CC BY
18ХИМИЧЕСКИЕ ПАТРОНЫ-РЕКОМБИНАТОРЫ ВОДОРОДА
Автор проекта: генеральный директор ООО НТЦ «ТАТА» Александр Леонидович Гусев
ООО Научно-технический центр «ТАТА»
ООО НТЦ «ТАТА», ул. Московская д. 29, офис 306, а/я 687, г. Саров, Нижегородская область, 607183, Россия
Тел/факс: +7-(83130) 90708; 63107 E-mail: gusev@hydrogen.ru
Разработаны конструкции химических патронов (рекомбинаторов водорода) для инвертирования водорода в теплоизоляционных полостях (с суперизоляцией) криогенных резервуаров (рис.1) в воду в условиях вакуумной среды и низких температур (до 77 Кельвинов). Разработка необходима для оптимального хранения и транспортировки больших количеств криогенных азота, кислорода и водорода.
Суть разработки в том, что используются оксиды металлов, промотированные диоксидом палладия или гетерокатализаторами. В процессе взаимодействия химического рекомбинатора водород инвентируется в воду, которая вымораживается на холодных или криогенных поверхностях теплоизоляционной полости криогенных объектов. В результате в теплоизоляционной
полости снижается концентрация водорода, являющегося основным компонентом, участвующим в образовании «теплового моста» между слоями суперизоляции. Новизной является то, что в разработке используются тонкие порошки оксидов металлов (например, диоксид марганца), перемешенные с каталитическими порошками. Особенностью процесса приготовления каталитических порошков является нанесение гетерогенных катализаторов CVD - методом или методом пропитки на наноалмазную основу.
Порошки-рекомбинаторы водорода размещаются в химических патронах-рекомбинаторах (Рис.2, Рис.3).
В таблице 1 представлены диапазоны рабочих концентраций, давлений и температур для разработанных рекомбинаторов водорода.
Рис. 1. Криогенный резервуар для хранения криогенных газов, где на рис.а) и b) представлены резервуары с обвязкой криогенных трубопроводов, на рис. c) представлен переносной химический патрон-рекомбинатор водорода, присоединенный к теплоизоляционной полости резервуара.
Fig. 1. Cryogenic gas storage tanks, where Figures a) and b) show tanks with cryogenic pipes, and Figure c) shows a portable chemical hydrogen recombination cartridge attached to the heat insulation cavity of the tank.
122
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology 14 (82) 2008
© Scientific Technical Centre «TATA», 2008
тлт
А. Л. Гусев. Химические патроны-рекомбинаторы водорода
Рис. 2. Переносной химический патрон-рекомбинатор с полками для равномерного размещения поглотителя
Fig. 2. Portable chemical recombination cartridge with shelves for uniform absorbent distribution
Рис. 3. Химический патрон -рекомбинатор водорода Fig. 3. Chemical hydrogen recombination cartridge
Таблица 1. Химические патроны для удаления водорода Table 1. Chemical cartridges for hydrogen removal
Название
Принцип действия и схема
Диапазон рабочих концентраций
Диапазон рабочих давлений, Па
Диапазон рабочих температур
Патроны с инвертированием водорода в воду
Химический патрон -инвертор
0,01%- 3%
10"5Па- 5-105Па
77K- 373K
Химический патрон - инвертор с полками для равномерного
размещения инвертирующего вещества
0,01%- 3%
10-5Па- 5-105Па
77K- 373K
Список литература
1. А. Л. Гусев, Е.В. Куделькина, П.А. Чабан, А.В. Ивкин, М.Д. Хэмптон, Т.Н. Везироглу. Перспективы применения палладия и оксидов металлов 4 периода в водородной энергетике и в водородном транспорте.
Труды Conference EuroSun 2004 and 14th International ForumSun (14.Internationales Sonnenforum of DGS e. V.) - June 20-23, 2004 (Freiburg, Germany) and Intersolar 2004, June 24-26, 2004 (Freiburg, Germany). Германия, pp. 70 - 76, 2004.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» 14 (82) 2008 © Научно-технический центр «TATA», 2008
CHEMICAL HYDROGEN RECOMBINATION CARTRIDGES
Project Author: Alexander Leonidovich Gusev, General Director, STC TATA Ltd
Scientific and Technical Center TATA Limited
OOO STC TATA, 29 Moskovskaya Street, PO Box 687, Sarov, Nizhniy Novgorod Region 607183 Russia
Phone/Fax: +7-(83130) 90708; 63107 E-mail: gusev@hydrogen.ru
Designs of chemical cartridges (hydrogen recombiners) for hydrogen-to-water inversion in heat insulation cavities (with superinsulation) of cryogenic tanks (Fig. 1) under vacuum and low-temperature conditions (up to 77° K) have been developed. Such devices are necessary for optimal storage and transportation of large quantities of cryogenic nitrogen, oxygen and hydrogen.
The concept consists in the use of palladium dioxide or heterocatalyst-promoted metal oxides. During interaction in the chemical recombiner, hydrogen inverts to water, which is frozen out on cold or cryogenic surfaces of the heat insulation cavity of cryogenic tanks. This decreases the concentration of hydrogen, being the major contributor to the formation of the heat bridge between superinsulation
layers, in the heat insulation cavity.
Novelty consists in the use of fine metal oxide powders (e.g. manganese dioxide) mixed with powder catalysts. The process of preparing the powder catalysts provides for the application of heterogeneous catalysts by CVD or impregnation to a nanodiamond substrate.
The hydrogen recombination powders are placed into chemical recombination cartridges (Figs. 2 and 3).
Table 1 shows the ranges of working concentrations, pressures and temperatures of developed hydrogen recombiners.
Fig. 1. Cryogenic gas storage tanks, where Figures a) and b) show tanks with cryogenic pipes, and Figure c) shows a portable chemical hydrogen recombination cartridge attached to the heat insulation cavity of the tank.
Рис. 1. Криогенный резервуар для хранения криогенных газов, где на рис.а) и b) представлены резервуары с обвязкой криогенных трубопроводов, на рис. c) представлен переносной химический патрон-рекомбинатор водорода, присоединенный к теплоизоляционной полости резервуара.
124
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology 1 4 (82) 2008
© Scientific Technical Centre «TATA», 2008
ismi
А. L. Gusev. Chemical hydrogen recombination cartridges
Fig. 3. Chemical hydrogen recombination cartridge Рис. 3. Химический патрон -рекомбинатор водорода
Fig. 2. Portable chemical recombination cartridge with shelves for uniform absorbent distribution
Рис. 2. Переносной химический патрон-рекомбинатор с полками для равномерного размещения поглотителя
Table 1. Chemical cartridges for hydrogen removal Таблица 1. Химические патроны для удаления водорода
Description Principle of operation and structure Range of working concentrations Range of working pressures, Pa Range of working temperatures
Hydrog en-to-water inversion cartri dges
Chemical hydrogen inversion cartridge
0.01%- 3%
10"5Pa- 5-105Pa
77K- 373K
Chemical inversion cartridge with shelves for uniform distribution of inversion agent
0.01%- 3%
10-5Pa- 5-105Pa
77K- 373K
References
1. A.L. Gusev, Ye.V. Kudel'kina, P.A. Chaban, A.V. Ivkin, M.D. Hampton, T.N. Veziroglu. Prospects of palladium and fourth period metal oxides as applied to hydrogen energy and hydrogen transport. Proceedings of EuroSun 2004 Conference and 14th International Sun Forum (14.Internationales Sonnenforum of DGS e. V.) - June 20-23, 2004 (Freiburg, Germany) and Intersolar 2004, June 24-26, 2004 (Freiburg, Germany). Germany, pp. 70 - 76, 2004.
(mm
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» 14 (82) 2008 © Научно-технический центр «TATA», 2008
125
