zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-5-27-31zldm-731Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯSTRUCTURE AND PROPERTIES RESEARCH. PHYSICAL METHODS OF RESEARCH AND MONITORINGИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ СОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В МЕТАЛЛОГИДРИДНЫХ ПАРАХSTUDY OF SORPTION KINETICS IN METAL HYDRIDE PAIRSМатвееваО. П.MatveevaO. P.

Ольга Петровна Матвеева.

Москва 

Olga P. Matveeva.

Moscow

sm8@sm8.bmstu.ruПатрикеевЮ. Б.PatrikeevYu. B.

Юрий Борисович Патрикеев.

Москва

Yuri B. Patrikeev.

Moscow

ybpatrikeev@giredmet.ruФиляндЮ. М.FilyandYu. M.

Юлия Михайловна Филянд.

Москва

Yulia M. Filyand.

jmfilyand@yandex.ruМГТУ имени Н.Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian FederationАО ГиредметРоссияJSC GiredmetRussian Federation2018070620188452731Copyright © Матвеева О.П., Патрикеев Ю.Б., Филянд Ю.М., 20182018Матвеева О.П., Патрикеев Ю.Б., Филянд Ю.М.Matveeva O.P., Patrikeev Y.B., Filyand Y.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/731

Представлены результаты исследования сорбционных процессов в металлогидридных парах. Разработаны методика и лабораторная установка для экспериментального изучения кинетики и определения продолжительности взаимодействия с водородом гидридов, образующихся при насыщении двух интерметаллических соединений (ИМС) разного состава. Конструкция установки включает две стальные реторты, содержащие ИМС, способные к многоцикловому обратимому поглощению водорода с образованием соответствующих гидридов — высоко- и низкотемпературного. Система предусматривает измерение температуры циркулирующих или перемешиваемых теплоносителей, охлаждающих реторты в процессе сорбции и подогревающих их при десорбции, и давления в соединительной водородной магистрали. Изучена динамика давления водорода в магистрали и температуры теплоносителя с течением времени при одновременной работе двух гидридов сплавов — Mm1–yLayNi4Co и LaNi5–xAlx. Определена продолжительность десорбции водорода из первого материала с одновременной сорбцией его вторым. Для подтверждения полученных кинетических характеристик рассчитывали тепловой баланс, составленный для низкотемпературного модуля установки. Аналогичные расчеты проводили для высокотемпературного металлогидрида. Предложенная методика и результаты могут быть использованы при математическом моделировании сорбционных процессов в металлогидридной паре, а также для определения оптимальных конструктивных параметров, обеспечивающих эффективную работу сорбционных тепловых насосов.

We present the results of studying sorption processes in metal hydride pairs. Technique and laboratory setup are developed for experimental study of kinetics and determination of the duration of interaction between hydrogen and hydrides formed upon saturation of two intermetallic compounds (IMC) of different compositions. The design of the setup and principle of operation are presented. The setup includes two steel retorts which contain the alloys capable of multicycle reversible sorption of hydrogen with formation of the high- and low-temperature hydrides. The system provides measurements of pressure in the hydrogen pipeline between the retorts and temperature of circulating or stirred heat carriers which cool the retorts during sorption and heat them during desorption. The dynamics of hydrogen pressure change in the pipeline and temperature of the heat carrier under simultaneous operation of two hydrides of alloys Mm1–yLayNi4Co and LaNi5–xAlx are studied. The duration of hydrogen desorption from the first hydride with simultaneous sorption by the second one is determined. The thermal balance for the low-temperature module of the setup was calculated to prove the obtained kinetic characteristics. Similar results were obtained for desorption of hydrogen from high-temperature metal hydride. The technique and results can be used for simulation of sorption processes in metal hydride pair and determination of the parameters of optimal design for efficient operation of sorption heat pumps.

металлогидридводородинтерметаллические соединениягидридообразующие сплавыметаллогидридная паратепловой насосдесорбциятепловая энергияциркуляция теплоносителяmetal hydridehydrogenintermetallic compoundshydride-forming alloysmetal hydride pairheat pumpdesorptionthermal energyheat carrier circulationReferencesСоменков В. А., Шильштейн С. Ш. Термодинамические и гистерезисные характеристики гидридов для тепловых насосов. — М.: Российский научный центр «Курчатовский институт», 1998. — 21 с.Somenkov V. A., Shil’shtein S. Sh. Thermodynamic and hysteretic characteristics of hydrides for heat pumps. — Moscow: Ross. nauch. tsentr «Kurchatovski institut», 1998. — 21 p. [in Russian].Ижванов Л. А., Соловей А. И. Разработка гидридных тепловых насосов / Российский химический журнал. 2001. Т. XLV. № 5 – 6. С. 112 – 118.Izhvanov L. A., Solovei A. I. Development of hydride heat pumps / Ross. Khim. Zh. 2001. Vol. XLV. N 5 – 6. P. 112 – 118 [in Russian].Yang F. S., Wang G. X., Zhang Z. X., Rudolph V. Investigation on the influences of heat transfer enhancement measures in a thermally driven metal hydride heat pump / Int. J. Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. N 18. P. 9725 – 9735.Yang F. S., Wang G. X., Zhang Z. X., Rudolph V. Investigation on the influences of heat transfer enhancement measures in a thermally driven metal hydride heat pump / Int. J. Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. N 18. P. 9725 – 9735.Muthukumar P., Satheesh A. Analysis of crossed van’t Hoff metal hydride based heat pump / Int. J. Hydrogen Energy. 2013. Vol. 38. N 26. P. 11415 – 11420.Muthukumar P., Satheesh A. Analysis of crossed van’t Hoff metal hydride based heat pump / Int. J. Hydrogen Energy. 2013. Vol. 38. N 26. P. 11415 – 11420.Sharma V. K., Kumar E. A. Thermodynamic analysis of novel multi stage multi effect metal hydride based thermodynamic system for simultaneous cooling, heat pumping and heat transformation / Int. J. Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. N 1. P. 437 – 447.Sharma V. K., Kumar E. A. Thermodynamic analysis of novel multi stage multi effect metal hydride based thermodynamic system for simultaneous cooling, heat pumping and heat transformation / Int. J. Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. N 1. P. 437 – 447.Mazzucco A., Voskuilen T., Waters E. et al. Heat exchanger selection and design analyses for metal hydride heat pump systems / Int. J. Hydrogen Energy. 2016. Vol. 41. N 7. P. 4198 – 4213.Mazzucco A., Voskuilen T., Waters E. et al. Heat exchanger selection and design analyses for metal hydride heat pump systems / Int. J. Hydrogen Energy. 2016. Vol. 41. N 7. P. 4198 – 4213.Dantzer P., Meunier F. What materials to use in hydride chemical heat pumps? / Hydrogen Storage Materials / Ed. by R. G. Barnes. — Aedermanusdorf: Trans. Tech. Publ. Ltd., 1988. P. 1 – 17.Dantzer P., Meunier F. What materials to use in hydride chemical heat pumps? / Hydrogen Storage Materials / Ed. by R. G. Barnes. — Aedermanusdorf: Trans. Tech. Publ. Ltd., 1988. P. 1 – 17.Матвеева О. П., Патрикеев Ю. Б., Семячков Д. А. Методический подход к выбору водородопоглощающих сплавов для металлогидридных тепловых насосов / Двойные технологии. 2008. № 4(45). С. 59 – 62.Matveeva O. P., Patrikeev Yu. B., Semyachkov D. A. Methodical approach to choice of hydrogen-absorbing alloys for metallic-hydride thermal pumps / Dvoinye Tekhnol. 2008. N 4(45). P. 59 – 62 [in Russian].Фатеев Г. А., Силенков М. А., Ким К.-Дж. Экспериментальное исследование распространения тепловых волн преобразования энергии в продуваемых пористых средах / Инженерно-физический журнал. 2000. Т. 73. № 5. С. 1093 – 1108.Fateev G. A., Silenkov M. A., Kim K.-Dzh. Experimental investigation of the propagation of heat waves of energy conversion in blown-through porous media / Inzh.-Fiz. Zh. 2000. Vol. 73. N 5. P. 1093 – 1108 [in Russian].Пат. 2256718 РФ, МПК C22C 28/00, F25B 30/00. Металлогидридная пара сплавов для теплового насоса / Матвеева О. П., Бузлов А. В., Патрикеев Ю. Б., Филянд Ю. М.; заявитель и патентообладатель ФГУП «Гиредмет». — № 2004102119/02; заявл. 28.01.04; опубл. 20.07.05. Бюл. № 20.RF Pat. 2256718, IPC C22C 28/00, F25B 30/00. A pair of metal hydride alloys for heat pump / Matveeva O. P., Buzlov A. V., Patrikeev Yu. B., Filyand Yu. M.; applicant and owner FGUP «Giredmet». — N 2004102119/02; appl. 28.01.04; publ. 20.07.05. Bull. N 20 [in Russian].Левинский Ю. В., Патрикеев Ю. Б., Филянд Ю. М. Водород в металлах и интерметаллидах. Термодинамические, кинетические и технологические характеристики металл-водородных систем: справочник / Под ред. Ю. В. Левинского. — М.: Научный мир, 2017. — 546 с.Levinskii Yu. V., Patrikeev Yu. B., Filyand Yu. M. Hydrogen in metals and intermetallides. Thermodynamic, kinetic and technological characteristics of metal-hydrogen systems: handbook / Yu. V. Levinsky, ed. — Moscow: Nauchnyi mir, 2017. — 546 p. [in Russian].Патрикеев Ю. Б., Филянд Ю. М. Применение редкоземельных металлов в современных технологиях водородной энергетики / В сб. «Гиредмет — год образования 1931» / Под ред. Ю. Н. Пархоменко. — М.: Гиредмет, 2007. С. 119 – 126.Patrikeev Yu. B., Filyand Yu. M. Rare earth metals application in modern technologies of hydrogen energy / «Giredmet — year of constitution 1931» / Yu. N. Parhomenko, ed. — Moscow: Giredmet, 2007. P. 119 – 126 [in Russian].Diaz H., Percheron-Guégan A., Achard J. C. et al. Thermodynamic and structural properties of LaNi5–yAly compounds and their related hydrides / Int. J. Hydrogen Energy. 1979. Vol. 4. № 5. P. 445 – 454.Diaz H., Percheron-Guégan A., Achard J. C. et al. Thermodynamic and structural properties of LaNi5–yAly compounds and their related hydrides / Int. J. Hydrogen Energy. 1979. Vol. 4. N 5. P. 445 – 454.Андриевский Р. А. Материаловедение гидридов. — М.: Металлургия, 1986. — 128 с.Andrievskii R. A. Materials science of hydrides. — Moscow: Metallurgiya, 1986. — 128 p. [in Russian].Колачев Б. А., Шалин Р. Е., Ильин А. А. Сплавы-накопители водорода: справ. изд. — М.: Металлургия, 1995. — 384 с.Kolachev B. A., Shalin R. E., Il’in A. A. Hydrogen storage alloys: handbook. — Moscow: Metallurgiya, 1995. — 384 p. [in Russian].Антонова М. М., Морозова Р. А. Препаративная химия гидридов: справочник. — Киев: Наукова думка, 1976. — 99 с.Antonova M. M., Morozova R. A. Preparative chemistry of hydrides: handbook. — Kiev: Naukova dumka, 1976. — 99 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.