Металогідридний акумулятор водню

Винахід відноситься до області теплоенергетики і енергомашинобудування, зокрема до приладів для акумулювання водню. Відомий металеталогідридний акумулятор водню (Пат. Франції №2485159, F17С110, 1981), який містить заповнений металогідридом корпус з патрубками підводу і відводу водню, запірним органом і вимірювальним пристроєм - манометром. Недоліком відомого пристрою є низька експлуатаційна надійність, зумовлена недостатньою точністю вимірів. Оскільки металогідрид характеризується дуже вузькою областю зміни тиску газової фази у широкому діапазоні концентрації в ньому водню, то зняті з манометра показники про вміст водню у металогідриді будуть невірогідними. Найбільш близьким з технічного результату є металогідридний акумулятор водню (А.с. СРСР №1105719, F17С110, 1984), який містить заповнений металогідридом корпус з патрубками підводу і відводу водню, запірним органом і вимірювальним пристроєм. Для визначення вмісту водню металогідридний акумулятор додатково устаткований патроном з немагнітного і неелектропровідного матеріалу, простір якого заповнено тим самим металогідридом і з'єднано з простором основного об'єму акумулятора і розміщеним на патроні соленоїдом, зв'язаним через підсилювач з вимірювальним пристроєм. Недоліком відомого пристрою є низька експлуатаційна надійність, зумовлена недостатньою точністю вимірів і складністю конструкції. При зарядженні-розрядженні акумулятора металогідрид насичується або дегідрується нерівномірно по всьому об'єму акумулятора, що зумовлено фронтальним характером сорбційних процесів в металогідриді і нерівномірністю теплового впливу в основній і додатковій ємностях. Тому оцінка кількісного вмісту водню в акумуляторі, що визначена з допомогою соленоїда, може бути вірогідною тільки за умови проведення замірів магнітних властивостей металогідриду в основному об'ємі акумулятора. Це вимагає виготовлення останнього з немагнітного і неелектропровідного матеріалу, що технологічно і економічно недоцільно. Крім того, устатк ування вимірювального патрону вимагає виготовлення надійного по герметичності вузла з'єднання останнього з основною ємністю, що ускладнює конструкцію акумулятора. В основу винаходу поставлена задача створення металогідридного акумулятора водню, в якому визначення вмісту водню здійснюється шляхом оцінки частотних властивостей корпусу металогідридного акумулятора, що дозволяє підвищити експлуатаційну надійність за рахунок більш точного визначення вмісту водню і спрощення конструкції. Поставлена задача досягається тим, що в металогідридному акумуляторі водню, який містить заповнений металогідридом корпус з патрубками підводу і відводу водню, запірним органом і вимірювальним пристроєм, згідно винаходу, акумулятор устаткований встановленими на корпусі тензодатчиками зв'язаними через підсилювач сигналу з вимірювальним пристроєм і розміщеним на корпусі ударним механізмом, для ініціювання згасаючих коливань. На фіг.1 зображена принципова схема запропонованого металогідридного акумулятора; на фіг.2 - характеристики залежності відносного декремента згасання від вмісту водню. Металогідридний акумулятор водню містить корпус і, заповнений металогідридом, і теплообмінник 2 для подачі теплохолодоносія. Корпус 1 устаткований патрубками підводу і відводу водню, що через запірний орган 3 підключені до джерела водню або споживача. На корпусі 1 розміщені тензодатчики 4, зв'язані з підсилювачем 5 сигналу і вимірювальним пристроєм 6. На корпусі 1 розміщений ударний механізм 7, виконаний, зокрема у вигляді підпруженого шарика з обмежувачем розмаху. Спосіб визначення вмісту водню ґрунтується на ефекті зміни об'єму сорбента та зумовленою цим зміною частотної характеристики власних коливань корпусу акумулятора. Сорбційна взаємодія металогідрида з воднем супроводжується зміною геометричних розмірів кристалічних ґрат частинок сорбенту. При цьому збільшення об'єму сорбенту при поглинанні водню може сягати 18-25% від вхідного. Процес дегідрування протікає відповідно з таким же зменшенням об'єму частинок. Результатом зміни об'єму всієї маси дрібнодисперсного металогідриду є механічний вплив на стінки корпусу акумулятора водню. При цьому відбувається зміна частотної характеристики власних коливань корпусу акумулятора як від "розтинаючого" впливу металогідриду, так і від е фекту "приєднаної маси" через зміну фізико-механічних властивостей металогідриду. В результаті такого ефекту як в процесі поглинання, так і в процесі подачі водню споживачеві або тривалого зберігання, в будь-який момент часу при ударному механічному збудженні корпусу акумулятора можна ініціювати в ньому згасаючі коливання, що реєструватимуться з допомогою тензодатчиків. Знятий з тензодатчиків 4 сигнал, надходячи у підсилювач 5 і вимірювальний пристрій 7, перетворюється у величину, що дорівнює відношенню декременту 6 згасання до частоти коливань f, яку умовно назвемо відносним декрементом згасання d': d d¢ = f По відомій заздалегідь та заставленій у вимірювальний прилад 7 залежності кількості водню V від відносного декремента згасання d' визначається ступінь зарядження воднем або розрядження металогідридного акумулятора, Для обґрунтування дієздатності запропонованого пристрою по визначенню вмісту водню з допомогою частотної характеристики власних коливань» була проведена серія експериментальних досліджень. Як робочий об'єм використовували металеву ємність, виконану з труби діаметром 30x1мм довжиною 360мм, заповнену інтерметалідом LaNi5 спочатку в кількості 800г з щільністю засипки 3,7 103кг/м 3, а після цього - 755г з щільністю засипки 3,5 103кг/м 3. Коливання ініціювали підпруженим шариком з обмежувачем розмаху. Для виміру використовували тензодатчики (фольгові тензорезистори КФ5-100А), що приєднували до вимірювально-перетворювальної апаратури, яка включала тензостанцію ШТС-8/IПМаш і запам'ятовуючий двопроменевий осцилограф С8-17. Результати експериментів реєструвалися в вигляді згасаючих синусоїд. Це дозволило обчислити декремент згасання і частоту власних коливань. Заздалегідь активований металогідрид проходив декілька циклів "сорбції-десорбції для стабілізації водневої ємності. Заміри по визначенню залежності частоти власних коливань і декремента згасання від вмісту водню проводилися спочатку на повністю збезводненому металогідриді і металогідриді у стані повного насичення. Після цього виміри проводили при ступеневому скиданні водню. Цикл вимірів закінчувався при повністю збезводненому сорбенті. Результати вимірів показали, що зміна щільності засипки сорбенту для значень однакового вмісту водню приводить до зміни частоти власних коливань акумулятора менш ніж на 2%. На підставі експериментальних даних були побудовані залежності частоти власних коливань і декремента згасань від вмісту водню. Отримані результати були трансформовані у залежність відносного декремента згасання від вмісту водню, що дозволяє з високою точністю однозначно вимірювати вміст водню в акумуляторі у всьому діапазоні концентрації водню в металогідриді. При цьому точність і об'єктивність зумовлені тим, що частотна характеристика акумулятора інтегрально відображує стан укладеного в ньому сорбенту. Отримана експериментальна залежність відносного декремента затухання від вмісту водню зображена на фіг.2. Таким чином, пристрій, що пропонується, дозволяє у будь-який момент часу визначити кількість водню, що міститься в акумуляторі, з достатньо високим ступенем точності, без ускладнення конструкції корпусу акумулятора. Все це загалом підвищує експлуатаційну надійність акумулятора.