Диссертация (Исследование тепловых процессов в системах твердофазного аккумулирования и очистки водорода)

Федеральное государственное бюджетное учреждение наукиОбъединённый институт высоких температур РАН(ОИВТ РАН)На правах рукописиБЛИНОВ ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ВСИСТЕМАХ ТВЕРДОФАЗНОГО АККУМУЛИРОВАНИЯИ ОЧИСТКИ ВОДОРОДАСпециальность 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехникаДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель –кандидат технических наукБорзенко В.И.МОСКВА 20162ОГЛАВЛЕНИЕОГЛАВЛЕНИЕ .......................................................................................................................................................................

2 ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................................................ 4 Г Л А В А 1. МЕТАЛЛОГИДРИДНЫЕ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДОРОДА. СОВРЕМЕННОЕСОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ................................................................................................................................................... 15 1.1.

Технологии хранения водорода ................................................................................................................................... 15 1.2. Металлогидридная технология хранения водорода ...................................................................................................

20 1.3. Особенности тепловых процессов в системах твердофазного аккумулирования водорода и методымоделирования массопереноса ........................................................................................................................................... 34 1.3.1 Расчетно-теоретические исследования процессов тепломассообмена в системах твердофазного храненияводорода.

................................................................................................................................................................................35 1.4. Проблемы создания эффективных систем хранения и очистки водорода ............................................................... 49 1.4.1 Влияние примесей на водородопоглощающие материалы ......................................................................................49 1.5.

Устройства твердофазного обратимого хранения водорода ..................................................................................... 52 1.6. Методы очистки газа .................................................................................................................................................... 59 1.7. Выводы по Главе 1 ........................................................................................................................................................

68 Г Л А В А 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА .................................................................................................. 70 2.1. Общие требования к экспериментальной установке ................................................................................................. 70 2.2. Схема и состав оборудования экспериментальной установки.................................................................................. 72 2.2.1 Водородсодержащий сплав для реактора ..................................................................................................................73 2.2.2 Реактор проточного действия очистки (РХОП – 1) .................................................................................................75 2.2.3 Система диагностики ...................................................................................................................................................81 2.2.4 Оценка погрешностей результатов измерений..........................................................................................................85 2.2.5 Калибровка показаний расходомеров - регуляторов газа.........................................................................................96 2.2.6 Методика приготовления газовых смесей .................................................................................................................98 Г Л А В А 3.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИПРОДУВКЕ ВОДОРОДА ЧЕРЕЗ ГИДРИДООБРАЗУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ .............................................................. 100 3.1. Экспериментальные исследования деградации и реактивации «отравленных» водородпоглощающихматериалов ..........................................................................................................................................................................

100 3.2. Экспериментальные исследования процесса очистки водорода от инертных примесей ..................................... 109 3.2.1 Сравнение методов металлогидридной очистки с точки зрения потерь водорода ..............................................117 3.3. Экспериментальные исследования очистки водорода от диоксида углерода методом продувки черезинтерметаллид ....................................................................................................................................................................

121 3.3.1 Взаимодействие углекислого газа и металлогидридной засыпки .........................................................................121 3.3.2 Экспериментальное исследование очистки водорода от диоксида углерода методом продувки черезинтерметаллид .....................................................................................................................................................................126 3.4. Исследования особенностей процессов тепломассообмена при очистке водорода от неотравляющих газовыхпримесей методом продувки через металлогидрид ........................................................................................................ 131 3.4.3 Методика экспериментальных исследований .........................................................................................................131 3.4.4 Результаты экспериментальных исследований .......................................................................................................131 3.5.

Выводы по Главе 3 ...................................................................................................................................................... 135 Г Л А В А 4. РАЗРАБОТКА НОВОГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО РЕАКТОРА C УЛУЧШЕННЫМИТЕПЛООБМЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ......................................................................................................... 138 4.1. Конструкция реактора ................................................................................................................................................ 138 4.2. Экспериментальные исследования очистки водорода с использованием реактора РХО-8И .............................. 143 34.2.1 Методика проведения эксперимента ........................................................................................................................143 4.2.2 Результаты экспериментальных исследований .......................................................................................................145 4.3.

Экспериментальное определение проницаемости металлогидридной засыпки сплава ....................................... 154 4.3.1 Методика экспериментального исследования .........................................................................................................159 4.4. Выводы по Главе 4 ...................................................................................................................................................... 162 Г Л А В А 5. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙМЕТАЛЛОГИДРИДНУЮ СИСТЕМУ ОЧИСТКИ БИОВОДОРОДА ДЛЯ ТОПЛИВООБЕСПЕЧЕНИЯПОЛИМЕРЭЛЕКТРОЛИТНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ..................................................................................

164 5.1. Схема и состав энергетической установки ............................................................................................................... 164 5.2. Режимы работы энергоустановки .............................................................................................................................. 172 5.2.1 Экспериментальные исследования системной интеграции металлогидридных реакторов проточного методаочистки и тптэ .....................................................................................................................................................................173 5.2.2 Выводы по главе 5......................................................................................................................................................176 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................................................................................