Обладнання для зберігання та подачі водню

Изобретение касается хранения и распределения водорода и решает проблему увеличения эффективности за счет повышения чистоты водорода и надежности работы при повышенных давлениях. В сосуде высокого давления с насадкой, обратимо сорбирующей водород, хранится в химически связанном состоянии газообразный водород, выделяющийся при нагреве сосуда. На трубопроводе подачи и выдачи водорода установлен на резьбовом соединении узел фильтров, а именно фильтр механических примесей, размещенный в ниж ч * '.л ней части трубопровода и служащий для задерживания частиц насадки при выдаче водорода из сосуда; молекулярный фильтр из материала, проницаемого только для молекул водорода, т.е. очищающего водород от примесей всех других газов. Молекулярный фильтр выполнен в виде цилиндра, установлен снаружи трубопровода с образованием кольцевой полости и жестко закреплен на нижней части трубопровода. Молекулярный фильтр Снабжен защитной оболочкой с отверстиями и расположенными по обе его стороны опорными Слоями пористого материала. Наружный опорный слой выполнен из обратимо сорбирующего водород порошка. Оболочка и слои защищают молекулярный фильтр от разрушения при повышенном давлении и являются дополнительными фильтрующими элементами. Такое выполнение позволяет повысить чистоту водорода в режиме его хранения и подачи при одновременной защите от разрушающих действий повышенного давления. 1 з.п. ф-лы. 3 ил. 1 1306254 частности LaNi r , TiFe, Mg Ni и др., а также сплавы на их оснояе. Фильтр 6 представляет собой цилиндр из пористого материала, не взаимодействующего с водородом и насадкой в условиях работы, с величиной пор, определяемой свойствами гидрида плотно с фиксированием положения входить во внутрь трубопровода 3, и служит для предотвращения уноса частиц насадки 2 десорбированным водородом при его извлечении из устройства. Фильтр 6 может иметь форму чашечки и надеваться на трубопровод 3 (непоказано). Изобретение относится к области хранения и распределения газов, а именно к сосудам высокого давления, и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, где 5 необходим химически чистый водород. Цель изобретения - увеличение эффективности за счет повышения чистоты водорода и надежности работы при повышенных давлениях. J0 На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 и 3 - узел фильтров. Устройство содержит сосуд 1 высокого давления, заполненный обратимо Ї5 сорбирующей водород насадкой 2, трубопровод 3 подачи и выдачи водорода с вентилями 4,5, фильтр 6 механических примесей, молекулярный фильтр 7 из материала, проницаемого для моле- 20 кул водорода, выполненный в виде цилиндра, установленного снаружи трубопровода 3, жестко закрепленного на его нижнем конце с образованием коль Фильтр 7 изготовлен из материала, пропускающего из газов только водород, и служит для очистки водорода от примесей (0 4 , N 2 и д р . ) . В качестве материала используется палладий, сплав палладия с серебром или другими металлами. Фильтр 7 представляет собой цилиндр толщиной 0,1-0,5 мм, вер цевой полости 8, и снабженный защит_ 25 хний конец его по всему периметру герметично соединен (сварен)с телом ной оболочкой 9 с отверстиями 10 и ввертного тройника 13, нижний конец размещенными по обе его стороны опорего таким же образом соединен с труными слоями 11 и 12 из пористого м а бопроводом 3. В результате между териала, при этом слой 12, располо30 внутренней (обращенной к трубопровоженный снаружи фильтра 7, выполнен ду 3) поверхностью фильтра 7, наружиз обратимо сорбирующего водород п о ной поверхностью трубопровода 3 и рошка, а фильтр 6 размещен в нижней поверхностью канала тройника 13 обрачасти трубопровода 3. Устройство такзуется изолированный объем в виде же содержит тройники 13, 14 и 15, кольцевой полости 8 (щелевой объем), манометр 16 и трубопроводы 17-22. 35 в который водород попадает либо через горизонтальный канал тройника 13 от Сосуд 1 изготовлен из высокопрочтрубопровода 21, либо продиффундироного материала, не взаимодействующего вав через стенку фильтра 7. с водородом, имеет в верхней части Трубопровод 3, тройник 13 и труборезьбовое отверстие для загрузки н а - 40 провод 17 герметично соединяются межсадки 2 (не показаны) и герметичного ду собой по способу конуса. Таким закрепления фильтров 6 и 7 при помощи образом устраняется возможность утечрезьбового соединения 23, является ки водорода через образуемые первонаоснованием всего устройства и служит для содержания в нем насадки и водо- ^5 ч а л ь н о неплотности между поверхностями тройника 13 и трубопровода 3. рода в газообразном и химически свяМежду внутренней поверхностью физанном состоянии. льтра 7 и наружной поверхностью тру1 бопровода 3 устанавливается слой 1t Насадка 2 - вещество обратимо сорв виде сетки, а между наружной повербирующее водород служит для химичесхностью фильтра и внутренней поверхкого связывания водорода в гидриды ностью защитной оболочки 9 помещается на период его хранения при малых давслой 12 сорбента, предварительно лениях газообразного водорода, нахоуплотненный любым способом, с обеспедящегося в равновесии с гидридами и 1 при необходимости способного выделять 55 чением пористости, необходимой для водород из гидридов с обеспечением прохождения водорода. Сетка служит необходимого давления. для предотвращения перемещения стенки В качестве насадки могут использофильтра 7, плотного прилегания фильтваться различные интерметаллиды, в ра к поверхности трубопровода 3 под З 1306254 4 действием высокого давления водорода жа. Б верхней части защитная оболочка со стороны объема сосуда 1 и обсспс— 9 имеет отверстия 10 для прохождения •> чения свободного и быстрого прохождеводорода из объема сосуда 1 через ния в щелевой объем узла фильтров, а слой 12 к фильтрам и наоборот. затем в канал тройника 13 - продиффун- $ Объем сосуда 1 через фильтры, дировавшего из сосуда 1 через фильтр тройники 14 и 15, трубопроводы 3, 7 водорода. Сетка изготавливается из 17-22, вентили 4 и 5 соединяется с материала, не разрушающегося водороманометром 16 и внешними устройствами дом. Размер ячеек определяется тол(источником технического водорода, щиной стенки фильтра 7. При толщине 10 потребителем десорбированного водоростенки 0,1 мм хорошо работает сетка да, системой откачки и пр. (не пока2 с размером ячейки 0,06 мм . Сетка зано) . может быть заменена трубкой из пориУстройство работает следующим обстого материала. Внутренняя поверхразом. ность фильтра 7 может опираться не- J5 При открытых вентилях 4 и 5 произпосредственно на поверхность трубоводится вакуумирование всей системы 3 провода 3, если на ней путем накатки устройства до Ю~ - Ю~ мм.рт.ст. или другим образом будут сделаны проПосле этого при закрытом вентиле 5 дольные и винтовые (поперечные) каи открытом вентиле 4 под необходимым налы. 20 давлением подают технический водород, , Между наружной поверхностью фильтсодержащий газовые примеси, через ра 7 и внутренней поверхностью защитпоследовательно соединенные тройник ной оболочки 9 помещается уплотненный 15, трубопроводы 20 и 19, тройник 14, слой 12 порошка сорбента (интерметалтрубопровод 17, тройник 13, трубопролида), назначение которого препят25 вод І, фильтр 6, через порошкообразствовать перемещению фильтра 7 при ный слой 12, отверстия 10 в защитной действии на него большого одностороноболочке 9 в объем сосуда 1, где он него давления водорода со стороны вступает в химическое взаимодействие внутренней поверхности фильтра, котос насадкой ? и поглощается им до конрое может вызвать его разрушение; ин-30 центрации С (С - концентрация водон н тенсифицировать работу фильтра 7 тем, рода, максимально возможна при данных что значительный объем десорбированТ и Р, Т - температура, Р - давление). ного водорода из слоя 12 благодаря Одновременно водород через трубопронепосредственному контакту между фивод подходит к манометру 16, который льтром 7 и слоем 12 не успевает син- 35 контролирует давление водорода вчутри тезироваться в молекулы и попадает сосуда 1 и трубопроводов. После насына поверхность фильтра в атомарном щения насадки 2 водородом избыточный (активном) состоянии и существенно газообразный водород удаляют и переповышает производительность фильтра 7. крывают вентиль 4. После этого устройство может хранить водород бескоИнтенсивность работы фильтра 7 мо-40 нечно долго. жет быть обеспечена наличием опорноI го слоя и применением высокого давДля работы устройства в качестве ления. Кроме того, слой 12, если он источника водорода производят нагрев из сорбента, дополнительно самоуплотняется при насыщении его водородом, 45 сосуда 1 с насадкой ?. (устройство допускает температуру нагрева до 40С С) . чем обеспечивается более полное заБ результате нагрева сосуда 1 наблюполнение пространства между фильтром дается десорбция, т.е. выделение га7 к защитной оболочкой 9, т.е. более зообразного водорода из насадки 2. плотное прилегание слоя 12 к фильтру 7. При выделении водорода давление в соI 50 суде постоянно возрастает, благодаря Слой 12 может быть изготовлен из чему выделяемый водород при открытом какого-либо пористого компактного вентиле 4 и закрытом вентиле 5 постуматериала или заменен-сеткой. пает к потребителю по обратной схеме, Защитная оболочка 9, навинчиваемая на тройник 13, изготовлена из « именно водород, выделяемый из насадки 2, проходит через отверстия 10 в заматериала, не разрушающегося в услощитной оболочке 9, поступает в толщу виях работы, служит емкостью и опосдоя 12 и вместе с водородом, выделярой для слоя 12 и защищает его от емым слоем 12, подтекает к фильтрам разрушения в процессе работы и монта 5 1306254 6 6 и 7 и проходит через них. Водород, фильтр 7, С этой целью технический прошедший через механический фильтр водородг содержащий примеси газов, 6, попадает во внутрь трубопровода 3, при открытом вентиле 5 и закрытом затем - в соединенный с ним трубопровентиле 4 от внешнего источника через вод 17, через тройник 14 и трубопро- 5 тройник 5, трубопроводы 22, 21 тройвод 19 водород подается к вентилю 4 ник 13 попадает в полость 8, а через и одновременно через трубопровод 18 - к слой 1 I подходит к поверхности фильтманометру 16. В то же время, водород, ра 7. При обеспечении соответствуюподтекающин к фильтру 7 под действием щих температуры и давления водород, разности давления (концентраций) на W продиффуидировав через фильтр 7, заего поверхностях, диффундирует через полняет объем сосуда 1, вступает во него и попадает на слой 11 (сетку) и, взаимодействие с насадкой 2 и поглопройдя его, попадает в кольцевую пощается до соответствующей концентралость, а затем через горизонтальный ции. Таким образом устройство работаканал тройника 13 - в трубопровод 21 15 ет в прямом (через фильтр 7 поступают и через него подходит к вентилю 5. десорбирозанный водород) и обратПри открытом вентиле 4 и закрытом ном (через фильтр 7 пропускают технивентиле 5 водород, прошедший через ческий водород) направлениях, т.е. фильтр 6 и указанный выше путь, через в этом смысле устройство является трубопровод 2С и тройник 15 поступает 20 реверсивным, к потребителю. Предлагаемое устройство может исВодород, выделенный из насадки и пользоваться не только для очистки пропущенный только через фильтр 6, и хранения накопленного водорода, оно оказывается существенно очищенным, может работать в качестве компрессотак как содержавшиеся э нем ранее и 25 р а > т.е. устройства для создания вопоглощенные интерметаллидом 0 ? , Иг дородсодержащих сред высокого давлеи другие примеси более сильно удержиния 400-500 атм., так как все его ваются интерметаллидом, чем водород узлы выдерживают высокое давление, в условиях его десорбции. которое контролируется имеющимся в Если необходим водород после моле- 30 устройстве манометром 16. кулярной очистки, то для транспортиКоличество выделяемого водорода, •ровки его к потребителю открывают скорость его выделения, развиваемое вентиль 5 при закрытом вентиле 4 и внутри сосуда (системы) давление вопри обеспечении необходимых условий порода, кроме соотношения объема со- . работы фильтра 7 (температура, давле- 35 суда 1 и объема, который занимает в ние) водород, подтекающий к фильтру сосуде насадка,определяются термодина7 по ранее описанной схеме, диффундимическими характеристиками сорбента рует через фильтр 7, наполняет по(Т, Р, С н ) . При поглощении водорода лость 8, а оттуда поступает к потрр.насадкой его концентрация в ней (кобителю. 40 личество) тем выше, чем выше давление По окончании работы открытые венв сосуде 1 и ниже тенпература насадки тили перекрываются, нагрев прекраща2, а количество водорода выделяемого ют, а газообразный водород, оставшийнасадкой и его давление в сосуде 1 ся в объеме сосуда 1, вновь поглощатем выше, чем выше температура насад-, ется насадкой, т.е. переходит в хими- 45 ки и чем выше была его концентрация чески связанное состояние. Давление в насадке. газа внутри сосуда 1 падает до рав/ , \ . , Предлагаемое устройство позволяет у новесного (атмосферного и ниже). Устиспользовать все известные сорбенты у с роиство пребывает в состоянии храниCQ без ограничений. В лабораторном варианте в устройстве при объеме сосуда При истощении насадки она вновь 1 около 1 л можно хранить около 500 л насыщается водородом по описанной водорода в виде гидридов на базе уже схеме. ' LaNi 5 , TiFe, Mg_Ni и их сплавов и Следует отметить, что в предлагав- « развивать давление водорода около мом устройстве при наличии опорного 500 атм, в объеме около 0,8 л при слоя 12 возможно насыщение насадки 2 температуре 400 С и 3 кг сорбента, водородом после молекулярной очистки, Предлагаемое устройство по сравнет.е. водородом, прошедшим через нию с известным компактно, транспор 1306254 8 табельно и универсально. Чистота, потивности за счет повышения чистоты лучаемого ия пррплягярмогп угтппйетвз водорода м нздежности работы при по— водорода» значительно превышает по вышенных давлениях, оно снабжено моразличным примесям степень чистоты лекулярным фильтром из материала, водорода, поступающего из известного проницаемого для молекул водорода, устройства (см. акт испытаний). Предфильтр для механических примесей разлагаемое устройство может быть испомещен в нижней части трубопровода, льзовано там^ где необходим высокочимолекулярный фильтр выполнен в виде стый водород, например в хроматограцилиндра, установленного снаружи труфии, вычислительной технике, для тех- 10 бопровода, и жестко закреплен на его ники сверхпроводников. Кроме того, нижнем конце с образованием кольцеподобные устройства могут работать в вой полости между трубопроводом и системах кондиционирования воздуха, цилиндром, при этом молекулярный в тепловых насосах, в качестве водофильтр снабжен защитной оболочкой с родных компрессоров и пр. 15 отверстиями и размещенными по обе его стороны опорными слоями пористого материала, один из которых выполнен Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я из обратимо сорбирующего водород порошка и расположен снаружи молекуляр1. Устройство для хранения и подачи водорода, содержащее сосуд высоко- 20 ного фильтра. 2. Устройство по п.1, о т л и го давлення, заполненный обратимо ч а ю щ е е с я тем, что фильтр месорбирующей водор-од насадкой и трубоханических примесей и молекулярный провод подачи и выдачи водорода с фильтр с защитной оболочкой и опорнывентилями и фильтром механических ми слоями закреплены на трубопроводе примесей, о т л и ч а ю щ е е с я при помощи резьбового соединения. тем, что, с целью увеличения эффек Фил.! 1306254 Фиг 2 Редактор Т.Шагова Фиг. З Составитель Г.Ольшанская Техред А.Кравчук Корректор И.Шулла Заказ 457/ДСП Тираж 263 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. k/Ъ Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А