RU2183300C1 - Method and device for keeping of liquid hydrogen in vessel in conditions of gravitation - Google Patents

Method and device for keeping of liquid hydrogen in vessel in conditions of gravitation Download PDF

Info

Publication number
RU2183300C1
RU2183300C1 RU2000127946/06A RU2000127946A RU2183300C1 RU 2183300 C1 RU2183300 C1 RU 2183300C1 RU 2000127946/06 A RU2000127946/06 A RU 2000127946/06A RU 2000127946 A RU2000127946 A RU 2000127946A RU 2183300 C1 RU2183300 C1 RU 2183300C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vessel
liquid
tank
screen
container
Prior art date
Application number
RU2000127946/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.Н. Глухих
А.Н. Старостин
А.Н. Щербаков
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 RU2000127946/06A priority Critical patent/RU2183300C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2183300C1 publication Critical patent/RU2183300C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: keeping of liquid hydrogen in the conditions of gravitation. SUBSTANCE: method of keeping of liquid hydrogen under pressure consists in extraction of vapor from the vessel and discharge of it in the environment. After extraction of vapor its orthoconversion is accomplished. After that the surface of the part of the vessel with a gas cushion is cooled by vapor, and then - the surface of the part of the vessel with liquid. The device realizing the method has a vessel with a draining pipe connection, protective housing and a shield with a drainage of the component. The shield is positioned between the vessel and the housing and made of two parts isolated from each other. The upper part shields the part of the vessel with a vapor cushion and has a factor of emissivity of the inner surface of at least 0.9. The lower part shields the part of the vessel with liquid. A para-ortho hydrogen converter is fastened on the shield upper part with a thermal contact. The converter inlet is connected to the draining pipe connection, and the outlet - to the inlet of the shield upper part. The outlet of the shield upper part is connected to the inlet of the shield lower part. EFFECT: enhanced life of keeping of liquid hydrogen and reduced loss of it. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике и может использоваться при хранении жидкого водорода в стационарных наземных условиях, когда отсутствует перемешивание жидкости. The invention relates to cryogenic technology and can be used when storing liquid hydrogen in stationary ground conditions, when there is no mixing of the liquid.

Аналогом способа является способ хранения жидкого водорода в емкости [1] , включающий хранение жидкого водорода в емкости под избыточным давлением и сброс испарившегося компонента через дренажную магистраль. An analog of the method is a method for storing liquid hydrogen in a vessel [1], which includes storing liquid hydrogen in a vessel under overpressure and discharging the evaporated component through a drain line.

Аналогом устройства является устройство для хранения жидкого водорода в емкости [2], содержащее емкость с теплоизоляцией, размещенную в защитном кожухе, снабженную дренажной магистралью с предохранительным клапаном. Между емкостью и кожухом размещается противоизлучательный экран. An analogue of the device is a device for storing liquid hydrogen in a container [2], containing a container with thermal insulation, placed in a protective casing, equipped with a drain line with a safety valve. Between the tank and the casing is placed anti-radiation screen.

Недостатком таких технических решений является сильное влияние, которое оказывает температурное расслоение на режим хранения жидкого водорода. Давление компонента растет слишком быстро, и потери компонента при дренаже очень велики. The disadvantage of such technical solutions is the strong influence that temperature stratification has on the storage mode of liquid hydrogen. The component pressure rises too quickly, and the component loss during drainage is very high.

Методы борьбы с температурным расслоением основаны на перемешивании жидкости в процессе хранения с помощью разнообразных устройств [3]. Таким образом возможно выровнить поле температур в жидкости, однако нельзя не только устранить причину возникновения верхнего прогретого слоя жидкости, но даже снизить скорость его формирования. Более того, при перемешивании жидкости в нее вносится дополнительная энергия, часть которой переходит в тепло. Methods of combating temperature separation are based on mixing the liquid during storage using a variety of devices [3]. Thus, it is possible to equalize the temperature field in the liquid, however, it is impossible not only to eliminate the cause of the appearance of the upper heated liquid layer, but even to reduce the rate of its formation. Moreover, when mixing the liquid, additional energy is introduced into it, part of which passes into heat.

Вместе с тем известно, что образование верхнего прогретого слоя в криогенной жидкости при ее стационарном хранении в условиях гравитации обусловлено в основном притоком к жидкости тепла сверху со стороны "теплого" купола емкости и паровой подушки. Охлаждая верхнюю часть емкости и паровую подушку, можно существенно снизить скорость формирования теплого поверхностного слоя, а следовательно, и скорость роста давления в емкости. At the same time, it is known that the formation of the upper heated layer in a cryogenic liquid during its stationary storage under gravity conditions is mainly due to the influx of heat to the liquid from above from the side of the “warm” container dome and steam cushion. By cooling the upper part of the tank and the steam cushion, it is possible to significantly reduce the rate of formation of the warm surface layer, and hence the rate of increase in pressure in the tank.

Такое решение используется в способе [4] (прототип), где охлаждение газа в паровой подушке достигается за счет газодинамической дестабилизации (турбулизации) течения в паровой подушке при дренаже паров. This solution is used in the method [4] (prototype), where the gas cooling in the steam cushion is achieved due to gas-dynamic destabilization (turbulization) of the flow in the steam cushion during vapor drainage.

Недостатком этого способа является его малая термодинамическая эффективность - перемешивание газа над жидкостью не слишком результативно для ее охлаждения и связано с достаточно большими потерями компонента. Количество тепла, поступающее к верхней части емкости и газу внутри нее, при этом не уменьшается. The disadvantage of this method is its low thermodynamic efficiency - mixing the gas over the liquid is not very effective for its cooling and is associated with sufficiently large component losses. The amount of heat entering the upper part of the tank and the gas inside it does not decrease.

Для предлагаемого устройства прототипом является емкость для хранения жидкого водорода с вакуумной изоляцией и противоизлучательным экраном, охлаждаемым дренируемыми парами [5]. К недостатку такой конструкции можно отнести то, что недостаточно компенсируется теплоприток к жидкости сверху. При дренаже компонента давление в емкости падает достаточно быстро, температура же газа над жидкостью и верхней части емкости при этом практически не меняется. В связи с этим после прекращения дренажа теплый поверхностный слой жидкости (а с ним и давление в емкости) быстро восстанавливаются. Это требует возобновления дренажа и приводит к повышенным потерям компонента. For the proposed device, the prototype is a tank for storing liquid hydrogen with vacuum insulation and an anti-radiation screen, cooled by drained pairs [5]. The disadvantage of this design is the fact that the heat gain to the liquid from above is not sufficiently compensated. When the component is drained, the pressure in the tank drops quite quickly, while the temperature of the gas above the liquid and the upper part of the tank practically does not change. In this regard, after the termination of drainage, the warm surface layer of the liquid (and with it the pressure in the tank) is quickly restored. This requires renewed drainage and leads to increased component loss.

Задачей нового технического решения является увеличение срока хранения жидкого водорода и снижение его потерь за счет уменьшения скорости восстановления теплого поверхностного слоя в жидком водороде после окончания дренажа и сокращение длительности самого дренажа. The objective of the new technical solution is to increase the shelf life of liquid hydrogen and reduce its losses by reducing the rate of recovery of the warm surface layer in liquid hydrogen after the end of drainage and reducing the duration of the drainage itself.

Задача решается тем, что после отбора пара осуществляют его ортоконверсию, пропуская через параортопреобразователь, а затем им охлаждают верхнюю часть емкости с паровой подушкой, после чего - ее нижнюю часть, в которой находится жидкость. Исключение составляет днище емкости, которое парами не охлаждают. The problem is solved in that, after the selection of the steam, it is orthoconverted by passing through the para-orthogonal transducer, and then the upper part of the container with the steam cushion is cooled by it, and then its lower part, in which the liquid is located, is cooled. An exception is the bottom of the tank, which is not cooled in pairs.

Это обеспечивает дополнительное охлаждение пара по сравнению с его температурой в паровой подушке [2]. This provides additional cooling of the steam compared with its temperature in the steam cushion [2].

Таким образом:
- экранируется лучистый приток тепла к емкости со стороны теплого кожуха;
- отбирается (путем лучистого оттока энергии) тепло от верхней части емкости с паровой подушкой;
- ограничивается теплоприток к жидкости сбоку и не ограничивается приток тепла снизу со стороны днища.
Thus:
- shielded radiant heat flow to the tank from the side of the warm casing;
- heat is removed (by radiant outflow of energy) from the top of the tank with a steam cushion;
- limited heat gain to the liquid on the side and not limited to the influx of heat from the bottom from the bottom.

Это интенсифицирует конвективное перемешивание жидкости и выравнивает поле температур в ней;
- уменьшается теплопередача по корпусу самой емкости от верхней, более теплой части, вниз. Это способствует уменьшению теплого пограничного слоя у боковой поверхности емкости и выносу теплой жидкости на поверхность.
This intensifies the convective mixing of the liquid and evens out the temperature field in it;
- reduced heat transfer through the body of the tank from the upper, warmer part, down. This helps to reduce the warm boundary layer at the side surface of the tank and the removal of warm liquid to the surface.

Техническим результатом способа и устройства, его реализующего, является возможность существенно снизить скорость роста давления в емкости и тем самым увеличить время хранения водорода и снизить его потери. The technical result of the method and device that implements it is the ability to significantly reduce the rate of pressure growth in the tank and thereby increase the storage time of hydrogen and reduce its loss.

Суть заключается в том, что в способе хранения жидкого водорода в емкости в условиях гравитации, включающем хранение жидкого водорода под избыточным давлением, отбор его пара из емкости и сброс пара в окружающую среду, после отбора пара из емкости, осуществляют его ортоконверсию, после этого охлаждают им поверхность части емкости с газовой подушкой, а затем - поверхность части емкости с жидкостью. The bottom line is that in the method of storing liquid hydrogen in a tank under gravity conditions, including storing liquid hydrogen under excess pressure, taking its steam from the tank and dumping the steam into the environment, after taking the steam from the tank, carry out its orthoconversion, then cool them the surface of the part of the tank with a gas cushion, and then the surface of the part of the tank with liquid.

Устройство, реализующее способ, содержит емкость с дренажным патрубком, защитный кожух и экран с дренажом компонента, размещенный между емкостью и кожухом, в нем экран выполнен из двух изолированных друг от друга частей: верхней, экранирующей часть емкости с паровой подушкой и имеющей степень черноты внутренней поверхности не менее 0.9, и нижней, экранирующей часть емкости с жидкостью, при этом на верхней части экрана закреплен с тепловым контактом параортопреобразователь водорода, вход которого соединен с дренажным патрубком емкости, а выход - со входом верхней части экрана, при этом выход верхней части экрана соединен со входом нижней части экрана. The device that implements the method includes a container with a drainage pipe, a protective casing and a screen with a component drainage, located between the container and the casing, the screen is made of two parts isolated from each other: the upper screening part of the container with a steam cushion and having a degree of black inner a surface of at least 0.9, and the lower screening part of the container with liquid, while on the upper part of the screen a hydrogen orthogon transducer is fixed with thermal contact, the input of which is connected to the tank drainage pipe, and stroke - to the input of the upper part of the screen, the top of the screen output connected to the input bottom.

За счет теплоизоляции верхней части емкости со стороны кожуха, а также дополнительного отбора тепла от этой части емкости увеличивается время формирования верхнего прогретого слоя жидкого водорода в емкости. Этой же цели служит ограничение теплопритока к жидкости сбоку, без ограничения теплопритока снизу, со стороны днища емкости. Последняя мера уменьшает "вынос" теплого компонента вдоль стенок на поверхность жидкости и одновременно способствует конвективному перемешиванию жидкости в емкости. Таким образом, эффект "теплого купола" переводится в эффект "теплого днища". Due to thermal insulation of the upper part of the tank from the casing side, as well as additional heat removal from this part of the tank, the formation time of the upper heated layer of liquid hydrogen in the tank increases. The same purpose is the restriction of heat gain to the liquid from the side, without limiting the heat gain from below, from the bottom of the tank. The latter measure reduces the "carry" of the warm component along the walls to the surface of the liquid and at the same time promotes convective mixing of the liquid in the tank. Thus, the effect of the "warm dome" is translated into the effect of the "warm bottom".

Для более глубокого охлаждения верхней части емкости (и паровой подушки, находящейся там) ее охлаждают отдельно от нижней части емкости. Для этого используют пары жидкого водорода, поглощающие внешнее тепловое излучение. For deeper cooling of the upper part of the tank (and the steam cushion located there), it is cooled separately from the lower part of the tank. For this, vapor of liquid hydrogen is used, which absorb external thermal radiation.

Для отбора тепла от верха емкости эти пары дополнительно охлаждают, пропуская их через ортопаропреобразователь водорода, где проходит параортоконверсия водорода, идущая с поглощением тепла [21. После этого температура паров становится ниже, чем в паровой подушке емкости, и направление теплового излучения в районе верхней части емкости меняется на противоположное - становится направленным от емкости. Поглощательная способность верхней части экрана должна быть, естественно, максимальной. Как показали проведенные расчеты теплоотвод эффективен, если степень черноты этой части экрана составляет не менее 0.9. To take heat from the top of the tank, these vapors are additionally cooled by passing them through an orthoparotransducer of hydrogen, where the para-orthoconversion of hydrogen, which goes with the absorption of heat, takes place [21. After that, the vapor temperature becomes lower than in the steam cushion of the tank, and the direction of thermal radiation in the region of the upper part of the tank changes to the opposite - it becomes directed from the tank. Absorption capacity of the upper part of the screen should, of course, be maximum. As the calculations showed, the heat sink is effective if the degree of blackness of this part of the screen is at least 0.9.

После охлаждения верхней части емкости пары направляют на охлаждение ее нижней части. При этом не экранируют днище емкости с тем, чтобы способствовать формированию восходящих конвективных потоков, разрушающих теплый поверхностный слой. After cooling the upper part of the tank, the pairs are sent to cool its lower part. At the same time, the bottom of the tank is not shielded in order to facilitate the formation of ascending convective flows that destroy the warm surface layer.

Схема предлагаемого устройства представлена на чертеже, где обозначено:
1 - емкость с жидким водородом, 2 - верхняя часть экрана с дренажом компонента, 3 - нижняя часть этого экрана, 4 - параортопреобразователь водорода, 5 - изолирующие проставки (могут отсутствовать), 6 - клапан дренажной магистрали. Кожух на чертеже условно не показан.
The scheme of the proposed device is presented in the drawing, where it is indicated:
1 - a container with liquid hydrogen, 2 - the upper part of the screen with the component drainage, 3 - the lower part of this screen, 4 - the hydrogen para-orthogon transducer, 5 - insulating spacers (may be absent), 6 - drain valve. The casing in the drawing is conventionally not shown.

Устройство реализует способ следующим образом. При хранении водорода растет температура верхнего слоя жидкости и газа в паровой подушке, соответственно растет давление в емкости. The device implements the method as follows. When storing hydrogen, the temperature of the upper layer of liquid and gas in the steam cushion rises; accordingly, the pressure in the vessel increases.

1. Когда давление в емкости достигает заданного уровня, производят отбор газа из емкости, для чего открывают клапан 6 на дренажной магистрали. 1. When the pressure in the tank reaches a predetermined level, gas is taken from the tank, for which open valve 6 on the drain line.

2. Затем осуществляют параортоконверсию отобранного пара, пропуская его через параортопреобразователь водорода 4. 2. Then carry out the para-orthoconversion of the selected steam, passing it through the para-ortho-hydrogen 4.

3. После прохождения через параортопреобразователь 4 пары охлаждаются и их направляют на верхнюю часть экрана 2. При этом экранируется не только внешний теплоприток к емкости со стороны кожуха, но также отбирается тепло от верхней части емкости. В результате быстро падает не только давление газа в емкости, но и его температура. 3. After passing through the para-orthorectifier 4, the pairs are cooled and sent to the upper part of the screen 2. In this case, not only the external heat gain to the tank from the casing is shielded, but also heat is taken from the upper part of the tank. As a result, not only the gas pressure in the tank drops rapidly, but also its temperature.

4. После охлаждения верхней части экрана (емкости) пары направляют в нижнюю часть экрана 3. При этом днище емкости не защищено от внешнего теплопритока. 4. After cooling the upper part of the screen (tank), the pairs are sent to the lower part of the screen 3. At the same time, the bottom of the tank is not protected from external heat influx.

Таким образом, предложенным способом и реализующим его устройством решается поставленная задача увеличения срока хранения жидкого водорода и снижения его потерь при хранении. Thus, the proposed method and the device realizing it solves the problem of increasing the shelf life of liquid hydrogen and reducing its loss during storage.

ЛИТЕРАТУРА
1. Рожков И.В. и др. "Получение жидкого водорода". "Химия", 1967, стр. 158-168.
LITERATURE
1. Rozhkov IV and others. "Obtaining liquid hydrogen." Chemistry, 1967, pp. 158-168.

2. "Водород. Свойства, получение, хранение..." Справочник под ред. Гамбурга Д.Ю., М. "Химия", 1989, стр. 57-65, 213-214. 2. "Hydrogen. Properties, production, storage ..." Reference, ed. Hamburg D.Yu., M. "Chemistry", 1989, pp. 57-65, 213-214.

3. "Жидкостные криогенные системы". Филин Н.В., Буланов А.Б. Ленинград, Машиностроение, 1985, стр. 35-37. 3. "Liquid cryogenic systems." Filin N.V., Bulanov A.B. Leningrad, Mechanical Engineering, 1985, pp. 35-37.

4. Способ хранения криогенного компонента. пат. 2002990, F 17 C 3/00. 4. A method for storing a cryogenic component. US Pat. 2002990, F 17 C 3/00.

5. "Долговременное хранение криогенных жидкостей". Фрадков А.Б. Автоматизация и современные технологии. N 11, 1997. 5. "Long-term storage of cryogenic liquids." Fradkov A.B. Automation and modern technology. N 11, 1997.

Claims (2)

1. Способ хранения жидкого водорода в емкости в условиях гравитации, включающий хранение жидкого водорода под избыточным давлением, отбор его пара из емкости и сброс пара в окружающую среду, отличающийся тем, что после отбора пара из емкости осуществляют его ортоконверсию, после этого охлаждают им поверхность части емкости с газовой подушкой, а затем - поверхность части емкости с жидкостью. 1. A method of storing liquid hydrogen in a vessel under gravity conditions, including storing liquid hydrogen under excess pressure, taking its steam from the vessel and discharging the steam into the environment, characterized in that after the extraction of steam from the vessel, it is ortho-converted, then the surface is cooled parts of the container with a gas cushion, and then the surface of the part of the container with liquid. 2. Устройство, реализующее способ по п. 1, содержащее емкость с дренажным патрубком, защитный кожух и экран с дренажом компонента, размещенный между емкостью и кожухом, в нем экран выполнен из двух изолированных друг от друга частей, верхней, экранирующей часть емкости с паровой подушкой и имеющей степень черноты внутренней поверхности не менее 0,9, и нижней, экранирующей часть емкости с жидкостью, при этом на верхней части экрана закреплен с тепловым контактом параортопреобразователь водорода, вход которого соединен с дренажным патрубком емкости, а выход - с входом верхней части экрана, при этом выход верхней части экрана соединен с входом нижней части экрана. 2. A device that implements the method according to claim 1, comprising a container with a drainage pipe, a protective casing and a screen with a component drainage located between the container and the casing, the screen is made of two parts isolated from each other, the upper screening part of the container with steam cushion and having a blackness of the inner surface of at least 0.9, and the lower screening part of the container with liquid, while on the upper part of the screen is mounted a thermal para-transformer of hydrogen, the input of which is connected to the drain pipe bones, and the output is with the input of the upper part of the screen, while the output of the upper part of the screen is connected to the input of the lower part of the screen.
RU2000127946/06A 2000-11-08 2000-11-08 Method and device for keeping of liquid hydrogen in vessel in conditions of gravitation RU2183300C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000127946/06A RU2183300C1 (en) 2000-11-08 2000-11-08 Method and device for keeping of liquid hydrogen in vessel in conditions of gravitation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000127946/06A RU2183300C1 (en) 2000-11-08 2000-11-08 Method and device for keeping of liquid hydrogen in vessel in conditions of gravitation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2183300C1 true RU2183300C1 (en) 2002-06-10

Family

ID=20241875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000127946/06A RU2183300C1 (en) 2000-11-08 2000-11-08 Method and device for keeping of liquid hydrogen in vessel in conditions of gravitation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2183300C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ФРАДКОВ А.Б. Долговременное хранение криогенных жидкостей. Автоматизация и современные технологии. - 1997, № 11, с.23-25. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4032399A (en) Integrated fast reactor of the liquid metal cooled type
US4432208A (en) Cold trap
US5293413A (en) System for pressure relief of the containment of a nuclear power plant
RU2183300C1 (en) Method and device for keeping of liquid hydrogen in vessel in conditions of gravitation
US3580806A (en) Pressure suppressing arrangement
WO2016035327A1 (en) Heat exchanger
US4246069A (en) Heat-generating nuclear reactor
US2041630A (en) Apparatus for heating liquids
JPH05172979A (en) Pressure suppression device for reactor container
JPH04157396A (en) Natural cooling type container
EP0076842A1 (en) Jacketed tank hermetic drain-back solar water heating system
CN109237826A (en) The solar water heater of integral type solid-liquid conversion hopper
KR880001471Y1 (en) Solar energy water heating system
KR100362469B1 (en) device for producing thermal energy
EP0502001A1 (en) Partitioned hot water tank.
SU1503047A1 (en) System for emergency cooling of reasearch nuclear reactor
KR200325729Y1 (en) A Water Level Maintenance PiPing Apparatus of Pressure Chamber in Boiler Plant
JP3028842B2 (en) Reactor containment vessel
SU364801A1 (en) DEAERATOR EVAPORATOR
SU817370A1 (en) Apparatus for delivering cooling agent
SU885689A1 (en) Isothermic reservoir
SU1135919A1 (en) Cryogenic vacuum pump
US2999363A (en) Double-walled pipe for liquified gas
RU2214146C1 (en) Apparatus for thermal processing of food products
JPH07128482A (en) Cooling equipment for reactor containment

Legal Events

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

Effective date: 20041109