результата, заключающегося в измерении частотных характеристик металлогидридного аккумулятора, и за счет этого повышена его функциональная надежность. Поставленная задача достигается тем, что в способе определения содержания водорода путем измерения изменений физических свойств заключенного в нем металлогидрида при изменении содержания водорода, согласно изобретению, металлогидрид в аккумуляторе гидрируют или дегидрируют поэтапно порциями в соответствии с выбранным интервалом изменения содержания водорода, при этом, на каждом этапе возбуждают механические колебания аккумулятора и одновременно измеряют частоту его собственных колебаний, а> содержание водорода в металлогидридном аккумуляторе при его эксплуатации определяют в соответствии со значениями частоты его собственных колебаний. Гидрирование или дегидрирование металлогидрида поэтапно порциями в соответствии с выбранным интервалом изменения содержания в нем водорода необходимо для ступенчатого изменения и фиксации физических свойств металлогидрида и, как следствие, механически напряженного состояния аккумулятора. Возбуждение механических колебаний аккумулятора на каждом этапе гидрирования или дегидрирования с одновременным изменением частоты его собственных колебаний необходимо для установления соответствия между частотой собственных колебаний аккумулятора (которая характеризует его механически напряженное состояние) и содержанием в нем водорода. Определение содержания водорода в металлогидридном аккумуляторе в процессе эксплуатации становится возможным по изменению его частотной характеристики. Таким образом, отличительные признаки изобретения являются необходимыми и достаточными для достижения технического результата и в совокупности с признаками ограничительной части приводят к решению поставленной задачи. На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - зависимость частоты собственных колебаний малогабаритного аккумулятора, заполненного мелкодисперсным металлогидридом LaNisHx, от содержания в нем водорода. Способ определения содержания водорода реализуется устройством, содержащим корпус 1 с размещенным в нем металлогид-ридом 2 (например LaNi5Hx). Аккумулятор оснащен теплообменником 3 для подвода теплоты к металлогидриду или ее отбора посредством подаваемого теплоносителя или охлаждающей среды. На торце корпуса 1 установлены трубопроводы 4 подвода и отвода водорода с запорным органом 5. На корпусе 1 установлен генератор механических колебаний 6, в качестве которого может быть использован механический, электромеханический или иной возбудитель механических колебаний. На корпусе 1 также установлен приемник 7 механических колебаний, например тензодатчик, связанный через преобразователь 8 частоты собственных колебаний с показывающим прибором 9 индикатором количества водорода. Для определения содержания водорода в металлогидридном аккумуляторе выполняют, например, насыщение (гидрирование) заключенного в его корпусе 1 металлогидрида. Насыщение металлогидрида проводят от источника водорода (на схеме не показан) через запорный орган 5 при отборе теплоты фазового перехода посредством подаваемой в теплообменник 3 охлаждающей среды. При взаимодействии металлогидрида с водородом имеет место расширение его кристаллической решетки и, как следствие, увеличение объема металлогидрида, достигающее 18-25% /1/, Поэтому при гидрировании происходит уплотнение металлогидрида и возникает силовое воздействие его на корпус аккумулятора. В совокупности это приводит к возрастанию механически напряженного состояния аккумулятора, что обусла вливает увеличение частоты его собственных колебаний. Гидрирование осуществляют поэтапно порциями, в соответствии с выбранным интервалом изменения содержания водорода, начиная от со стояния "ненасыщенный" металлогидрид, применяемое за "0". На каждом этапе гидрирования возбуждают механические колебания аккумулятора и измеряют частоту его собственных колебаний. Гидрирование производят до состояния полного насыщения металлогидрида, принимаемого за 100%, В результате этого устанавливают зависимость частоты собственных колебаний аккумулятора от содержания в нем водорода. Выявление зависимости частоты собственных колебаний аккумулятора от содержания в нем водорода возмох но и при осуществлении поэтапного процесса дегидрирования. При этом, соответственно происходит уменьшение объема металлогидрида и, как следствие, частота собственных колебаний аккумулятора снижается. Полученную зависимость "частота собственных колебаний - содержание водорода" вводят в преобразователь 8 и производят настройку показывающего прибора 9 на индикацию количества водорода в аккумуляторе от 0 до 100%. После этого, в любой момент эксплуатации металлогид-ридного аккумулятора водорода, при возбуждении в нем механических колебаний возможно определение содержания в нем водорода в соответствии со значениями частоты его собственных колебаний Пример 1 Малогабаритный металлогидридный аккумулятор водорода представляет собой сварной цилиндрический контейнер из нержавеющем стали диаметром 40 мм, длиной 150 мм, с толщиной стенки 1 мм, и имеющий развитую вн утреннюю теплообменную поверхность. Аккумулятор заполнен мелкодисперсным металлогидридом в количестве 570 гс плотностью засыпки 3,7 ·10 кг/м . Полное содержание водорода составляет 75 · 10-3 нм . На аккумуляторе закреплен тензодатчик, связанный с контрольно-измерительной и преобразующей аппаратурой. В аккумуляторе осуществлены процессы гидрирования или дегидрирования металлогидрида поэтапно порциями по 15 · 10-3 нм 3 водорода. На каждом этапе возбуждались механические колебания аккумулятора и одновременно измерялась частота его собственных колебаний. Результаты определения зависимости частоты собственных колебаний малогабаритного аккумулятора водорода от содержания в нем водорода представлены в таблице и на фиг. 2. Предлагаемый способ позволяет осуществлять оперативный контроль содержания водорода в металлогидридном аккумуляторе как в процессе его заправки и разрядки, так и при хранении в нем водорода. При этом получаемый результат измерений является достоверной информацией об общем содержании водорода, так как механически напряженное состояние аккумулятора и, следовательно, частота его собственных колебаний изменяется и при локальном измерении концентрации водорода в металлогидриде. Кроме того, реализация способа не требует оснащения аккумулятора дополнительными элементами, которые бы усложняли и ослабляли его конструкцию. Поэтому предлагаемый способ определения содержания водорода обеспечивает повышение эксплуатационной надежности металлогидридного аккумулятора.