Метал-хидридно-складиштење водоника у чврстом стању нуди кључне предности-високу запреминску густину складиштења, низак радни притисак, супериорну сигурност и нулти ризик од-цурења водоника под високим притиском- што га чини главним технолошким путем за стационарно складиштење енергије, уграђену опрему за водоник и дистрибуиране водоничне електране. Током поновљених циклуса пуњења-пражњења, прахови легуре металног хидрида у слоју стварају фину прашину због струјања гаса, термичког ширења-контракције и трошења честица. Ове микро-ситнице лако мигрирају низводно, упадају у вентиле, регулаторе притиска, прецизне мераче протока и сензоре притиска, узрокујући заглављивање калема, померање инструмента и неповратно хабање цевовода. Метални филтерски елементи синтеровани у праху, који се одликују својом-монолитном порозном структуром од свих метала, одличном отпорношћу на кртост водоником, компатибилношћу са двосмерним протоком и способношћу регенерације, постали су главна компонента филтрације за задржавање честица у чврстим-системима за складиштење водоника.
Овај чланак испитује оперативне карактеристике сектора водоничне енергије, упоређује суштинске разлике у материјалу, структурну логику дизајна и границе примене филтера за прах од синтерованог челика СС316Л и филтера од синтерованог праха од титанијума, анализира основне узроке квара филтрације у условима двосмерног пуњења и пражњења и} прегледава смернице за стандардну индустријску праксу{1} Циљ је да обезбеди техничку референцу за стандардизовани дизајн филтрационих јединица у чврстим-системима за складиштење водоника.
Јединствени оперативни услови филтрирања и болне тачке у индустрији у метал-хидридним системима за складиштење
1.1 Карактеристике понашања системске течности и праха
За разлику од сценарија за складиштење гасовитог водоника под високим{0}}притиском, транспорт течног водоника или-електролизу воде, системи за складиштење метал-хидрида показују три карактеристичне оперативне карактеристике: двосмерни наизменични проток гаса, термичко циклично спајање и континуирано одвајање честица.
► Двосмерни режим струјања:Систем ради под пражњењем водоника (предњи ток од резервоара до низводног цевовода) и пуњењем водоника (обрнути високи{0}}притисак Х₂ у резервоар). Смер протока се периодично мења. Конвенционални једносмерни градијентни филтери трпе оштар пад ефикасности реверзне филтрације и неповратну блокаду пора.
►Мењање притиска и температуре:Типични радни притисак се креће од 0 до 50 барг. Реакције пуњења-пражњења укључују значајну апсорпцију/ослобађање топлоте, са унутрашњом температуром слоја која варира између –20 степени и 80 степени. Филтерски елементи морају да издрже и пулсације притиска и циклична топлотна напрезања.
►Дефинисана расподела величине честица:Уобичајени хидриди ретких{0}}земљи, на бази Ти-и Мг{2}}имају примарне величине честица од 50–200 μм. Дуготрајно -циклирање генерише мање количине (2–10 μм) секундарне ултра{9}}фине прашине. Ове тврде, угаоне честице лако се уграђују у поре флексибилног филтерског медија, узрокујући трајно зачепљење.
►Окружење водоника високе{0}}чистоће:Продужено излагање високом-притиску Х₂ узрокује крхкост водоника, пуцање решетке и пукотине изазване хидридом{1}}у обичним металима. Не-медији од неметалних полимера пате од старења, загађивача који се могу екстраховати и недовољне отпорности на притисак, што их чини неприкладним за дуготрајну-раду.
1.2 Ограничења конвенционалних решења за филтрирање у системима за складиштење
Рани индустријски покушаји коришћења плетене жичане мреже, набораних полимерних кертриџа и перфорираних плоча показали су се неадекватним. Кључни недостаци су сажети у табели 1.
| Тип филтера | Поре Униформити | Бидирецтионал Флов | Х₂ Отпорност на крхкост | Тхермал Регенератион | Стабилност задржавања честица |
| Ткана жичана мрежа | Јадно | бр | Умерено | Да | Ниска (деформација жице) |
| Наборани полимерни кертриџ | Добро | бр | Јадно | бр | Низак (старење и пуцање) |
| Градирани композитни метални филтер | Добро | бр | Добро | Да | Низак (обрнута блокада) |
| КС Симетрични синтеровани метални прах | Одлично | Да | Добро | Да | Високо (стабилно у целости) |
Табела 1 – Поређење конвенционалних типова филтера у односу на захтеве апликације
Ткана жичана мрежа:Недоследна величина пора, слаба отпорност на удар гаса, склона деформацији жице при наизменичном струјању, велика пенетрација честица и недостатак дубинског{0}}капацитета филтрације.
Полимер плисирани кертриџи:Озбиљна деградација водоничне кртости, не може да издржи висок-притисак Х₂, нема способност регенерације на високим{1}}температурама, некомпатибилно са термичким циклусом.
Градирани композитни метални филтери:Асиметрична структура пора (груба спољашња, фина унутрашња) дизајнирана за једносмерно струјање. Под обрнутим пуњењем, фини површински слој је одмах запечаћен прахом, што доводи до брзог пораста диференцијалног притиска и смањене брзине пуњења.
На основу ових изазова{0}}широке индустрије,симетрични хомогени прах синтеровани метални филтерски елементипостали су признато оптимално решење за филтрацију за апликације за складиштење водоника у чврстом{0}} стању.
Процес производње и механизми филтрације прахом синтерованих металних филтерских елемената
2.1 Принцип производње
Метални филтерски елементи синтеровани у праху се производе поступком синтеровања потпуно металургије праха: сферични прах од нерђајућег челика или чистог титанијума се равномерно полаже,-пресује, а затим вакуум-синтерује на високој температури да би се постигао међу-честица{3}}честични{1} металуршки слој, или двослојни металуршки слој4} интерфејси. Добијена структура је тродимензионално-међусобно повезана, униформна порозна мрежа. Кључне структурне предности су сумиране у табели 2.
| Атрибут | Опис |
| Расподела пора | Веома уједначен (узак опсег величине пора) |
| Механичка чврстоћа | Висока отпорност на гњечење / компресију |
| Проливање медија | Нула{0}}без ослобађања честица из самог елемента |
| Компатибилност материјала | Потпуно металик, потпуно компатибилан са Х₂ системима |
| Регенерабилност | Више циклуса чишћења (повратно испирање + ултразвучно + термално) |
Табела 2 – Основне структурне предности синтерованих металних филтера
2.2 Механизми задржавања честица у системима за складиштење
За прахове од легуре тврдих металних хидрида, филтери од синтерованих метала користе двоструки механизам: површинско пресретање и дубоко{0}}одржавање у слоју.
Површински скрининг:Примарне грубе честице (50–200 μм) се задржавају на спољашњој површини филтера, формирајући пропусни колач који се може уклонити обрнутим прочишћавањем гасом (самочишћење).
Дубоко{0}}снимање у кревету:Секундарна ултра{0}}фина прашина (2–10 μм) настала цикличним трошењем је заробљена унутар вијугавих тродимензионалних канала унутрашњих пора, спречавајући продирање у низводне прецизне компоненте.
Ефекат исправљања протока:Синтерована порозна структура пригушује скокове притиска током прелаза пуњења/пражњења, смањујући турбулентне поремећаје у слоју хидрида и минимизирајући секундарно увлачење прашине.
......
