теплоизолирующий кожух под реверсируемым вакуумом

Формула изобретения

1. Теплоизолирующий кожух под реверсируемым вакуумом, имеющий внутреннюю стенку (2), наружную стенку (3) и внутреннее пространство (4) между указанными стенками, сообщенное по текучей среде с наружным корпусом (6, 6" K), содержащим реверсируемый неиспаряемый водородопоглотитель (7, 7), заполненный водородом перед использованием, отличающийся тем, что реверсируемый водородопоглотитель (7, 7") имеет равновесное давление водорода (Px_I) ниже 100 мбар при 500^oC, когда концентрация водорода в газопоглотителе составляет 0,1% по весу при изменяющейся при постоянной температуре (Ti), значительно отличающейся от температуры (Tc) горячей стенки кожуха, а во внутреннем пространстве (4) размещен неиспаряемый промотированный газопоглотитель (9, 9", 9""), имеющий равновесное давление водорода (Px₂) выше 100 мбар при 500^oC, когда концентрация водорода в газопоглотителе составляет 0,1% по весу в основном при указанной температуре (Tc)/

2. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что количество водорода в реверсируемом водородопоглотителе (7, 7") перед использованием соответствует рабочему давлению внутри кожуха, изменяющемуся от 5 Па (предпочтительно 1 Па, и даже лучше, 0,1 Па) при комнатной температуре до 50 Па - 1000 Па, когда температура составляет 500^oC.

3. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что в нем промотированный газопоглотитель (9, 9", 9"") по сути находится в контакте с горячей стенкой.

4. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что давление (Px₁) составляет менее 10 мбар, а давление (Px₂) составляет более 10 Px₁ и предпочтительно 100 Px₁.

5. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что реверсируемый водородопоглотитель (7") покрыт защитным слоем (10) промотированного газопоглотителя в основном при той же температуре (Ti) реверсируемого водородопоглотителя (7").

6. Кожух по п. 5, отличающийся тем, что защитный слой заключен в пористую перегородку (11).

7. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что имеет типичное рабочее давление, изменяющееся в пределах от 1 Па, предпочтительно 0,1 Па при комнатной температуре до 100 Па, когда температура составляет 500^oC.

8. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что типичное возвратное время, а именно время, необходимое для прохождения от давления 100 Па, когда температура (Ti) составляет 500^oC, до давления 1 Па при комнатной температуре составляет менее 10 мин либо в отсутствие, либо в присутствии окиси углерода.

9. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что имеет типичное ГВВ (глубоковозвратное время), а именно время, необходимое для прохождения от давления 100 ПА, когда указанная температура (Ti) составляет 500^oC, до давления 0,1 Па при комнатной (Ti) температуре менее 15 мин, и предпочтительно 12 мин либо в отсутствие, либо в присутствии окиси углерода.

10. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что промотированный газопоглотитель выбран из сплавов общей формулы ZrM₂, в которой M - переходный элемент, выбранный из группы, включающей Cr, Mn, Fe, Co, Ni и их смеси.

11. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что промотированный газопоглотитель выбран из сплавов цирконий-марганец-железо (Zr, Mn, Fe), HM - сплавов, а именно титан-ванадиевых сплавов, имеющих высокое содержание марганца, LM - сплавов, а именно титан-ванадиевых сплавов, имеющих низкое содержание марганца, титан-никелевых сплавов и/или лантан-никелевых сплавов AB₅ - типа, их смесей.

12. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что реверсируемый водородопоглотитель выбран из сплавов, содержащих цирконий и ванадий, и в частности сплавов цирконий-ванадий-железо, цирконий-алюминиевых сплавов, циркония и/или титана, их смесей.

13. Кожух по п. 12, отличающийся тем, что реверсируемым водородопоглотителем является неиспаряемый тройной газопоглощающий сплав, имеющий процентный состав (по весу), который при записи на диаграмме тройных составов лежит внутри многоугольника, имеющего в своих вершинах точки, определенные следующим образом

A/ 78%Zr - 20% - 2% Fe

B/ 45%Zr - 20% - 35% Fe

C/ 48%Zr - 50% - 2% Fe

14. кожух по п. 1, отличающийся тем, что он имеет нагревательное устройство (R), расположенное снаружи корпуса (K), содержащего реверсируемый водородопоглотитель.

15. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что он имеет нагревательное устройство (8"), которое непосредственно погружено в реверсируемый водородопоглотитель.

16. Кожух по п. 15, отличающийся тем, что нагревательное устройство (8") снабжено теплорассеивающими лопатками (12).

17. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что корпус (6") снабжен теплорассеивающими ребрами (13).

18. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что внутреннее пространство (4) частично или полностью заполнено твердым изоляционным давлением, в частности полистиролом, фенольноформальдегидными смолами, полиацетальными смолами и их комбинациями.

19. Кожух по п. 6, отличающийся тем, что соотношение между массой защитного слоя (10) и суммой массы реверсируемого водородопоглотителя (7") и массы промотированного газопоглотителя, выдерживаемого при температуре (Tc), составляет от 0,001:1 до 1:1 и предпочтительно от 0,01:1 до 0,5:1.

20. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что реверсируемый водородопоглотитель и/или промотированный газопоглотитель выполнен в виде формованных тел, подобных лепешкам, гранулам, таблеткам, кольцам, подушкам, лентам с покрытием и тому подобным.

21. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что реверсируемый водородопоглотитель и/или промотированный газопоглотитель представляет собой порошок.

22. Кожух по п. 21, отличающийся тем, что не менее 85% по объему частиц имеют средний размер менее 100 мкм и объемное процентное содержание частиц, имеющих средний размер менее 15 мкм, составляет не более 10%.

23. Кожух по п. 1, отличающийся тем, что он имеет цилиндрическую форму, либо полуцилиндрическую форму, либо выполнен в виде двух полуцилиндров, из которых первый находится под реверсируемым вакуумом, а второй (16) - под стабильным вакуумом или под реверсируемым вакуумом.

24. Теплоизолированное устройство в виде тепловых аккумуляторов, либо электрических аккумуляторов и в частности батарей для аккумуляторной тяги, либо криогенных сосудов (Дьюара) и криогенных труб, либо каталитических гасителей для двигателей, либо солнечных панелей, отличающееся тем, что оно снабжено теплоизолирующим кожухом под реверсируемым вакуумом, имеющим внутреннюю стенку (2), наружную стенку (3) и внутреннее пространство (4) между указанными стенками, сообщенное по текучей среде с наружным корпусом (6, 6", К), содержащим реверсируемый неиспаряемый водородопоглотитель (7, 7"), заполненный водородом перед использованием, в котором реверсируемый водородопоглотитель (7, 7") имеет равновесное давление водорода (Px₁) ниже 100 мбар при 500^oC, когда концентрация водорода в газопоглотителе составляет 0,1% по весу при изменяющейся при постоянной температуре (Ti), значительно отличающейся от температуры (Tc) горячей стенки кожуха, а во внутреннем пространстве (4) размещен неиспаряемый промотированный газопоглотитель (9, 9", 9""), имеющий равновесное давление водорода (Px₂) выше 100 мбар при 500^oC, когда концентрация водорода в газопоглотителе составляет 0,1% по весу в основном при указанной температуре (Tc).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоизолирующему кожуху под реверсируемым вакуумом, имеющему коэффициент теплопередачи, который изменяется в зависимости от возможных различных ситуаций в процессе применения, требующего иногда превосходную теплоизоляцию, а иногда, наоборот, быстрое рассеяние тепла.

Кожух этого типа был уже разработан для изоляции, например, теплового аккумулятора; смотри патент США N 3823305. Такой кожух состоит из внутренней стенки, наружной стенки и внутреннего пространства (или промежутка или полого пространства) между двумя стенками; одна из стенок изолирующего кожуха (в данном случае внутренняя стенка) обычно является более горячей, чем другая. Указанное внутренне пространство обычно содержит:

(i) реверсируемый водородный газопоглотитель, а именно газопоглотитель, который может высвобождать или реверсивно реабсорбировать малые или большие количества водорода, в зависимости от температуры, используемой для нагревания или соответственно охлаждения газопоглотителя;

(ii) первое количество водорода, химически адсорбированное указанным газопоглотителем в твердом состоянии и зависящее от температуры газопоглотителя;

(iii) второе количество (свободного) газообразного водорода, которое занимает весь доступный объем внутри кожуха; это второе количество также зависит от температуры газопоглотителя.

Чем горячей газопоглотитель, тем большее количество водорода переходит из адсорбированного состояния в свободное газообразное состояние; чем холодней газопоглотитель, тем ниже количество свободного водорода, а следовательно и его давление. Чем выше давление водорода, тем выше, в определенных пределах, теплопередача внутри кожуха.

Конкретной областью применения этих зависящих от водорода кожухов являются электрические аккумуляторы, установленные на электромобилях, даже если в на полуэкспериментальном или экспериментальном уровне. Такие аккумуляторы, как известно, работают при высокой температуре (300-425^oC) и обычно состоят из пар литий/сульфиды (425^oC), натрий/сера (325^oC) или натрий/хлорид никеля (300^oC). Эти аккумуляторы должны быстро рассеивать тепло, в случае перегрева, который имеет место, в зависимости от типа аккумулятора, в процессе разряда, как в случае сернонатриевых аккумуляторов, или в процессе перезарядки, в случае литий-сульфидных аккумуляторов.

Помимо этих ситуаций, которые повторяются циклическим образом в процессе обычной эксплуатации аккумулятора, можно также наблюдать аварийные ситуации, как в случае, например, быстрого разряда или других, которые могут привести к внезапному перегреву элементов. В таких ситуациях одинаково важно иметь эффективные средства или эффективные приемы для быстрого увеличения рассеяния тепла через внутреннее пространство кожуха.

Перегрева можно избежать, как известно, очень быстрым увеличением давления водорода в полом пространстве кожуха, благодаря высокой теплопроводности H₂. Наоборот, когда условия, порождающие перегрев, исчезают, необходимо минимизировать тепловое рассеяние для того, чтобы избежать снижения температуры элементов ниже оптимально эффективного уровня (300-425^oC).

Все это может быть реализовано восстановлением условий низкого давления в полом пространстве кожуха, позволением реверсируемому газопоглотителю реабсорбировать водород. Получаемый таким образом вакуум, с другой стороны, стремится, как известно, со временем ухудшаться, и поэтому необходимо не только быстро создавать удовлетворительную степень вакуума, но также поддерживать указанный уровень вакуума как можно дольше.

Указанное выше двойственное требование (быстрое увеличение и соответственно быстрое снижение давления водорода) может быть выполнено, в первом приближении, в результате помещения неиспаряемого реверсируемого водородного газопоглотителя в изолированный корпус снаружи кожуха и соединения трубопроводом с тем же кожухом.

Пример такого размещения газопоглотителя в соответствии с известной технологией показан на фиг. 1. Когда необходимо максимизировать изоляцию, газопоглотитель охлаждается до комнатной температуры, и давление водорода соответственно снижается, например, до уровня ниже 1-0,1 Па в случае электромобиля, поэтому рассеяние тепла является ограниченным. Напротив, при необходимости активизировать тепловое рассеяние, нужно использовать наружное или внутреннее электронагревательное устройство, которое увеличит температуру материала газопоглотителя; таким образом высвобождается значительное количество водорода, что увеличивает давление водорода даже до 1000 Па, в случае электромобиля.

К тому же, в этом случае для электромобилей, выражение "реверсируемый вакуум" определяет возможность изменения вакуума от минимального значения рабочего давления на более 10-5 Па, предпочтительно 1 Па, и даже лучше 0,1 Па, до максимального рабочего давления не менее 50 Па и до 1000 Па.

Испытанный в прошлом неиспаряемый реверсируемый водородопоглотитель состоит, например, только из одного сплава (Zr - V - Fe), содержащего, (атм.%): Zr - 33%, V - 33%, Fe - до баланса.

Однако, к тому же этот реверсируемый сплав не обеспечивает удовлетворительных результатов при изготовлении, например, электромобилей; могут быть отмечены, по крайней мере, следующие недостатки:

a) высвобождение и/или реадсорбирование (особенно, последний проход) являются слишком медленными для применений действительно промышленного уровня;

b) указанные высвобождение и/или реадсорбирование являются даже более медленными, если имеется значительное количество окиси углерода или других газов, отличных от водорода, обычно присутствующих в вакуумной камере (CO₂, H₂O, O₂, N₂, CH₄ и т.д.);

c) скорость высвобождения водорода и скорость реадсорбции водорода, не очень высокие сами по себе сначала, со временем снижаются еще быстрей; а именно можно наблюдать снижение (со временем) активности реверсируемого газопоглотителя по отношению к водороду.

Другие газопоглотители были предложены в патенте США 4455998, но и в этом случае результаты также далеки от удовлетворительных с промышленной точки зрения.

Задачей данного изобретения является создание и поддержание высокой степени вакуума в межстенном пространстве вышеуказанного изолирующего кожуха.

Второй задачей данного изобретения является увеличение скорости высвобождения водорода и/или скорости реадсорбции водорода из и соответственно с помощью указанного реверсируемого водородопоглотителя.

Третьей задней данного изобретения является увеличение времени действия указанных реверсируемых газопоглотителей, что дает указанную степень вакуума и указанную скорость высвобождения и реадсорбции длительно и устойчиво на высоком уровне.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является поддержание указанных скоростей на высоком уровне даже в присутствии значительных количеств окиси углерода и/или других остаточных газов, обычно присутствующих в вакууме.

В широком смысле настоящее изобретение, позволяющее реализовать вышеуказанные задачи, относится к теплоизолирующему кожуху под реверсируемым вакуумом, имеющему внутреннюю стенку, наружную стенку и пространство между указанными стенками, соединенное каналом с наружным корпусом, содержащим реверсируемый неиспаряемый водородопоглотитель, заполненный H₂ перед использованием, в котором:

а) реверсируемый водородопоглотитель имеет равновесное давление водорода Px₁ ниже 100 мбар (предпочтительно, 10 мбар) при 500^oC, когда концентрация водорода в поглотителе составляет 0,1% по весу и содержится при меняющейся или постоянной температуре Ti, существенно отличающейся от температуры Tc горячей стенки кожуха;

б) внутренняя стенка содержит неиспаряемый промотированный газопоглотитель, имеющий равновесное давление водорода Px₂ выше 100 мбар (предпочтительно, выше 10 Px₁, и даже лучше 100 Px₁) при 500^oC, когда концентрация водорода в поглотителе составляет 0,1% по весу, который, в основном, выдерживается при указанной температуре Tc.

В теплоизолирующем кожухе одна из стенок является всегда более горячей, чем другая стенка, но более горячая стенка не всегда является внутренней стенкой; указанный промотированный газопоглотитель находится предпочтительно в контакте с более горячей стенкой.

Количество водорода в реверсируемом водородопоглотителе перед использованием соответствует, например в случае электромобиля, рабочему давлению внутри кожуха, изменяющемуся в пределах по 5 Па (предпочтительно, 1 Па, и даже лучше, 0,1 Па), когда температура является комнатной, до 50 Па (и до 1000 Па), когда температура составляет 500^oC.

Другими словами присутствие промотированного газопоглотителя, выдерживаемого при температуре Tc горячей стенки изолирующего кожуха, увеличивает во времени, действительно удивительным и неожиданным образом, реверсируемое действие высвобождения и соответственно реабсорбции реверсируемого водородопоглотителя. В то же самое время указанный промотированный газопоглотитель дает создание и длительное поддержание превосходной степени вакуума в межстенном пространстве изолирующего кожуха под реверсируемым вакуумом, например, в случае электромобиля, между 1 и 0,1 Па, дающего, однако, длительность действия реверсируемого водородопоглотителя в тех аварийный случаях, требующих массовое высвобождение водорода.

В кожухах согласно изобретению время возврата, а именно время, требующееся для прохождения от давления 100 Па, когда указанная температура Ti составляет 500^oC, к давлению 1 Па, когда указанная температура Ti является комнатной, может быть меньше 10 минут, либо в отсутствие, либо в присутствии окиси углерода.

Кроме того, ГВВ (глубокое время возврата), а именно время, требующееся для перехода от давления 100 Па, когда указанная температура Ti составляет 500^oC, к давлению 0,1 Па, когда указанная температура Ti является комнатной, может быть меньше 15 минут, и предпочтительно 12 минут, либо в отсутствие окиси углерода.

Все это никогда не происходит заблаговременно, несмотря на некоторые усилия по выбору действительно эффективного водородопоглотителя для реверсируемого вакуума. Указанное время возврата и ГВВ являются, в частности, очень малыми, когда корпус, содержащий водородный реверсируемый газопоглотитель обеспечивается теплорассеивающими лопастями и ребрами.

Один типичный пример указанного промотированного газопоглотителя состоит, в основном, из сплавов Zr-Mn-Fe и в более общем выражении из Zr-M₂ - сплавов, где M - переходный элемент, выбираемый из Cr, Mn, Fe, Co, Ni и их смесей. Эти сплавы продаются заявителем как St 909 и описаны, например, в патенте США N 5180568. Другими газопоглощающими сплавами, пригодными для этой цели, являются сплавы на основе титана и никеля (Ti/Ni, а также лантан-никелевые сплавы AB₅-типа, описанные в EP-A-0538622 и HM и LM-сплавы (Ti-V-сплавы, содержащее высокое или соответственно низкое количество марганца), упомянутые в итальянский заявке MI-93-A-000851 на имя заявителя.

Один типичный пример неиспаряемого реверсируемого водородного поглотителя представляет собой циркониевые и/или титановые Zr-Al-сплавы (смотри патент США N 3780501) и сплавы, содержащие цирконий или ванадий, в частности Zr-V-Fe - сплавы, описанные, например, в патентах США N 4312669 и N4839085: превосходные результаты были получены со сплавами, под торговой маркой заявителя St 707, имеющими следующий состав (по массе): Zr = 70%, V = 24,6%, Fe - остальное.

В более общем плане, указанный реверсируемый водородный поглотитель может быть неиспаряемым тройным Zr-V-Fe - сплавом, имеющим процентный состав (по массе), который, при записи на диаграмме тройных составов, лежит внутри многоугольника, имеющего в своих вершинах точки, определенные следующим образом:

a) 78%Zr - 20%V - 2%Fe

b) 45%Zr - 20%V - 35%Fe

c) 48%Zr - 50%V - 2%Fe

Еще более предпочтительно, указанным водородным реверсивным поглотителем может быть неиспаряемый тройной сплав Zr-V-Fe, имеющий процентный состав (по массе), который, при записи на диаграмме тройных составов, лежит внутри многоугольника, имеющего в своих вершинах точки, определенные следующим образом:

d) 70% Zr -35% V -5% Fe

e) 70% Zr -24% V -6% Fe

f) 66% Zr -24% V -10% Fe

g) 47% Zr -43% V -10% Fe

h) 47% Zr -45% V -8% Fe

i) 50% Zr -45% V -5% Fe

Наконец, можно использовать смеси указанных реверсируемых водородных поглотителей и смеси указанных промотированных газопоглотителей, каждая для соответствующих функций.

Два вида газопоглотительных материалов (реверсируемый и промотированный) устанавливаются отдельно. Заявитель заметил, однако, что всякий раз, когда реверсируемый водородный поглотитель покрывается тонким защитным слоем промотированного газопоглотителя, в основном, выдержанным при той же температуре Ti реверсируемого водородного поглотителя, высокие скорости высвобождения и реабсорбции реверсируемого водородного поглотителя поддерживаются более длительное время. Защитный слой промотированного газопоглотителя, в свою очередь, может успешно содержаться пористой перегородкой, выполненной из металла, керамики, стекла или другого эквивалентного материала. Этот защитный слой может также состоять из второго промотированного газопоглотителя, отличающегося от отдельного промотированного газопоглотителя, выдерживаемого при постоянной температуре Tc вместо Ti.

Обычно соотношение между массой указанного защитного слоя и суммой массы указанного реверсируемого водородопоглотителя и массы промотированного газопоглотителя, выдерживаемого при указанной температуре Tc, составляет от 0,001:1 до 1:1, предпочтительно от 0,01:1 до 0,5:1.

Реверсируемый водородопоглотитель заполняется, перед использованием, калиброванным количеством водорода, позволяющим достичь, в горячей фазе, предопределенного давления в межстенном пространстве изолирующего кожуха, конечно, когда требуется изменить условия вакуума.

Как реверсируемый водородопоглотитель, так и промотированный газопоглотитель могут использоваться в виде порошка, необязательно помещаемого в корпусе, имеющий по крайней мере одну пористую стенку. Указанный порошок имеет обычно средний размер частиц от 0,1 до 500 мкм, предпочтительно от 0,1 до 250 мкм, даже лучше от 0,1 до 125 мкм. Очень удовлетворительные результаты могут быть получены, если не менее 85% по объему частиц имеет средний размер менее 100 мкм, и когда объемное процентное содержание частиц, имеющих средний размер менее 15 мкм, составляет не более 10%.

Указанный порошок, однако, может быть сформован, перед использованием, в виде лепешек, гранул, таблеток, колец, подушек, лент с покрытием и т.п.

Формование указанных тел может быть выполнено средствами прессования и спекания; в свою очередь, указанное спекание может быть выполнено посредством простого нагрева или применения как нагрева, так и присутствия второго порошка, как описывается, например, в GB-A-2077487, достигая, таким образом, более высокой степени пористости. Средний размер указанных формованных тел составляет несколько миллиметров, обычно, от 0,5 до 5 мм.

Хорошие результаты получаются, когда отдельный промотированный газопоглотитель (температура = Tc) контактирует с горячей стеной, в форме тороидального ремня или ленты, или простого слоя или тонкой пластины, лежащей на плоской поверхности стенки кожуха.

Межстенное пространство указанного кожуха может быть пустым или, напротив, заполненным, частично или полностью, твердым изоляционным материалом, подобным, например, вспененным полимерам (полистирол, фенолформальдегидные смолы, полиацетатные смолы и т.д.), имеющим очень низкую плотность.

Форма кожухов согласно изобретению может быть, например, цилиндрической, полуцилиндрической, в виде двух полуцилиндров, из которых первый находится под реверсируемым вакуумом, а второй - под постоянным вакуумом или под реверсируемым вакуумом.

Реверсируемый изолирующий кожух в соответствии с настоящим изобретением может быть применен со значительным преимуществом для многих различных видов устройств; заявитель ссылается, лишь в качестве примеров, на тепловые аккумуляторы, солнечные панели, электрические аккумуляторы и криогенные сосуды (Дьюра), имеющие большой размер, особенно, если они должны быть быстро загружаемыми и разгружаемыми, с высоким температурным градиентом. Заявитель ссылается также на каталитические глушители автомобилей и автокар, которые могут быть изолированы различным образом, в зависимости от рабочих условий.

Некоторые аспекты настоящего изобретения станут очевидными для специалистов при обращении к следующему описанию и примерам, которые приводятся лишь для иллюстративных целей, но не для ограничения. Прилагаемые чертежи представляют: фиг. 1 - поперечное сечение изолирующего кожуха под реверсируемым вакуумом - существующего аналога; фиг. 2 - подобное поперечное сечение изолирующего кожуха под реверсируемым вакуумом в соответствии с постоянным изобретением; фиг. 3 - вариант фиг. 2, где промотированный газопоглотитель окружает в виде тороидальной ленты внутреннюю цилиндрическую стенку и находится в контакте с этой внутренней стенкой; фиг. 4 - другой вариант размещения реверсируемого водородопоглотителя по отношению к фиг. 2 и 3, где согласно варианту, представленному на фиг. 4a, газопоглощающая масса полностью содержится в пористой перегородке (диафрагма, фильтр) в виде обертывающей фольги; фиг. 5 - поперечное сечение устройства типа, показанного на фиг. 4, содержащего реверсируемый водородопоглотитель, покрытый защитным слоем промотированного газопоглотителя и заключенный в пористую перегородку; фиг. 6 - поперечное сечение по линии VI-VI фиг. 5; фиг. 7 - частичный вырыв поперечного сечения корпуса, заполненного реверсируемым водородопоглотителем и обеспеченного теплорассеивающими ребрами; фиг. 8 представляет схематически технические средства, реализованные заявителем в лабораторном масштабе, для того, чтобы выполнить примеры данной заявки; фиг. 9 и 10 схематически показывают поперечное сечение корпусов, содержащих соответственно реверсируемый водородопоглотитель и промотированный газопоглотитель, как используется в примерах; фиг. 11 и 12 представляют кривую результатов из примеров; фиг. 13 - пример изолирующего кожуха, имеющего частную (полуцилиндрическую) форму, пригодную для каталитических гасителей.

Из рассмотрения фиг. 2 и 3 видно, что пространство, которое должно терморегулироваться, например, аккумуляторной батареи, работающей при высокой температуре, которая должна быть установлена на электромобиле с приводом от аккумуляторной батареи, окружено внутренней цилиндрической стенкой 2, образующей вместе с наружной цилиндрической стенкой 3 изолирующий кожух, в котором существует предопределенная степень вакуума в межстенном пространстве 4 указанного кожуха. Термопара 5 соединена с помощью температурного контроллера ТС с небольшим корпусом 6 снаружи изолирующего кожуха, который выдерживается при температуре, отличной от температуры кожуха. В указанном корпусе 6, в жидкостной коммутации с межстенным пространством 4, находится реверсируемый водоподогреватель 7, например, Zr-V-Fe - сплав, в виде порошка или гранул, таблеток или в другом виде, который может быстро нагреваться или охлаждаться термоэлементом 8, связанным с термостатом 15, работающим, в свою очередь, от температурного контроллера ТС.

Как видно из фиг. 2 и 3, межстенное пространство 4 содержит также отдельный промотированный газопоглотитель 9 или 9", выдерживаемый при температуре Tc, который действительно неожиданным образом обеспечивает ускорение и стабилизацию во времени либо скорости водородовыделения (или скорости высвобождения), либо скорости реабсорбции водорода реверсируемого водоропоглотителя 7.

Из рассмотрения фиг. 4 видно, что реверсируемый водородопоглотитель 7" помещается в цилиндрическом корпусе 6", снабженном электронагревательным элементом 8", соосным с указанным корпусом 6". Указанный нагревательный элемент 8 может быть непосредственно погружен в газопоглотительный материал или может быть установлен снаружи в вырезе стенки корпуса 6".

Фиг. 5 показывает улучшение, состоящее в покрытии реверсируемого водородопоглотителя 7" тонким слоем промотированного газопоглотителя 10, окруженного пористой диафрагмой 11, что заметно увеличивает сохранение на высоком уровне высокую скорость водородовыделения и скорость водородореабсорбции реверсируемого водородопоглотителя.

Фиг. 6 представляет поперечное сечение по линии VI-VI фиг. 5, показывающее возможность введения в массу газопоглотителя валика с лопатками, плоскими или кривыми, выполненными из теплопроводящего материала, для того, чтобы улучшить теплопередачу либо процесс нагревания реверсируемого водородопоглотителя, или, особенно, в процессе его охлаждения.

Фиг. 7, в свою очередь, является частичным вырывом поперечного сечения корпуса, также обеспеченного лопатками, как на фиг. 6, имеющего наружные стенки, снабженные ребрами 13, даже лучше промотирующими рассеяния тепла. Естественно, корпус 7 фиг. 7 может быть совсем другого типа, который не требует обеспечения лопатками.

Фиг. с 8 по 12 описываются подробно в примерах, приведенных ниже.

Фиг. 13 показывает изолирующий кожух под реверсируемым вакуумом, имеющий полуцилиндрическую форму, обеспеченный внутренним промотированным газопоглотителем 9"" и наружным корпусом 6"", содержащим реверсируемый водородопоглотитель, необязательно покрытый тонким слоем промотированного газопоглотителя.

В качестве альтернативы могут использоваться два полуцилиндрических кожуха, оба под реверсируемым вакуумом, или первый под стабильным вакуумом (16), а второй - под реверсируемым вакуумом, один рядом с другим, воспроизводя цилиндрический кожух. С погруженным в жидкостную коммуникацию патрубком кожух и корпус 6"" могут быть в позиции, показанной на фиг. 13, или совсем в другой подходящей позиции.

Следующие примеры приводятся только в иллюстративных целях и не ограничивают в любом случае объем и дух изобретения. Экспериментальная работа была выполнена с использованием пустого межстенного пространства, но можно получить значительные преимущества также с межстенным пространством, частично или полностью заполненным твердым изоляционным материалом.

Пример 1

Показанные на фиг. 8 технические средства, состоящие из двух объемов V1 и V2, соответственно 0,5 и 2 л, соединяются друг с другом с помощью клапана v1. Объем V1 с помощью клапана v4 соединяется с вакуумирующей системой для создания ультравысокого вакуума (УВВ), состоящей из турбомолекулярного насоса X и ротационного насоса Y, снабженного лопатками. Выпускаемыми с помощью дозирующих клапанов v2 и v3 из двух баллонов водород и окись углерода вводятся в известных количествах в объем V1. Давление газа в объеме записывается двумя емкостными манометрами C1 и C2, имеющими соответственно максимальное записываемое давление 133000 Па и 100 Па для того, чтобы перекрыть широкий интервал давлений. Недавний пример емкостных монометров описывается в международной заявке на патент W0 93/11415. В объеме 2 содержатся два устройства, соответственно показанные подробно на фиг. 9 и фиг. 10, для размещения и нагревания газопоглощающих металлических порошков (корпусное нагревательное устройство, КНУ в дальнейшем). В их состав включено сопротивление P цилиндрической катушки индуктивности, окружающей цилиндрический корпус K, выполненный из закаленной стали, заполненный газопоглощающим материалом. В первом КНУ (A + B), представленном на фиг. 9, содержится 500 мг реверсируемого водородопоглотителя, состоящего из Zr-V-F - сплава (70,0% массовых частей Zr; 24,6% массовых частей V; остальное - Fe), выпускаемое заявителем под маркой St 707. Равновесное давление Px₁ такого сплава при 500^oC и концентрации водорода в сплаве, равной 0,1% массовых частей) составляет приблизительно 0,05 торр (6,67 Па или 0,0667 мбар). Указанный сплав покрывается защитным слоем (300 м) промотированного газопоглотителя, состоящего из Zr-Mn-Fe - сплава (45,4% Zr; 27,3% Mn; остальное - Fe), названного заявителем как St 909.

Таким вторым сплавом, соответствующим интерметаллическому соединению Zr-Mn-Fe AB₂ - типа, показывается равновесное давление водорода Px₂ при 500^oC и концентрации водорода в сплаве 0,1% масс, выше 1 бар (100000 Па) согласно статьи Д. Шолтьела и др., (J. of the Less Common Metals, 53 (1977) 117-131; смотри, в частности, таблицу 3 на стр. 125). Второе КНУ (С), представленное на фиг. 10, содержит 500 мг указанного промотированного газопоглотителя (St 909). В обоих корпусах газопоглотители заключаются в высокопористый фильтр, удерживающий порошок.

Гранулометрия:

- для St 707-сплава: от 0,1 до 125 мкм;

- для St 909-сплава: от 0,1 до 125 мкм.

Вначале оба материала подвергаются активационной обработке, и с помощью вакуумирующей системы достигается остаточное давление ниже 10^-4 Па. При подаче затем соответствующего входного напряжения на сопротивление обоих КНУ газопоглотительные порошки нагреваются до достижения температуры 600^oC. Оба КНУ выдерживаются при такой температуре в течение 1 ч при непрерывной работе вакуумных насосов.

После завершения активации КНУ (A + B) охлаждаются снова до комнатной температуры; КНУ (C), напротив, стабилизируется при 350^oC с помощью температурного контроллера (TC2). Система затем отсоединяется от вакуумных насосов закрытием клапана v4, и затем при закрытом клапане v1 и соответствующем регулировании дозирующего клапана v2 в объем V1 (0,5 л емкости) вводится количество водорода, достаточное для достижения давления 8000 Па. При открытии клапана v1 водород поступает в объем V2, где он абсорбируется двумя КНУ. Когда водород практически полностью абсорбируется (остальное давление в вакуумной камере ниже 0,01 Па), КНУ (A + B) циркулируется от комнатной температуры до 500^oC, а затем снова до комнатной температуры и т.д. с помощью температурного контроллера и программируемого таймера. Температура Tc КНУ (C) поддерживается на постоянном уровне (350^oC). Одновременно записывается непрерывное изменение давления водорода в системе параллельно с температурой обоих КНУ. Отмечается, что когда КНУ(A + B) находится при комнатной температуре довольно длительное время, давление водорода падает ниже 0,1; когда температура затем возрастает до 500^oC и снижается снова до комнатного уровня, время, необходимое для снижения давления ниже 1 Па, является менее 10 мин (возвратное время), а время, требуемое для снижения давления ниже 0,1 Па (ГВВ, а именно глубоковозвратное время), является менее 15 минут (12 минут, в случае Zr-V₂ - сплава в качестве реверсируемого водородопоглотителя). В случае возрастания температуры до 500^oC время является намного меньше, приблизительно 3 мин.

Нерегулярно в процессе нагревания-охлаждения в систему постепенно вводятся увеличивающие количества окиси углерода (CO) до достижения общего количества 1,3 Пам³.

Не отмечается заметного влияния на значения давления при 500^oC, либо на время, необходимое для достижения таких значений; только когда единичные дозированные количества окиси углерода являются выше 0,6 Пам³, отмечается небольшое замедление снижения давления охлаждения, но только для первых двух или трех циклов. Последовательно, после первых трех циклов изменение давления снова начинает становиться благоприятным.

Характерный ход циклов указывается на фиг. 11.

Пример 2 (сравнительный)

Пример 1 повторяется с заменой сплава St 909 как защитного слоя (температура = Ti), так и отдельного промотированного газопоглотителя (температура = Tc)/ равными количествами гидрида циркония, причем равновесное давление водорода является более высоким, чем равновесное давление водорода Px₁ реверсируемого водородопоглотителя (St 707-сплав). Результаты, полученные либо в присутствии одного водорода, либо после добавления окиси углерода (CO), являются значительно хуже результатов, полученных в примере 1.

Давление никогда не падает ниже 1 Па даже через 40 минут. Характерные кривые сравнительных циклов показаны на фиг. 12 (относительно только фазы охлаждения от 500^oC до 25^oC).