RU2183000C2 - Method and device for liquid hydrogen storage in reservoir - Google Patents

Method and device for liquid hydrogen storage in reservoir Download PDF

Info

Publication number
RU2183000C2
RU2183000C2 RU2000111775/06A RU2000111775A RU2183000C2 RU 2183000 C2 RU2183000 C2 RU 2183000C2 RU 2000111775/06 A RU2000111775/06 A RU 2000111775/06A RU 2000111775 A RU2000111775 A RU 2000111775A RU 2183000 C2 RU2183000 C2 RU 2183000C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
liquid hydrogen
tank
liquid
gas
Prior art date
Application number
RU2000111775/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000111775A (en
Inventor
И.Н. Глухих
А.Н. Щербаков
А.Н. Старостин
ев В.Ф. Чел
В.Ф. Челяев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева
Priority to RU2000111775/06A priority Critical patent/RU2183000C2/en
Publication of RU2000111775A publication Critical patent/RU2000111775A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2183000C2 publication Critical patent/RU2183000C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Abstract

FIELD: liquid hydrogen storage without gas cushion under gage pressure and liquid extraction. SUBSTANCE: pressure within reservoir is recorded at preset intervals in beginning of each interval by mean mass temperature of liquid, measured pressure Pin is compared with saturated steam pressure Ps corresponding to mean mass temperature at end of this interval. After that in case of inequality of these values pressure equal to Ps is maintained within reservoir during this interval. Mentioned process is conducted until pressure within reservoir is brought to permissible level. Liquid is extracted at Pin≥Ps and hydrogen is compressed inside reservoir at Pin≤Ps. Device has liquid hydrogen reservoir, transducers for measuring mean mass temperature and pressure within reservoir, and desired pressure maintaining unit. Introduced in device are processor unit, two pulse number setting elements, two switches, high-pressure gas reservoir, reducer, and desired pressure maintaining unit. The latter is made in the form of bellows filled with liquid hydrogen and hermetically sealed within gas space of cylinder. EFFECT: enlarged storage time, reduced loss. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано как для стационарного хранения жидкого водорода, так и для хранения его на транспортных средствах. The invention relates to cryogenic technology and can be used both for stationary storage of liquid hydrogen, and for storing it in vehicles.

Аналогом предлагаемого способа является известный способ, при котором криогенный компонент содержится под постоянным избыточным давлением, а испаряющаяся его часть отводится из емкости (1). An analogue of the proposed method is a known method in which the cryogenic component is kept under constant overpressure, and its evaporating part is removed from the tank (1).

Известно устройство для осуществления данного способа, включающее емкость с кожухом и трубопроводы подачи жидкости и отвода газа с вентилями и обратным клапаном [1]. A device for implementing this method, comprising a container with a casing and pipelines for supplying liquid and gas outlet with valves and a check valve [1].

Недостатком таких способа и устройства для его осуществления является то, что в случае с жидким водородом такой режим хранения не является оптимальным с точки зрения скорости нагрева криогенного компонента (т.е. срока хранения) и его потерь. The disadvantage of such a method and device for its implementation is that in the case of liquid hydrogen, this storage mode is not optimal in terms of the heating rate of the cryogenic component (i.e., shelf life) and its losses.

Тоже относится и к другим аналогичным устройствам, где уровень постоянного избыточного давления, при котором хранится водород, может находиться в пределах от 0,1 до 100 ати и более [1-4]. The same applies to other similar devices, where the level of constant excess pressure at which hydrogen is stored can be in the range from 0.1 to 100 atmospheres or more [1-4].

Более близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, реализованный в [5] (прототип), где для увеличения срока его хранения часть жидкого водорода сливают, предотвращая схлопывание паровой подушки по мере нагрева жидкости. Closer in technical essence to the proposed method is the method implemented in [5] (prototype), where to increase its shelf life, part of the liquid hydrogen is drained, preventing the steam cushion from collapsing as the liquid heats up.

Наиболее близким аналогом для устройства является устройство для хранения жидкого водорода в емкости по патенту РФ [6]. The closest analogue to the device is a device for storing liquid hydrogen in a tank according to the patent of the Russian Federation [6].

Это устройство содержит емкость жидкого водорода, датчики измерения давления в емкости и блок поддержания заданного давления. This device contains a liquid hydrogen tank, pressure sensors in the tank and a unit for maintaining a given pressure.

Недостатком таких технических решений (как способа, так и устройства) является неоптимальный режим хранения водорода в емкости и неполное использование ее объема. Кроме того, устройство, реализующее такой способ, имеет достаточно сложную конструкцию за счет введения герметичной несущей перегородки. Суммарные потери компонента в связи с этим довольно значительны. The disadvantage of such technical solutions (both method and device) is the non-optimal mode of storage of hydrogen in the tank and the incomplete use of its volume. In addition, a device that implements such a method has a rather complicated structure due to the introduction of a sealed supporting partition. The total loss of the component in this regard is quite significant.

Таким образом, задачей нового технического решения является разработка такого способа хранения и устройства, его реализующего, который позволил бы, используя физические особенности жидкого водорода, максимально увеличить срок его хранения (т.е. уменьшить скорость нагрева жидкого водорода) и снизить потери водорода. Кроме того, жидкость полностью заполняет емкость и общее количество запасенного жидкого водорода увеличивается. Thus, the objective of the new technical solution is to develop such a storage method and device that implements it, which would allow, using the physical features of liquid hydrogen, to maximize its storage period (i.e., reduce the heating rate of liquid hydrogen) and reduce hydrogen loss. In addition, the liquid completely fills the tank and the total amount of stored liquid hydrogen increases.

Устройство для реализации такого способа, кроме того, должно быть достаточно компактным, легким (за исключением самой емкости), а также надежным и безопасным в работе. The device for implementing this method, in addition, should be quite compact, lightweight (with the exception of the tank itself), as well as reliable and safe to use.

Задача решается тем, что при хранении жидкого водорода в емкости без газовой подушки, под избыточным давлением и отбором жидкого водорода с заданными интервалами по среднемассовой температуре жидкого водорода фиксируют давление в емкости, в начале каждого интервала сравнивают замеренное давление (Рнач) с давлением насыщенного пара (Ps), соответствующим среднемассовой температуре в конце данного интервала (Ткон), после чего при условии неравенства этих величин Рнач ≠ Ps = f (Ткон) поддерживают давление в емкости в течение времени данного интервала, равным давлению насыщенного пара Ps, соответствующему среднемассовой температуре жидкого водорода в конце интервала, при этом указанный процесс осуществляют до тех пор, пока давление в емкости не достигнет своего допустимого уровня. The problem is solved in that when storing liquid hydrogen in a tank without a gas cushion, under excess pressure and taking liquid hydrogen at predetermined intervals according to the mass-average temperature of liquid hydrogen, the pressure in the tank is fixed, at the beginning of each interval, the measured pressure (Pnach) is compared with the saturated vapor pressure ( Ps) corresponding to the mass-average temperature at the end of this interval (Tkon), after which, provided these values are not equal, Pnach ≠ Ps = f (Tkon) maintain the pressure in the vessel for a given time the interval equal to the saturated vapor pressure Ps corresponding to the mass-average temperature of liquid hydrogen at the end of the interval, the process being carried out until the pressure in the vessel reaches its acceptable level.

При условии Рнач > Ps = f (Ткон) производят отбор жидкого водорода, а при Рнач < Ps = f(Tкон) жидкий водород в емкости сжимают. Under the condition Pnach> Ps = f (Tkon), liquid hydrogen is sampled, and with Pnach <Ps = f (Tkon), liquid hydrogen is compressed in the tank.

Устройство для осуществления способа содержит емкость жидкого водорода, блок поддержания заданного давления, в него введены датчики измерения среднемассовой температуры и давления в емкости, процессор, два электронных задатчика числа импульсов, два комутатора, емкость газа высокого давления и редуктор, блок поддержания заданного давления выполнен в виде сильфона, заполненного жидким водородом, герметично установленного в газовой полости баллона, при этом внутренняя полость сильфона соединена трубопроводом с емкостью жидкого водорода и клапаном-регулятором отбора жидкого водорода, а газовая полость баллона соединена трубопроводом с клапаном-регулятором газа, вход которого через редуктор сообщен с емкостью хранения газа высокого давления, причем входы процессора соединены с датчиками измерения среднемассовой температуры жидкого водорода и давления в емкости, первый выход процессора соединен через последовательно установленные первый электронный задатчик числа импульсов, и первый коммутатор с управляемыми обмотками электрического двигателя клапана-регулятора жидкого водорода, снабженного патрубком отбора жидкого водорода, а второй выход процессора соединен через последовательно установленные второй электронный задатчик числа импульсов и второй коммутатор с управляемыми обмотками электрического двигателя клапана-регулятора газа. A device for implementing the method comprises a liquid hydrogen tank, a unit for maintaining a given pressure, sensors for measuring a mass average temperature and pressure in a vessel, a processor, two electronic pulse number adjusters, two switches, a high-pressure gas tank and a pressure reducer are introduced in it; in the form of a bellows filled with liquid hydrogen, hermetically installed in the gas cavity of the cylinder, while the internal cavity of the bellows is connected by a pipe to the tank of liquid hydrogen and the control valve for the selection of liquid hydrogen, and the gas cavity of the cylinder is connected by a pipeline to the gas control valve, the inlet of which is connected via a reducer to the high-pressure gas storage tank, the processor inputs being connected to sensors for measuring the mass-average temperature of liquid hydrogen and pressure in the tank, the first the processor output is connected via series-mounted first electronic pulse number adjuster, and the first switch with controlled windings of the electric motor of the valve-regulator liquid hydrogen, equipped with a nozzle for the selection of liquid hydrogen, and the second output of the processor is connected through sequentially installed a second electronic number of pulses and a second switch with controlled windings of the electric motor of the gas control valve.

Техническим результатом способа и устройства, его реализующего, является возможность за счет использования физических особенностей жидкого водорода максимально увеличить срок хранения жидкого водорода (т.е. уменьшить скорость его нагрева) и снизить потери жидкого водорода в процессе хранения. The technical result of the method and device that implements it is the ability to maximize the shelf life of liquid hydrogen (i.e., reduce its heating rate) and reduce the loss of liquid hydrogen during storage by using the physical features of liquid hydrogen.

Снижение скорости нагрева жидкого водорода достигается за счет использования его специфических теплофизических свойств. Именно известно, что изобарная теплоемкость водорода Ср существенно увеличивается в определенном интервале температур и давлений [3]. В наибольшей степени это характерно для температур Т~25+40 К и давлений Р~5÷25 атм. При этом теплоемкости соответствуют линии насыщения. Последнее иллюстрируется на фиг.1, 2. На фиг. 1 дается зависимость изобарной теплоемкости водорода от его температуры и давления. Максимум на каждой кривой соответствует состоянию насыщенного пара. Зависимость же давления насыщенного пара от температуры представлена на фиг. 2, где обозначено: 1 - линия насыщенного пара, 2 - область жидкой фазы, 3 - область газовой фазы, 4 - ломаная, аппроксимирующая линию насыщенного пара. A decrease in the rate of heating of liquid hydrogen is achieved through the use of its specific thermophysical properties. It is known that the isobaric heat capacity of hydrogen Ср significantly increases in a certain range of temperatures and pressures [3]. This is most typical of temperatures T ~ 25 + 40 K and pressures P ~ 5 ÷ 25 atm. In this case, the specific heat corresponds to the saturation line. The latter is illustrated in FIGS. 1, 2. In FIG. Figure 1 gives the dependence of the isobaric heat capacity of hydrogen on its temperature and pressure. The maximum on each curve corresponds to the state of saturated vapor. The dependence of saturated vapor pressure on temperature is shown in FIG. 2, where it is indicated: 1 - line of saturated vapor, 2 - region of the liquid phase, 3 - region of the gas phase, 4 - broken line, approximating the line of saturated vapor.

Суть предлагаемого способа состоит в том, чтобы по мере прогрева жидкого водорода в емкости создавать там такое давление, которое обеспечивало бы максимальную теплоемкость жидкого водорода при данной температуре, не допуская, однако, перехода жидкости в пар, т.е. давление в емкости должно быть несколько выше давления насыщенного пара. При этом повышать давление в емкости, "отслеживая" рост температуры жидкого водорода, следует "ступенчатым" образом, сохраняя давление на каждой ступеньке постоянным и большим давления насыщенного пара. На фиг. 2 это соответствует движению вверх не по линии насыщенного пара (1), а по ступенчатой ломаной (4), приближенной к линии насыщенного пара (1) сверху, со стороны жидкости (2). The essence of the proposed method is that, as the liquid hydrogen is heated in the tank, it is necessary to create a pressure there that would ensure the maximum heat capacity of liquid hydrogen at a given temperature, however, without allowing the liquid to transfer to steam, i.e. the pressure in the vessel should be slightly higher than the saturated vapor pressure. At the same time, the pressure in the vessel should be increased by “tracking” the increase in the temperature of liquid hydrogen, it should be done in a “stepwise” manner, keeping the pressure at each step constant and high with the saturated vapor pressure. In FIG. 2, this corresponds to an upward movement not along the saturated vapor line (1), but along a stepwise broken line (4), close to the saturated vapor line (1) from above, from the liquid side (2).

Ширина таких ступенек, т.е. температурных интервалов с постоянным давлением вообще говоря произвольна, однако чем меньше эти интервалы, тем большую теплоемкость имеет жидкий водород. Соответственно тем медленнее повышается его температура. The width of such steps, i.e. Generally speaking, temperature ranges with constant pressure are arbitrary, however, the smaller these intervals, the greater the heat capacity of liquid hydrogen. Accordingly, its temperature rises more slowly.

Постоянный уровень давления в емкости можно поддерживать, например, отбирая жидкий водород из емкости. В случае, если давление в емкости падает ниже допустимого уровня и образуется паровая подушка, жидкий водород дополнительно сжимают и происходит конденсация пара. Сжатие жидкого водорода можно произвести, например, подавая в емкость дополнительное количество жидкого водорода. A constant pressure level in the tank can be maintained, for example, by taking liquid hydrogen from the tank. In the event that the pressure in the tank drops below an acceptable level and a steam cushion is formed, liquid hydrogen is additionally compressed and steam condensation occurs. Compression of liquid hydrogen can be carried out, for example, by supplying an additional amount of liquid hydrogen to the tank.

Оценить количество жидкого водорода, отбираемого из емкости при таком способе хранения, можно, используя диаграмму состояния жидкого водорода, представленную на фиг. 3, где обозначено: 1 - изотермы состояния водорода, 2 - линия насыщения, 3 - область жидкости, 4 - область газа. The quantity of liquid hydrogen taken from the tank in this storage method can be estimated using the liquid hydrogen state diagram shown in FIG. 3, where it is indicated: 1 - isotherms of the state of hydrogen, 2 - saturation line, 3 - liquid region, 4 - gas region.

Эффективность хранения жидкого водорода в таком режиме иллюстрируется на примере криогенной емкости. The storage efficiency of liquid hydrogen in this mode is illustrated by the example of a cryogenic tank.

На фиг. 4 даны расчетные кривые измерения массы отбираемого жидкого водорода, давления в емкости, а также температуры этого компонента в емкости:
1 а, б - соответственно масса отбираемого жидкого водорода и давление в емкости при хранении водорода с газовой подушкой при постоянном давлении Р=5 атм. И отбором газовой фазы;
2 а, б - масса отобранного жидкого водорода и давление в емкости при изобарном хранении водорода без газовой подушки с повышенным давлением в емкости (Р= 20 атм);
3 а, б - масса отобранного жидкого водорода и давление в емкости при хранении водорода без паровой подушки, с отбором жидкости и при давлении, близком к давлению насыщенного пара.In FIG. Figure 4 shows the calculated curves for measuring the mass of the selected liquid hydrogen, the pressure in the tank, and also the temperature of this component in the tank:
1 a, b - respectively, the mass of the selected liquid hydrogen and the pressure in the tank during storage of hydrogen with a gas pad at a constant pressure of P = 5 atm. And the selection of the gas phase;
2 a, b - the mass of the selected liquid hydrogen and the pressure in the tank during isobaric storage of hydrogen without a gas pad with an increased pressure in the tank (P = 20 atm);
3 a, b - the mass of the selected liquid hydrogen and the pressure in the tank during storage of hydrogen without a steam cushion, with the selection of liquid and at a pressure close to the pressure of saturated steam.

Из фигуры видно, что в последнем случае жидкий водород нагревается медленнее всего: температура водорода в этом случае на 100÷200 ч "запаздывает" по сравнению с другими режимами хранения этого компонента. При этом масса отбираемого жидкого водорода также существенно меньше. It can be seen from the figure that in the latter case, liquid hydrogen heats up most slowly: the hydrogen temperature in this case is “delayed” for 100–200 hours in comparison with other storage conditions of this component. In this case, the mass of the selected liquid hydrogen is also significantly less.

Таким образом хранение жидкого водорода по предлагаемому способу позволяет существенно снизить темп нагрева этого компонента (т.е. увеличить срок хранения) и уменьшить его потери. Новым в данном способе является обеспечение возможности хранения жидкого водорода "на пике" его теплофизических возможностей (т. е. при давлении, близком к давлению насыщенного пара и при максимальной теплоемкости компонента). Thus, the storage of liquid hydrogen by the proposed method can significantly reduce the heating rate of this component (i.e., increase the shelf life) and reduce its loss. New in this method is the possibility of storing liquid hydrogen "at the peak" of its thermophysical capabilities (that is, at a pressure close to the saturated vapor pressure and at the maximum heat capacity of the component).

Для реализации данного способа разработано устройство, конструкция которого дана на фиг. 5, где обозначено:
1- емкость жидкого водорода; 2 - датчики среднемассовой температуры водорода; 3 - датчик давления в емкости; 4 - процессор; 5 - клапан-регулятор отбора жидкого водорода; 6 - патрубок отбора жидкого водорода; 7 - блок поддержания заданного давления; 8 - сильфон; 9 - газовая полость; 10 - клапан-регулятор газа; 11 - редуктор; 12 - емкость хранения газа высокого давления; 13, 17 - соответственно первый и второй выходы процессора; 14, 18 - электронные задатчики числа импульсов; 15, 19 - коммутаторы; 16, 20 - электродвигатели с управляемыми обмотками.To implement this method, a device has been developed, the design of which is given in FIG. 5, where indicated:
1- the capacity of liquid hydrogen; 2 - sensors of the mass average temperature of hydrogen; 3 - pressure sensor in the tank; 4 - processor; 5 - valve-regulator for the selection of liquid hydrogen; 6 - pipe for the selection of liquid hydrogen; 7 - unit for maintaining a given pressure; 8 - bellows; 9 - gas cavity; 10 - gas control valve; 11 - gear; 12 - storage capacity of high pressure gas; 13, 17 - respectively, the first and second outputs of the processor; 14, 18 — electronic pulse number adjusters; 15, 19 - switches; 16, 20 - electric motors with controlled windings.

В начальный момент собирают схему и готовят ее к работе. At the initial moment, they assemble a circuit and prepare it for work.

В емкости с жидким водородом 1 размещают датчик температуры 2 и датчик давления 3, соединенные с процессором 4. Емкость соединяют с клапаном-регулятором отбора жидкого водорода 5 с патрубком 6, а также емкость соединяют с потребителем и блоком поддержания заданного давления, выполненным в виде сильфона 8, внутренняя полость которого соединена с емкостью 1, а газовая полость 9 соединена через клапан-регулятор газа 10 и редуктор 11 с емкостью хранения газа высокого давления 12. In a container with liquid hydrogen 1, a temperature sensor 2 and a pressure sensor 3 are placed, connected to the processor 4. The tank is connected to a liquid hydrogen selection valve 5 with a nozzle 6, and the tank is connected to a consumer and a set pressure maintenance unit made in the form of a bellows 8, the internal cavity of which is connected to the tank 1, and the gas cavity 9 is connected through a gas control valve 10 and a reducer 11 to the high-pressure gas storage tank 12.

Выходы процессора 13 соединяют через задатчик числа импульсов 14 и коммутатор 15 с управляемыми обмотками двигателя 16. Второй вход процессора 17 соединяют через второй задатчик числа импульсов 18 и второй коммутатор 19 с управляемыми обмотками электродвигателя 20 клапана-регулятора газа 10. The outputs of the processor 13 are connected via a pulse number controller 14 and a switch 15 to the controlled windings of the engine 16. The second input of the processor 17 is connected through a second pulse number controller 18 and a second switch 19 to the controlled windings of the electric motor 20 of the gas control valve 10.

В начальный момент клапаны-регуляторы закрыты, зависимость давления насыщенных паров от температуры жидкого водорода введена в процессор. Одновременно в процессор введен полный диапазон изменения температуры ΔTо, ограниченный предельно допустимым давлением в емкости.At the initial moment, the control valves are closed, the dependence of the saturated vapor pressure on the temperature of liquid hydrogen is introduced into the processor. At the same time, a full temperature range ΔT о , limited by the maximum permissible pressure in the tank, was introduced into the processor.

Предлагаемый способ хранения жидкого водорода осуществляется в следующей последовательности действий:
- После заполнения емкости жидким водородом (без газовой подушки) измеряют его начальную среднемассовую температуру Тнач. и по заданной величине первого интервала ΔT определяют конечную его температуру Tкон.= Tнач.+ ΔT.
- Контролируя давление в емкости, сжимают жидкий водород до давления, соответствующего давлению насыщенного пара Ps при конечной температуре Ткон данного температурного интервала Ps (Ткон). Сжатие проводят, например, путем закачки в емкость дополнительного количества жидкого водорода.The proposed method for storing liquid hydrogen is carried out in the following sequence of actions:
- After filling the tank with liquid hydrogen (without a gas cushion), its initial mass-average temperature Tnach is measured. and from a given value of the first interval ΔT determine its final temperature T con. = T beg. + ΔT.
- By controlling the pressure in the vessel, liquid hydrogen is compressed to a pressure corresponding to the saturated vapor pressure Ps at the final temperature Tkon of the given temperature range Ps (Tkon). Compression is carried out, for example, by pumping an additional amount of liquid hydrogen into the container.

- После достижения в емкости давления Ps (Ткон.) начинают отбор жидкого водорода из емкости, сохраняя таким образом давление там неизменным. Этот процесс ведут до тех пор, пока среднемассовая температура жидкого водорода не достигнет конечной на данном интервале температуры Ткон. - After reaching the pressure Ps (Tkon.) In the tank, the selection of liquid hydrogen from the tank begins, thus keeping the pressure there unchanged. This process is carried out until the mass-average temperature of liquid hydrogen reaches the final temperature Tkon in a given temperature range.

- После этого отбор прекращают и повторяют все перечисления для следующего температурного интервала. - After this, the selection is stopped and all the listings for the next temperature range are repeated.

Все перечисленные операции проводят до тех пор, пока давление в емкости не достигнет своего предельно допустимого значения, т.е. не закончится заданный полный интервал возможного изменения температуры ΔTo (заранее введенный в процессор).All these operations are carried out until the pressure in the tank reaches its maximum permissible value, i.e. the specified full interval of a possible temperature change ΔT o (previously entered into the processor) does not end.

Устройство реализует способ следующим образом. The device implements the method as follows.

Емкость 1 заполняют жидким водородом без паровой подушки, измеряют температуру То водорода после заправки по датчику температуры 2 и давление компонента после заправки Ро по датчику давления 3, и измерение значения вводятся в процессор 4. Клапан-регулятор отбора жидкого водорода 5 с патрубком 6 находится в закрытом положении. Процессор 4 вычисляет значение температуры на конце первого температурного интервала T1= To+ ΔT, где ΔT - заданный шаг по температуре.The tank 1 is filled with liquid hydrogen without a steam cushion, the temperature To of hydrogen is measured after refueling with a temperature sensor 2 and the component pressure after filling with Po by a pressure sensor 3, and the value measurement is entered into the processor 4. The liquid hydrogen selection control valve 5 with pipe 6 is located in closed position. The processor 4 calculates the temperature at the end of the first temperature interval T 1 = T o + ΔT, where ΔT is the specified temperature step.

Для температуры T1 процессор 4 вычисляет давление насыщенных паров жидкого водорода Ps1, соответствующее этой температуре.For temperature T 1, processor 4 calculates the saturated vapor pressure of liquid hydrogen Ps 1 corresponding to this temperature.

Для температуры T1 процессор 4 вычисляет давление насыщенных паров жидкого водорода Ps1, соответствующее этой температуре. Прогрев жидкого водорода на величину ΔT обуславливается теплопритоками к емкости в процессе хранения, что соответствует и увеличенному давлению. Поэтому давление, обеспечивающее использование эффекта повышенной теплоемкости жидкого водорода, обеспечивается работой блока поддержания заданного давления 7. Для этого в блок поддержания заданного давления 7, в котором сильфон 8 разделяет жидкостную полость от газовой 9. Через клапан-регулятор газа 10, редуктор 11 подают газ из емкости 12. При этом через первый выход 13 процессора 4 через электронный задатчик числа импульсов 14, коммутатор 15, электродвигатель с управляемыми обмотками 16 проверяется закрытое положение клапана 5; через второй выход 17 процессора 4 и через электронный задатчик числа импульсов 18, коммутатор 19, электродвигатель с управляемыми обмотками 20 обеспечивают работу клапана-регулятора газа 10, путем подачи заданного числа импульсов включений электродвигателя с управляемыми обмотками 20. Число импульсов определяется процессором 4, задается электронным задатчиком импульсов 18, подключается через коммутатор 19.For temperature T 1, processor 4 calculates the saturated vapor pressure of liquid hydrogen Ps 1 corresponding to this temperature. The heating of liquid hydrogen by ΔT is determined by heat influx to the tank during storage, which corresponds to an increased pressure. Therefore, the pressure providing the use of the effect of the increased heat capacity of liquid hydrogen is ensured by the operation of the unit for maintaining the set pressure 7. For this, the unit for maintaining the set pressure 7, in which the bellows 8 separates the liquid cavity from the gas 9. Through the gas control valve 10, the pressure reducer 11 from the tank 12. In this case, through the first output 13 of the processor 4 through the electronic adjuster of the number of pulses 14, the switch 15, the electric motor with controlled windings 16, the closed position of the valve 5 is checked; through the second output 17 of the processor 4 and through the electronic controller of the number of pulses 18, the switch 19, the electric motor with controlled windings 20 provide the gas control valve 10 by supplying a predetermined number of pulses for turning on the electric motor with controlled windings 20. The number of pulses is determined by the processor 4, is set by electronic pulse generator 18, is connected via a switch 19.

Такой привод регулирующего органа клапанов-регуляторов находит все большее применение в технике, совмещая современные достижения в области разработки арматуры и робототехники, обеспечивающей точное позиционирование регулирующего органа. Such a drive of the regulatory body of the valve-regulators is increasingly used in technology, combining modern advances in the development of valves and robotics, which ensures accurate positioning of the regulatory body.

После прогрева жидкого водорода на величину ΔT процесс повторяют. After warming up liquid hydrogen by ΔT, the process is repeated.

Процесс прекращают осуществлять в указанной последовательности после прогрева жидкого водорода до температуры Tsкoн, измеряемой датчиком температуры 2, и соответствующей максимальному рабочему давлению в емкости, допустимому для емкости 1 по условиям прочности. The process is stopped in the indicated sequence after warming up liquid hydrogen to the temperature Tscon measured by the temperature sensor 2 and corresponding to the maximum working pressure in the tank, permissible for the tank 1 according to the strength conditions.

После этого продолжается процесс хранения жидкого водорода в емкости, при этом для обеспечения давления в емкости, равным Tsкoн, при больших температурах жидкого водорода производят регулируемый отбор этого компонента в виде жидкой фракции через клапан-регулятор отбора жидкого водорода 5. Последовательность работы аналогична описанному ранее. After that, the process of storing liquid hydrogen in the tank continues, while to ensure the pressure in the tank equal to Tscon, at high temperatures of liquid hydrogen, this component is controlled in the form of a liquid fraction through the valve regulating the selection of liquid hydrogen 5. The sequence of operations is similar to that described previously.

При этом поддержание давления в емкости осуществляется совместной работой клапана-регулятора отбора жидкого водорода 5 и клапана-регулятора газа 10. Это связано с тем, что в силу малой сжимаемости жидкого водорода при отборе возможна просадка давления в емкости. Этот случай обеспечивает повышение давления в емкости, как это описано ранее. In this case, the pressure in the tank is maintained by the joint operation of the valve regulating the selection of liquid hydrogen 5 and the valve-regulator of gas 10. This is due to the fact that due to the low compressibility of liquid hydrogen during selection, a pressure drop in the vessel is possible. This case provides an increase in pressure in the tank, as described previously.

В этом режиме происходит работа до тех пор, пока потребителю не потребуется расход из емкости больший, чем расход, компенсирующий теплопритоки к ней. В этом случае по сигналам от процессора 4 происходит полное открытие клапана-регулятора отбора жидкого водорода 5 и ведется отбор жидкого водорода с заданным расходом. In this mode, work occurs until the consumer requires a greater flow rate from the tank than a flow rate that compensates for heat inflows to it. In this case, according to the signals from the processor 4, the control valve for the selection of liquid hydrogen 5 is fully opened and liquid hydrogen is selected at a given flow rate.

Таким образом, предложенным способом и реализующим его устройством решается поставленная задача максимального увеличения срока хранения жидкого водорода и снижения потерь за счет использования его специфических свойств. Thus, the proposed method and the device implementing it solves the problem of maximizing the shelf life of liquid hydrogen and reducing losses through the use of its specific properties.

Список литературы
1. Способ хранения криогенной жидкости в емкости и устройство для его осуществления. F 17 C 3/00; а.с. 145685,1989 г.List of references
1. A method of storing cryogenic liquid in a tank and a device for its implementation. F 17 C 3/00; A.S. 145,685.1989

2. И. В. Рожков и др. Получение жидкого водорода. - М.: Химия, 1967 г., стр. 162. 2. I. V. Rozhkov et al. Production of liquid hydrogen. - M.: Chemistry, 1967, p. 162.

3. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование. Справочник под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубовкина. - М.: Химия, 1989, стр. 465. 3. Hydrogen. Properties, receipt, storage, transportation. Handbook Ed. D.Yu. Hamburg, N.F. Dubovkina. - M.: Chemistry, 1989, p. 465.

4. Система хранения жидкого водорода. "Crtognics" -0.096-36 10, стр. 815-822. 4. The storage system of liquid hydrogen. "Crtognics" -0.096-36 10, pp. 815-822.

5. Патент РФ 2064626, МПК F 17 C, 3/00, 1996 г. (стр.3). 5. RF patent 2064626, IPC F 17 C, 3/00, 1996 (p. 3).

6. Патент РФ 2137023, МПК F 17 C, 13,00, 1999 г. (стр. 7). 6. RF patent 2137023, IPC F 17 C, 13.00, 1999 (p. 7).

7. Патент 5003948 США кл. F 02 D 11/10 Kohter Co.- 538289; 3аявл. 14.06.90. Опубл. 02.04.91 Контролер шагового двигателя привода дроссельной заслонки. 7. Patent 5003948 US class. F 02 D 11/10 Kohter Co.- 538289; 3App. 06/14/90. Publ. 04/02/91 The controller of the stepper motor of the throttle actuator.

8. Электрический привод мембранного клапана. Патент США 5518015, М. кл. F 16 K 31/04, опубл. 21.05.96. 8. Electric actuator of the diaphragm valve. US patent 5518015, M. cl. F 16 K 31/04, publ. 05/21/96.

9. Левитан Е.Ю. Цуканов В.И. Устройство для регулирования потока текучей среды. Патент 2099770 Россия. М. кл. G 05 D 7/06 опубл. 20.12.97 г. Бюл. 35. 9. Levitan E.Yu. Tsukanov V.I. Device for controlling fluid flow. Patent 2099770 Russia. M. cl. G 05 D 7/06 publ. 12/20/97, Bull. 35.

Claims (3)

1. Способ хранения жидкого водорода в емкости, включающий его хранение без газовой подушки под избыточным давлением и отбор жидкого водорода, отличающийся тем, что с заданным интервалом по среднемассовой температуре жидкого водорода фиксируют давление в емкости в начале каждого интервала, сравнивают замеренное давление Рнач с давлением насыщенного пара Ps, соответствующим среднемассовой температуре в конце данного интервала Ткон, после чего при условии неравенства этих величин Рнач≠Ps= f(Ткон) поддерживают давление в емкости в течение времени данного интервала, равным давлению насыщенного пара Ps, соответствующему среднемассовой температуре жидкого водорода в конце интервала, при этом указанный процесс осуществляют до тех пор, пока давление в емкости не достигнет своего допустимого уровня.1. A process for storage of liquid hydrogen in a tank, comprising storage without gas cushions pressurized and selection of liquid hydrogen, characterized in that at a predetermined interval along the bulk temperature of the liquid hydrogen tank pressure is fixed at the beginning of each interval, the measured pressure P is compared with the beginning saturated vapor pressure P s corresponding to the mass-average temperature at the end of this interval T con , after which, under the condition of inequality of these values, P beg ≠ P s = f (T con ) maintain the pressure in the tank the time of this interval equal to the saturated vapor pressure P s corresponding to the mass-average temperature of liquid hydrogen at the end of the interval, while this process is carried out until the pressure in the vessel reaches its acceptable level. 2. Способ хранения жидкого водорода в емкости по п. 1, отличающийся тем, что при условии Рнач>Ps= f(Ткон) производят отбор жидкости, а при Рнач<Ps= f(Ткон) жидкий водород в емкости сжимают.2. The method of storing liquid hydrogen in a container according to claim 1, characterized in that under the condition P beg > P s = f (T con ), liquid is sampled, and at P beg <P s = f (T con ) liquid hydrogen containers are compressed. 3. Устройство для осуществления способа по пп. 1 и 2, содержащее емкость жидкого водорода, блок поддержания заданного давления, отличающееся тем, что в него введены датчики измерения среднемассовой температуры и давления в емкости, процессор, два электронных задатчика числа импульсов, два коммутатора, емкость газа высокого давления и редуктор, блок поддержания заданного давления, выполнен в виде сильфона, заполненного жидким водородом, герметично установленного в газовой полости баллона, при этом внутренняя полость сильфона соединена трубопроводом с емкостью жидкого водорода и клапаном-регулятором отбора жидкого водорода, а газовая полость баллона соединена трубопроводом с клапаном-регулятором газа, вход которого через редуктор сообщен с емкостью хранения газа высокого давления, причем входы процессора соединены с датчиками измерения среднемассовой температуры жидкого водорода и давления в емкости, первый выход процессора соединен через последовательно установленные первый электронный задатчик числа импульсов и первый коммутатор с управляемыми обмотками электрического двигателя клапана-регулятора отбора жидкого водорода, а второй выход процессора соединен через последовательно установленные второй электронный задатчик числа импульсов и второй коммутатор с управляемыми обмотками электрического двигателя клапана-регулятора газа. 3. A device for implementing the method according to PP. 1 and 2, containing a tank of liquid hydrogen, a unit for maintaining a given pressure, characterized in that it includes sensors for measuring the mass-average temperature and pressure in the vessel, a processor, two electronic pulse number adjusters, two switches, a high-pressure gas tank and a reducer, a maintenance unit set pressure, made in the form of a bellows filled with liquid hydrogen, hermetically installed in the gas cavity of the cylinder, while the internal cavity of the bellows is connected by a pipe to the tank of liquid hydrogen and valve the regulator for the selection of liquid hydrogen, and the gas cavity of the cylinder is connected by a pipeline to the gas regulator valve, the inlet of which is connected to a high-pressure gas storage tank through a reducer, the processor inputs being connected to sensors for measuring the mass-average temperature of liquid hydrogen and pressure in the tank, the first processor output connected through series-installed the first electronic pulse number controller and the first switch with controlled windings of the electric motor of the selection control valve dkogo hydrogen, and the second output of the processor is connected via a second electronic consecutively installed dial number of pulses and a second controllable switch with electric windings gas engine regulator valve.
RU2000111775/06A 2000-05-11 2000-05-11 Method and device for liquid hydrogen storage in reservoir RU2183000C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000111775/06A RU2183000C2 (en) 2000-05-11 2000-05-11 Method and device for liquid hydrogen storage in reservoir

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000111775/06A RU2183000C2 (en) 2000-05-11 2000-05-11 Method and device for liquid hydrogen storage in reservoir

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000111775A RU2000111775A (en) 2002-04-27
RU2183000C2 true RU2183000C2 (en) 2002-05-27

Family

ID=20234486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000111775/06A RU2183000C2 (en) 2000-05-11 2000-05-11 Method and device for liquid hydrogen storage in reservoir

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2183000C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494892C2 (en) * 2008-05-28 2013-10-10 Франклин Фьюэлинг Системс, Инк. Method and device to check for leaks in fuel vapour recovery system stage ii
RU2703899C1 (en) * 2018-08-13 2019-10-22 Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" Method of filling containers with compressed gas to required pressure and device for its implementation
RU2757341C1 (en) * 2021-04-08 2021-10-13 Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method for operation of a cryogenic tank for storing liquid hydrogen

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494892C2 (en) * 2008-05-28 2013-10-10 Франклин Фьюэлинг Системс, Инк. Method and device to check for leaks in fuel vapour recovery system stage ii
RU2494892C9 (en) * 2008-05-28 2014-01-27 Франклин Фьюэлинг Системс, Инк. Method and device to check for leaks in fuel vapour recovery system stage ii
RU2703899C1 (en) * 2018-08-13 2019-10-22 Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" Method of filling containers with compressed gas to required pressure and device for its implementation
RU2757341C1 (en) * 2021-04-08 2021-10-13 Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method for operation of a cryogenic tank for storing liquid hydrogen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0162879B1 (en) A method of and apparatus for filling a container with gas
DK2796762T3 (en) METHOD AND SYSTEM FOR TEMPERATURE-CONTROLLED GAS DISPENSING
CA2460734A1 (en) Method and apparatus for pumping a cryogenic fluid from a storage tank
CA2609699A1 (en) Systems and methods to reduce the pressure in a pressure chamber
US20180275697A1 (en) Method For Controlling A Conditioning Unit And Consumption Measuring Device Having Such A Conditioning Unit
RU2183000C2 (en) Method and device for liquid hydrogen storage in reservoir
US5392608A (en) Subcooling method and apparatus
US5275007A (en) Cryogenic dewar level sensor and flushing system
US5357996A (en) Pressure regulating system
US6786053B2 (en) Pressure pod cryogenic fluid expander
US3426545A (en) Generation of gas at high pressures
RU2616147C1 (en) Cryoprovision system
RU2757341C1 (en) Method for operation of a cryogenic tank for storing liquid hydrogen
RU2477245C2 (en) Method of adjusting and stabilising pressure in silphon-type working units
RU2000111775A (en) METHOD FOR LIQUID HYDROGEN STORAGE IN A TANK AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
GB2398874A (en) Cryogenic vessel boil-off monitoring system
CN208848453U (en) Hydrate kinetic experimental system
RU2146027C1 (en) Installation for storing and delivering liquefied gases
AU2022334657A1 (en) Method and conveying device
CN108399841A (en) Hydrate kinetic experimental system
SU1019160A1 (en) Apparatus for drainage free storage of cryogenic liquids
RU2269461C2 (en) Method of filling liquid loop of temperature control system with heat-transfer agent and device for realization of this method
SU1651014A1 (en) Method for filling a vessel with cryogenic liquid
SU1640493A1 (en) Cryogenic gasifier
JP2642521B2 (en) Control rod drive hydraulic device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040512