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invention
Fédération de Russie Patent RU2222749

Réservoirs de stockage d'hydrogène

Nom de l'inventeur:. Vorontsov VV; Nikitin VA. UN Starostin
Le nom du titulaire du brevet: Open Joint Stock Company "Rocket and Space Corporation" Energia "SP Korolev."
Adresse pour la correspondance: 141070, région de Moscou, Korolev, st .. Lénine, 4a, OAO RSC "Energia". SP Reine de la propriété industrielle et de laboratoire Innovation
Date de début du brevet: 22.04.2002

La capacité est prévue pour le stockage des gaz, principalement dans les véhicules, tels que le stockage de l'hydrogène à bord du véhicule équipé d'une centrale électrique à base d'un générateur électrochimique. Capacité pour le gaz comprend un boîtier étanche, un récipient intérieur, le remplissage-vidage d'un tube de purge soupape d'arrêt d'une vanne d'arrêt, dans lequel le récipient est monté autour de l'écran interne du vaisseau avec un conduit dans la partie supérieure du récipient intérieur tube et l'écran présente des trous qui informent leurs cavités un logement étanche avec une cavité, en outre, une extrémité du tube d'écran est reliée à la conduite de purge, et l'autre extrémité insérée dans la cavité du récipient intérieur, dans lequel le rapport du volume interne de la cuve V B au volume du boîtier fermé est déterminé par la relation V H

où:

  • P - la pression du gaz dans le récipient pendant le stockage, Pa;
  • - Densité rempli dans le récipient interne de gaz liquide, kg / m3;
  • R - constante de gaz de gaz rempli, J / (kg · K);
  • T - température du gaz dans le récipient pendant le stockage, K, et M est la masse de C détermine le rapport de la cuve interne

où:

  • M B - consommation de gaz pour refroidir la cuve intérieure, kg;
  • r - évaporation thermique à gaz, J / kg;
  • C P - capacité calorifique du matériau de la cuve interne, J / (kg · K);
  • T 0 - la température initiale de la cuve interne, K;
  • T F - la température du gaz remplie de liquide, K.

Le résultat technique - la réduction du temps de ravitaillement, l'exclusion des pertes de gaz.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention se rapporte à un stockage de gaz des récipients de préférence sur des véhicules tels que le stockage de l' hydrogène à bord d' un véhicule équipé d' une centrale électrique sur la base du générateur électrochimique.

Il est connu pour le dispositif analogique reçu pour le stockage de gaz à haute pression (voir traduction Anglais ed D.H.Brontmana vaisseau spatial habité -..... M:. Génie mécanique de 1968, la page 317, figure 23.1 ..), comprenant un récipient le stockage de gaz et un tube de remplissage, de vidage avec soupape d'arrêt.

désavantage analogique est que le gaz dans le réservoir de stockage à haute pression il y a un problème de remplissage rapide des conteneurs, ce qui est particulièrement important au transports, où il est relié à un long temps d' arrêt du véhicule pendant le ravitaillement. la consommation de gaz à la station d'essence est la capacité de chauffage limitée en raison de la compression du gaz, comme la capacité de chauffage conduit à une réduction de sa force et de réduire le nombre de gaz rempli.

Connu et la capacité de stockage de gaz, sélectionné en tant que prototype (voir A.M.Arharov etc. systèmes cryogéniques -... M:. Génie mécanique, 1987, page 500, Figure 7.11 ..), pour le stockage de gaz à l' état liquide. Capacité se compose d'une enveloppe extérieure, la cuve intérieure d'un tuyau de remplissage vidange, contenant la vanne d'arrêt et purger le tuyau avec vanne d'arrêt. L'espace entre la coque extérieure et le récipient intérieur est mis sous vide et rempli d'isolant.

L'inconvénient du prototype est temps de stockage de gaz limitée en raison de son évaporation pendant le stockage. Dans une grande perte de réservoirs de stockage de 0,5% par jour et augmente avec la diminution de la taille du récipient. Décharge de gaz à partir du réservoir pendant le stockage nécessite des installations spéciales pour sa disposition afin de fournir un stockage sécurisé, cette élimination des locaux dans lesquels le conteneur ou la postcombustion. Ces inconvénients rendent l'utilisation de tels récipients, tels que des véhicules, des complexes et inconfortables.

L'objet de la présente invention est de réduire le temps de remplissage, en assurant un stockage de longue durée du gaz et d' expulsion des pertes de gaz à partir du récipient pendant le stockage.

Le problème est résolu en ce qu ' un récipient de stockage de gaz comprenant un boîtier étanche, un récipient intérieur, le tube de remplissage de vidange d'un conduit de purge soupape d' arrêt avec la vanne d'arrêt, autour de l'enceinte interne d' un écran avec un conduit dans la partie supérieure du récipient intérieur et l'écran présente des trous, des rapports de leur cavité buccale avec le boîtier scellé, en outre, une extrémité du tube d'écran est reliée à la conduite de purge, et l'autre extrémité est insérée dans la cavité du récipient intérieur, dans lequel le rapport du volume interne de la cuve V B au volume du boîtier fermé est déterminé par la relation V H

où:

  • P - la pression du gaz dans le récipient pendant le stockage, Pa;
  • - Densité rempli dans le récipient interne de gaz liquide, kg / m3;
  • R - constante de gaz de gaz rempli, J / (kg · K);
  • T - température du gaz dans le récipient pendant le stockage, K, et M est la masse de C détermine le rapport de la cuve interne

où:

  • M B - consommation de gaz pour refroidir la cuve intérieure, kg;
  • r - évaporation thermique à gaz, J / kg;
  • C P - capacité calorifique du matériau de la cuve interne, J / (kg · K);
  • T 0 - la température initiale de la cuve interne, K;
  • T F - la température du gaz remplie de liquide, K.

Le dessin montre une vue générale d'un réservoir de stockage de gaz.

Réservoirs de stockage d'hydrogène

récipient fermé hermétiquement comprend un boîtier 1, le récipient intérieur 2 présentant une ouverture à la partie supérieure de l'enceinte interne 3. Autour de l'écran 2 est 4 à un conduit 5 et 6 d'une ouverture dans sa partie supérieure. Capacité et comprend un remplissage de vidange tube 7 avec vanne d'arrêt 8, le tuyau 9 de purge avec vanne d'arrêt 10 et un capteur de température 11. La cuve interne 2 et l'écran 4 installé à l'intérieur du boîtier étanche 1 au moyen de paliers 12. Le conduit 5 à une extrémité de l'écran 4, 13, est entré en la cavité du récipient intérieur 2 et l'autre extrémité 14 est reliée à la canalisation 9. le trou de purge 3 du récipient intérieur 2 et le rapport de l'écran 4, l'ouverture 6 du récipient intérieur 2 et la cavité 4 de l'écran avec une cavité 1 boîtier étanche.

Capacité fonctionne comme suit. Avec un arrêt d'ouverture de vanne 10 sur la canalisation 9 purge ouverte vanne d'arrêt 8 sur le tube de remplissage de vidange 7 et produire le remplissage du conteneur interne 2 avec du gaz liquide, tel que l'hydrogène. Pendant la partie de remplissage de gaz du liquide se vaporise en raison du refroidissement du récipient intérieur 2. Le gaz évaporé à travers l'ouverture 3 dans la cuve intérieure 2 et l'ouverture 6 dans l'écran remplit la cavité 4 du boîtier 1 et, simultanément, pénètre dans l'écran 4 par un conduit 5 l'extrémité 13 et à travers l'extrémité 14 ligne 5 pénètre dans le tube de purge passé à travers l'écran 9. le gaz conduit 5 4 vaporisée se refroidit l'écran 4, et réduit ainsi le flux de chaleur du boîtier étanche 1 de la cuve intérieure 2 et la quantité vaporisée dans le gaz liquide interne récipient 2.

Remplissage du réservoir avec l'apparition de gaz liquide dans la canalisation 5 de l'écran 4, qui est fixé par le capteur de température 11 saut température du tuyau de purge 9. Avec la fin du remplissage de la cuve interne 2 en même temps fermer les vannes d'arrêt 8 et 10. En raison de la fuite de chaleur de la capacité de l'environnement, le gaz liquide, situé dans la cuve interne 2, évaporée, elle se transforme en un état gazeux, et la pression dans le réservoir augmente. augmentation de pression est interrompue lorsque la température du gaz dans le réservoir devient égale à la température ambiante.

Dans un volume connu V H du boîtier étanche, une pression P et de température T du gaz dans la cuve à une capacité de stockage de masse déterminée à partir du rapport du gaz

où R - constante de gaz de gaz rempli.

Le volume intérieur de la cuve 2 V B est déterminée à partir du rapport

où - Densité de gaz liquide rempli.

A partir des relations (1) et (2) est le rapport du volume de la cuve interne 2 étanche boîtier 1 et

Un réservoir de stockage d'hydrogène à une pression de 40 MPa et à une température de 300 K, qui est rempli avec une densité d'hydrogène liquide de 65 kg / m3, doit avoir un rapport V B / V H = 0,49. Ainsi, la capacité de volume du boîtier étanche 100 L, en vertu de ces paramètres, le remplissage et la cuve de stockage doit avoir un volume interne de 49 litres, et le poids à la charge de 3,2 kg d'hydrogène.

réservoir de temps de remplissage est déterminé par l'offre de la consommation de gaz liquide. Lors du remplissage desdits 3,2 kg d'hydrogène pendant 1 min à une chute de pression de remplissage, la vidange du tube 7 5 m et un diamètre de 20 mm est d'environ 1 kPa et la chute de pression maximale à travers la conduite de l'écran de diamètre 4 5 10 m de longueur et 25 mm est de ~ 100 kPa. Assurer ces capacités paramètres de remplissage ne sont pas des difficultés techniques.

La masse de gaz évacuée par un tuyau de purge 9 lors d'un remplissage, le débit de gaz est déterminé sur le refroidissement du récipient intérieur 2, la fuite de chaleur du récipient intérieur 2 de l'enveloppe hermétique 1 et le temps de remplissage du récipient. La consommation de gaz dans le refroidissement du récipient intérieur 2 m, la masse du récipient intérieur 2 M C, la capacité thermique du matériau du récipient intérieur 2 avec P et la chaleur de vaporisation de gaz liquide sont reliés par r

M C · C P · (T 0 -T M) = M B · r,

où T 0 - la température du récipient intérieur 2 avant que le gaz de remplissage;

T F - la température du gaz liquide.

Par conséquent, pour réduire le flux de gaz sur le liquide de refroidissement de la cuve interne 2, il doit être fait d'un matériau à faible capacité thermique et ont une petite masse. Donc, à un débit de 0,25 kg d'hydrogène, à refroidir le récipient intérieur 2 fabriqué à partir 03H20N16AG6 d'acier ayant une capacité calorifique de 450 J / (kg · K), le poids du récipient intérieur 2 est de 1 kg. L'épaisseur de paroi du récipient intérieur 2 à 3,2 kg d'hydrogène liquide sera ~ 0,15 mm. Cette épaisseur de paroi est suffisante, récipient intérieur 2 connaît des charges mécaniques mineures pendant le remplissage du réservoir, et après évaporation, il est chargé de gaz uniquement son propre poids.

Évaporées et décharge du réservoir pendant le ravitaillement du gaz peut être recueilli dans un récipient spécial et ensuite utilisé dans l'état liquéfié ou gazeux.

Ainsi, un ensemble de nouvelles fonctionnalités non disponibles dans l'art antérieur, atteint un nouveau résultat technique: la capacité de ravitaillement couper et éliminer la perte de gaz à partir du récipient pendant le stockage.

REVENDICATIONS

La capacité de stockage de gaz, comprenant un tube de récipient intérieur de l'enveloppe étanche de remplissage de vidange d'un tube de purge obturateur d'une vanne d'arrêt, caractérisé en ce que le récipient est monté autour de l'écran interne du vaisseau avec un conduit dans la partie supérieure du récipient intérieur et l'écran présente des trous, des rapports de leur cavité buccale avec le boîtier scellé, en outre, une extrémité du tube d'écran est reliée à la conduite de purge, et l'autre extrémité est insérée dans la cavité du récipient intérieur, dans lequel le rapport du volume interne de la cuve V B au volume du boîtier fermé est déterminé par la relation V H

dans lequel:

  • P - la pression du gaz dans le récipient pendant le stockage, Pa;
  • - Densité rempli dans le récipient interne de gaz liquide, kg / m3;
  • R - constante de gaz de gaz rempli, J / (kg · K);
  • T - température du gaz dans le récipient pendant le stockage, K
  • et la masse M de C détermine le rapport de la cuve interne

où:

  • M B - consommation de gaz pour refroidir la cuve intérieure, kg;
  • r - évaporation thermique à gaz, J / kg;
  • C P - capacité calorifique du matériau de la cuve interne, J / (kg · K);
  • T 0 - la température initiale de la cuve interne, K;
  • T F - la température du gaz remplie de liquide, K.

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Date de publication 04.01.2007gg