CN105889748A - 一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置 - Google Patents

一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置 Download PDF

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安刚
杨国平
兰玉岐
卫豪
温鹏飞
杨晓阳
杨昌乐
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Abstract

本发明在于提供一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置，主要包括液氢储罐外容器、液氢储罐内容器、保温层、氢气引出放空管、仲氢转化器、催化剂、氢气放空阀，如图所示。本发明的技术方案为：氢气引出放空管一端与液氢储罐内容器上部连接，一端与氢气放空阀相连，整个液氢储罐内容器和氢气引出放空管包裹有保温层，保温层外侧是液氢储罐外容器。储罐内容器中轴线的中下部安装有仲氢转化器，转化器内装有仲氢转化催化剂。本发明可在催化剂作用下，将储罐内部分仲氢液体转化为相应平衡浓度下的正氢，吸收环境漏热，减少液氢储存的蒸发损失。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，降低液氢使用成本。

Description

一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置
技术领域：
本发明属于航天领域和氢能利用领域，本装置是一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置，利用仲氢转化吸收冷量的优势，减少液氢蒸发损失，大大延长无损储存装置在放空前的储存时间。
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，可分为正氢和仲氢。通常的氢是两种形式氢分子的混合物，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。但是仲正氢转换的过程是比较缓慢的，需要采用催化剂加快仲氢转化为正氢的过程，以便充分利用仲氢转化的冷量。
本发明提供了一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置。在低温领域，一般所谓的无损储存是指在低温液体储罐达到额定放空压力之前的无放空储存时间。本发明的液氢无损储存装置中，仲氢催化转化器可将液氢储罐内部分仲氢液体转化为正氢，转化过程中需要吸收热量，减少漏热而引起的液氢蒸发损失，使得在同样漏热条件下，液氢储罐内压力达到额定放空压力的时间更长，从而大大延长无损储存装置在放空前的储存时间，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基于仲氢转化的液氢无损储存装置，主要包括液氢储罐外容器、液氢储罐内容器、保温层、氢气引出放空管、仲氢转化器、催化剂、氢气放空阀，如图所示。本发明的技术方案为：氢气引出放空管一端与液氢储罐内容器上部连接，一端与氢气放空阀相连，整个液氢储罐内容器和氢气引出放空管包裹有保温层，保温层外侧是液氢储罐外容器。储罐内容器的内部安装有仲氢转化器，转化器内装有仲氢转化催化剂。
本基于仲氢转化的无损储存装置可在催化剂的作用下，将液氢储罐内部分仲氢液体转化为相应平衡浓度下的正氢，吸收环境漏热，从而更多地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：基于仲氢转化的液氢无损储存装置示意图
图中：1.液氢储罐外容器 2.保温层 3.液氢储罐内容器 4.氢气引出放空管 5.仲氢转化器 6.催化剂 7.氢气放空阀
具体实施方式：
如附图所示，本发明主要包括液氢储罐外容器1、保温层2、液氢储罐内容器3、氢气引出放空管4、仲氢转化器5、催化剂6、氢气放空阀7。氢气引出放空管4一端与液氢储罐内容器3上部连接，一端与氢气放空阀7连接，整个液氢储罐内容器3和氢气引出放空管4外侧包裹有保温层2，保温层2外侧是液氢储罐外容器1；液氢储罐内容器3内部安装有仲氢转化器5，仲氢转化器5内装有催化剂6。
所述保温层2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。
所述仲氢转化器5安装在液氢储罐内容器3中部或者下部，结构形式为单管转化器、列管转化器、盘式转化器或罐式转化器。
所述的催化剂6为含锰、铬、铁、镍、钴、镝的氧化物或者氢氧化物，外观形状为粉末状、颗粒状、块状、条状或球状。
本发明的工作原理如下：
液氢在液氢储罐内容器3中储存时，因漏热会不断蒸发，储罐内压力上升，使得部分仲氢在仲氢转化器5内的催化剂6作用下转化为正氢，吸收热量，减少液氢蒸发损失。与无仲氢转化相比，有仲氢转化时的液氢储存罐在达到额定放空压力前的储存时间更长。
当液氢储存罐内的压力达到额定压力时，需要将罐内氢气放空。放空时，液氢储罐内容器3中的气体通过氢气引出放空管4经氢气放空阀7排放到外界大气中。
本发明中的仲氢转化器5安装在液氢储罐的中下部。由于储罐壁面处的液氢因漏热温度稍高、密度小，而转化后的液氢温度低、密度大，从而在有加速度的条件下转化后的液氢会下沉，而壁面处的液氢会上升，因此储罐内的液氢会形成一个自然对流循环，使得储罐内的液氢尽可能的转化为相应平衡浓度下的正氢，无需额外的循环动力。

Claims (6)

1.本发明在于提供一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置，其特征在于：氢气引出放空管(4)一端与液氢储罐内容器(3)上部连接，一端与氢气放空阀(7)连接，整个液氢储罐内容器(3)和氢气引出放空管(4)外侧包裹有保温层(2)，保温层(2)外侧是液氢储罐外容器(1)；液氢储罐内容器(3)内部安装有仲氢转化器(5)，仲氢转化器(5)内装有催化剂(6)。
2.根据权利要求1所要求的一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置，其特征在于：所述的保温层(2)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。
3.根据权利要求1所要求的一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置，其特征在于：所述仲氢转化器(5)安装在液氢储罐内容器(3)中部或者下部。
4.根据权利要求1所要求的一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置，其特征在于：所述仲氢转化器(5)结构形式为单管转化器、列管转化器、盘式转化器或罐式转化器。
5.根据权利要求1所要求的一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置，其特征在于：所述的催化剂(6)为含锰、铬、铁、镍、钴、镝的氧化物或者氢氧化物。
6.根据权利要求1所要求的一种基于仲氢转化的液氢无损储存装置，其特征在于：所述的催化剂(6)外观形状为粉末状、颗粒状、块状、条状或球状。
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