CN103836333B - 一种仲氢绝热转化制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种仲氢绝热转化制冷装置，主要包括液氢储罐、转化器、催化剂、节流孔、氢气引导管、冷凝换热器、放空引出管和阀门组成。液氢储罐内部顶端安装有转化器、节流孔、氢气引导管和冷凝换热器，转化器内装有仲氢转化催化剂，节流孔一端接转化器，另一端接氢气引导管，冷凝换热器两端分别与氢气引导管和放空引出管相接，放空引出管伸到液氢储罐外，并与阀门相连。本发明可将储罐内的仲氢转化为正氢，转化冷量将罐内的氢气部分液化，从而减少液氢储存的蒸发损失。此装置无运动部件，无需额外动力，可靠性高，可在地面和空间液氢储存中广泛应用。

Description

一种仲氢绝热转化制冷装置
技术领域：
本发明属于航天领域和氢能利用领域，本装置是利用液氢储罐内仲氢气体转化为相应温度下正氢产生的制冷效应，将罐内的低温氢气部分液化，从而减少液氢储存过程中的蒸发损失。
背景技术：
液氢是氢气的主要储存方式之一。液氢储存过程中，漏热蒸发损失不可避免，而且比液氧液氮等其他低温液体更为突出，因此减少液氢蒸发损失是目前储存技术研究的重要课题。
氢是双原子分子，两个氢原子核是绕轴自转的。根据两个核自旋的相对方向，氢分子可分为正氢和仲氢。通常的氢是这两种形式氢分子的混合物，正仲氢的平衡浓度仅与温度有关，不同温度下正仲氢浓度达到稳定平衡的氢气称为平衡氢。室温以上的温度时，含正氢75％，仲氢25％。液氢饱和温度20.4K下，仲氢的平衡浓度为99.82％。
当温度降低氢气液化时，正氢会自发的转换为仲氢，并释放出热量。反之，仲氢转化为正氢会吸收热量，产生制冷作用，在绝热的情况下会产生降温。但是仲正氢转换的过程是比较缓慢的，因此需要采用催化剂加快仲氢转化为正氢的过程，以便充分利用仲正氢转化的冷量。
关于仲氢转化为正氢的冷量利用目前国内外尚无涉及，本发明提供了一种仲氢绝热转化制冷装置，利用液氢储罐内漏热蒸发产生的仲氢含量超过98％的低温氢气，经过绝热转化制冷装置后产生冷量，使得气化氢气部分液化，从而达到减少液氢蒸发损失的目的。
发明内容：
本发明在于提供一种仲氢绝热转化制冷装置，主要由液氢储罐、转化器、催化剂、节流孔、氢气引导管、冷凝换热器、放空引出管和阀门组成，如图所示。本发明的技术方案为：液氢储罐内部顶端安装有转化器、节流孔、氢气引导管和冷凝换热器，转化器内装有仲氢转化催化剂，节流孔一端接转化器，另 一端接氢气引导管，冷凝换热器两端分别与氢气引导管和放空引出管相接，放空引出管伸到液氢储罐外，并与阀门相连。
本仲氢绝热转化制冷装置可将液氢储罐内蒸发的仲氢氢气转化为正氢，并用其转化冷量将罐内的氢气部分液化，从而减少液氢储存的蒸发损失。此装置在液氢储罐超压放空时自动启动，装置无运动部件，无需额外动力，可靠性高，可在地面和空间液氢储存中应用，对于降低航天领域和氢能利用领域液氢使用成本具有重要的意义。
附图说明：
附图1：仲氢绝热转化制冷装置示意图
图中：1.液氢储罐2.转化器3.催化剂4.节流孔5.氢气引导管6.冷凝换热器7.阀门8.放空引出管
具体实施方式：
如附图1所示，本发明主要包括液氢储罐1、转化器2、催化剂3、节流孔4、氢气引导管5、冷凝换热器6、阀门7、放空引出管8。液氢储罐1内部顶端安装有转化器2、节流孔4、氢气引导管5和冷凝换热器6，转化器2内装有仲氢转化催化剂3，节流孔4一端接转化器2，另一端接氢气引导管5，冷凝换热器6两端分别与氢气引导管5和放空引出管8相接，放空引出管8伸到液氢储罐1外，并与阀门7相连。
本发明的工作原理如下：
液氢在液氢储罐1内储存过程中，因漏热会不断蒸发，罐内压力会不断上升，当罐内压力升到0.3MPa时，为确保储罐安全，需要将罐内氢气放空。放空时，打开阀门7，此时液氢储罐1内的仲氢氢气经过装载有催化剂3的转化器2后，部分转化为正氢，达到相应温度下的平衡氢；转化过程中产生的冷量使得平衡氢温度降低，甚至有可能将平衡氢部分液化。之后此平衡氢经过节流孔4节流后，压力降到放空压力，温度(与放空压力相对应)进一步降低，通过氢气引导管5进入到冷凝换热器6内，通过换热将冷凝换热器6外壁面上的低温氢气液化。
转化器2、节流孔4、氢气引导管5和冷凝换热器6安装在液氢储罐1内部顶端，在罐内形成自然对流循环，使得液化过程能够持续进行。

Claims (7)

1.一种仲氢绝热转化制冷装置，其特征在于：液氢储罐(1)内部顶端安装有转化器(2)、节流孔(4)、氢气引导管(5)和冷凝换热器(6)，转化器(2)内装有仲氢转化催化剂(3)，节流孔(4)一端接转化器(2)，另一端接氢气引导管(5)，冷凝换热器(6)两端分别与氢气引导管(5)和放空引出管(8)相接，放空引出管(8)经液氢储罐(1)的顶端伸到液氢储罐(1)外，并与阀门(7)相连。
2.根据权利要求1所要求的一种仲氢绝热转化制冷装置，其特征在于：所述的转化器(2)结构形式为单管转化器、列管转化器或罐式转化器。
3.根据权利要求1所要求的一种仲氢绝热转化制冷装置，其特征在于：所述的催化剂(3)为氢氧化铁、氢氧化锰、氢氧化铬、氢氧化镍、氢氧化钴或氢氧化镝。
4.根据权利要求1所要求的一种仲氢绝热转化制冷装置，其特征在于：所述的冷凝换热器(6)为肋片管换热器、列管换热器、盘管换热器或板翅式换热器。
5.根据权利要求1所要求的一种仲氢绝热转化制冷装置，其特征在于：所述的催化剂(3)外观形状为粉末状、颗粒状、块状、条状或球状。
6.根据权利要求1所要求的一种仲氢绝热转化制冷装置，其特征在于：所述的液氢储罐(1)绝热形式为发泡绝热、粉末堆积绝热、单独真空绝热、真空多层绝热或真空粉末绝热。
7.根据权利要求1所要求的一种仲氢绝热转化制冷装置，其特征在于：所述的液氢储罐(1)工作压力为0.1～1.2MPa。
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