RU2222749C2 - Емкость для хранения газа - Google Patents
Емкость для хранения газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2222749C2 RU2222749C2 RU2002110703/06A RU2002110703A RU2222749C2 RU 2222749 C2 RU2222749 C2 RU 2222749C2 RU 2002110703/06 A RU2002110703/06 A RU 2002110703/06A RU 2002110703 A RU2002110703 A RU 2002110703A RU 2222749 C2 RU2222749 C2 RU 2222749C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- inner container
- inner vessel
- pipeline
- temperature
- Prior art date
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
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Емкость предназначена для хранения газов преимущественно на транспортных средствах, например хранения водорода на борту автомобиля с энергоустановкой на основе электрохимического генератора. Емкость для хранения газа содержит герметичный кожух, внутренний сосуд, трубу наполнения-опорожнения с запорным вентилем, трубу газосброса с запорным вентилем, при этом в емкости установлен вокруг внутреннего сосуда экран с трубопроводом, в верхней части внутреннего сосуда и экрана выполнены отверстия, сообщающие их полости с полостью герметичного кожуха, кроме того, один конец трубопровода экрана соединен с трубой газосброса, а другой его конец введен в полость внутреннего сосуда, при этом отношение объема внутреннего сосуда VB к объему герметичного кожуха VH определяют соотношением
где P - давление газа в емкости при хранении, Па;
ρ - плотность заправляемого во внутренний сосуд жидкого газа, кг/м3;
R - газовая постоянная заправляемого газа, Дж/(кг·К);
Т - температура газа в емкости при хранении, К,
а массу МC внутреннего сосуда определяют соотношением
где МB - расход газа на захолаживание внутреннего сосуда, кг;
r - теплота испарения газа, Дж/кг;
СP - теплоемкость материала внутреннего сосуда, Дж/(кг·К);
Т0 - начальная температура внутреннего сосуда, К;
TЖ - температура заправляемого жидкого газа, К.
Технический результат – сокращение время заправки, исключение потерь газа. 1 ил.
Description
Изобретение относится к хранению газов в емкостях преимущественно на транспортных средствах, например к хранению водорода на борту автомобиля с энергоустановкой на основе электрохимического генератора.
Известно принятое за аналог устройство для хранения газа при высоком давлении (см. Перевод с англ. под ред. Д.Х.Бронтмана. Пилотируемые космические корабли. - М.: Машиностроение, 1968, стр. 317, рис. 23.1), содержащее емкость для хранения газа и трубу наполнения-опорожнения с запорным вентилем.
Недостатком аналога является то, что при хранении газа в емкости при высоком давлении существует проблема быстрой заправки емкости, что особенно важно на транспорте, где это связано с длительным простоем транспортного средства при заправке. Расход газа при заправке ограничивается разогревом емкости вследствие сжатия газа, так как разогрев емкости ведет к снижению ее прочности и уменьшению количества заправляемого газа.
Известна также емкость для хранения газа, выбранная в качестве прототипа (см. А.М.Архаров и др. Криогенные системы. - М.: Машиностроение, 1987, стр. 500, рис. 7.11), для хранения газа в жидком состоянии. Емкость состоит из наружного кожуха, внутреннего сосуда с трубой заполнения-опорожнения, содержащей запорный вентиль и трубой газосброса с запорным вентилем. Пространство между наружным кожухом и внутренним сосудом вакуумируется и заполняется теплоизоляцией.
Недостатком прототипа является ограниченное время хранения газа из-за его испарения в процессе хранения. В больших емкостях потери при хранении превышают 0,5% в сутки и увеличиваются с уменьшением размеров емкости. Сброс газа из емкости при хранении требует применения специальных средств для его утилизации с целью обеспечения безопасного хранения, например отвода за пределы помещения, в котором находится емкость, или его дожигания. Указанные недостатки делают применение таких емкостей, например на транспортных средствах, сложным и неудобным.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение времени заправки емкости, обеспечение длительного времени хранения газа и исключение потерь газа из емкости в процессе хранения.
Задача решается тем, что в емкости для хранения газа, включающей герметичный кожух, внутренний сосуд, трубу наполнения-опорожнения с запорным вентилем, трубу газосброса с запорным вентилем, вокруг внутреннего сосуда установлен экран с трубопроводом, в верхней части внутреннего сосуда и экрана выполнены отверстия, сообщающие их полости с полостью герметичного кожуха, кроме того, один конец трубопровода экрана соединен с трубой газосброса, а другой его конец введен в полость внутреннего сосуда, при этом отношение объема внутреннего сосуда VB к объему герметичного кожуха VH определяют соотношением
где P - давление газа в емкости при хранении, Па;
ρ - плотность заправляемого во внутренний сосуд жидкого газа, кг/м3;
R - газовая постоянная заправляемого газа, Дж/(кг·К);
Т - температура газа в емкости при хранении, К,
массу Мс внутреннего сосуда определяют соотношением
где Mв - расход газа на захолаживание внутреннего сосуда, кг;
r - теплота испарения газа, Дж/кг;
Сp - теплоемкость материала внутреннего сосуда, Дж/(кг·К);
Т0 - начальная температура внутреннего сосуда, К;
ТЖ - температура заправляемого жидкого газа, К.
На чертеже изображен общий вид емкости для хранения газа.
Емкость содержит герметичный кожух 1, внутренний сосуд 2, имеющий в верхней части отверстие 3. Вокруг внутреннего сосуда 2 установлен экран 4 с трубопроводом 5 и отверстием 6 в его верхней части. Емкость также содержит трубу наполнения-опорожнения 7 с запорным вентилем 8, трубу газосброса 9 с запорным вентилем 10 и датчиком температуры 11. Внутренний сосуд 2 и экран 4 установлены внутри герметичного кожуха 1 с помощью опор 12. Трубопровод 5 экрана 4 одним концом 13 введен в полость внутреннего сосуда 2, а другим концом 14 соединен с трубой газосброса 9. Отверстие 3 внутреннего сосуда 2 и отверстие 6 экрана 4 сообщают полости внутреннего сосуда 2 и экрана 4 с полостью герметичного кожуха 1.
Емкость работает следующим образом. При открытом запорном вентиле 10 на трубе газосброса 9 открывают запорный вентиль 8 на трубе заполнения-опорожнения 7 и производят заполнение внутреннего сосуда 2 жидким газом, например водородом. В процессе заполнения часть жидкого газа испаряется вследствие охлаждения внутреннего сосуда 2. Испарившийся газ через отверстие 3 во внутреннем сосуде 2 и отверстие 6 в экране 4 заполняет полость кожуха 1, и одновременно поступает в трубопровод 5 экрана 4 через его конец 13 и далее через конец 14 трубопровода 5 поступает в трубу газосброса 9. Проходя через трубопровод 5 экрана 4, испарившийся газ охлаждает экран 4 и тем самым уменьшает тепловые потоки от герметичного кожуха 1 к внутреннему сосуду 2 и количество испарившегося во внутреннем сосуде 2 жидкого газа.
Заполнение емкости заканчивают при появлении жидкого газа в трубопроводе 5 экрана 4, что фиксируется датчиком температуры 11 по скачку температуры трубы газосброса 9. С окончанием заполнения внутреннего сосуда 2 одновременно закрывают запорные вентили 8 и 10. Вследствие теплопритоков к емкости из окружающей среды, жидкий газ, находящийся во внутреннем сосуде 2, испаряется, переходит в газообразное состояние и давление в емкости растет. Рост давления прекращается, когда температура газа в емкости сравняется с температурой окружающей среды.
При известном объеме герметичного кожуха 1 VH, давлении P и температуре Т газа в емкости при хранении масса газа в емкости определяется из соотношения
где R - газовая постоянная заправляемого газа.
Объем внутреннего сосуда 2 VB определяется из соотношения
где ρ - плотность заправляемого жидкого газа.
Из соотношений (1) и (2) находится отношение объемов внутреннего сосуда 2 и герметичного кожуха 1
Емкость для хранения водорода при давлении 40 МПа и температуре 300 К, заполняемая жидким водородом с плотностью 65 кг/м3, должна иметь отношение VB/VH=0,49. Таким образом, емкость с объемом герметичного кожуха 100 л, при указанных параметрах заполнения и хранения, должна иметь внутренний сосуд объемом 49 л, а масса заправляемого водорода составит 3,2 кг.
Время заполнения емкости определяется расходом подаваемого жидкого газа. При заправке указанных 3,2 кг водорода в течение 1 мин падение давления на трубе заполнения-опорожнения 7 длиной 5 м и диаметром 20 мм составит ≈ 1 кПа, а максимальное падение давления на трубопроводе 5 экрана 4 длиной 10 м и диаметром 25 мм составит ≈ 100 кПа. Обеспечение указанных параметров заполнения емкости не представляет технических трудностей.
Масса газа, сбрасываемого через трубу газосброса 9 при заполнении емкости, определяется расходом газа на захолаживание внутреннего сосуда 2, теплопритоками к внутреннему сосуду 2 от герметичного кожуха 1 и временем заполнения емкости. Расход газа на захолаживание внутреннего сосуда 2 МВ, масса внутреннего сосуда 2 МС, теплоемкость материала внутреннего сосуда 2 СP и теплота испарения жидкого газа r связаны соотношением
MC·CP·(T0-ТЖ)=МВ·r,
где Т0 - температура внутреннего сосуда 2 перед заполнением газом;
ТЖ - температура жидкого газа.
Поэтому для уменьшения расхода жидкого газа на захолаживание внутреннего сосуда 2 он должен быть выполнен из материала с малой теплоемкостью и иметь малую массу. Так при расходе 0,25 кг водорода на захолаживание внутреннего сосуда 2, изготовленного из стали 03Х20Н16АГ6, имеющей теплоемкость 450 Дж/(кг·К), масса внутреннего сосуда 2 составит 1 кг. Толщина стенки внутреннего сосуда 2 для 3,2 кг жидкого водорода составит ≈ 0,15 мм. Этой толщины стенки вполне достаточно, т.к. внутренний сосуд 2 испытывает незначительные механические нагрузки в процессе заполнения емкости, а после испарения газа он нагружается только собственным весом.
Испарившийся и сброшенный из емкости в процессе заправки газ может быть собран в специальную емкость и снова ожижен или использован в газообразном состоянии.
Таким образом, совокупность новых признаков, отсутствующих в известных технических решениях, позволяет достичь нового технического результата: сократить время заправки емкости и исключить потери газа из емкости в процессе хранения.
Claims (1)
- Емкость для хранения газа, включающая герметичный кожух, внутренний сосуд, трубу наполнения-опорожнения с запорным вентилем, трубу газосброса с запорным вентилем, отличающаяся тем, что в емкости установлен вокруг внутреннего сосуда экран с трубопроводом, в верхней части внутреннего сосуда и экрана выполнены отверстия, сообщающие их полости с полостью герметичного кожуха, кроме того, один конец трубопровода экрана соединен с трубой газосброса, а другой его конец введен в полость внутреннего сосуда, при этом отношение объема внутреннего сосуда VB к объему герметичного кожуха VH определяют соотношениемгде P - давление газа в емкости при хранении, Па;ρ - плотность заправляемого во внутренний сосуд жидкого газа, кг/м3;R - газовая постоянная заправляемого газа, Дж/(кг·К);Т - температура газа в емкости при хранении, К,а массу МC внутреннего сосуда определяют соотношениемгде МB - расход газа на захолаживание внутреннего сосуда, кг;r - теплота испарения газа, Дж/кг;СP - теплоемкость материала внутреннего сосуда, Дж/(кг·К);Т0 - начальная температура внутреннего сосуда, К;TЖ - температура заправляемого жидкого газа, К.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002110703/06A RU2222749C2 (ru) | 2002-04-22 | 2002-04-22 | Емкость для хранения газа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002110703/06A RU2222749C2 (ru) | 2002-04-22 | 2002-04-22 | Емкость для хранения газа |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002110703A RU2002110703A (ru) | 2003-12-20 |
RU2222749C2 true RU2222749C2 (ru) | 2004-01-27 |
Family
ID=32091000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002110703/06A RU2222749C2 (ru) | 2002-04-22 | 2002-04-22 | Емкость для хранения газа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2222749C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7648567B2 (en) | 2004-10-27 | 2010-01-19 | C. EN. Limited, Aleman, Cordero, Galindo and Lee Trust (BVI) Limited | Tank and material for storage of hydrogen gas |
CN110758776A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-07 | 西安交通大学 | 一种低温推进剂在轨零蒸发被动绝热贮箱 |
CN114370598A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-04-19 | 陈五亮 | 一种液氢/氢气储存运输装置及其使用方法 |
-
2002
- 2002-04-22 RU RU2002110703/06A patent/RU2222749C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АРХАРОВ А.М. и др. Криогенные системы. - М.: Машиностроение, 1987, с. 500, рис. 7.11. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7648567B2 (en) | 2004-10-27 | 2010-01-19 | C. EN. Limited, Aleman, Cordero, Galindo and Lee Trust (BVI) Limited | Tank and material for storage of hydrogen gas |
CN110758776A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-07 | 西安交通大学 | 一种低温推进剂在轨零蒸发被动绝热贮箱 |
CN114370598A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-04-19 | 陈五亮 | 一种液氢/氢气储存运输装置及其使用方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3942221B1 (fr) | Dispositif et procédé de stockage et de fourniture de carburant fluide | |
EP1046858B1 (fr) | Procédé et dispositif de maintien en froid de réservoirs de stockage ou de transport d'un gaz liquéfié | |
EP1206668B1 (en) | Cryogenic storage device | |
EP1490624B1 (en) | Storage tank for cryogenic liquids | |
US20090134170A1 (en) | Propellant Tank for Cryogenic Liquids | |
JPH10176796A (ja) | Lngの貯蔵タンク | |
EP1759144B1 (en) | Filling of pressure vessels with cryogenically solidified gas | |
US7165408B2 (en) | Method of operating a cryogenic liquid gas storage tank | |
RU2222749C2 (ru) | Емкость для хранения газа | |
KR101751841B1 (ko) | 액화가스 저장탱크의 누출 액화가스 처리 시스템 및 방법 | |
US3059804A (en) | Safety device for insulated tank | |
US2986010A (en) | Purge means for storage tank | |
Moran et al. | Hydrogen no-vent fill testing in a 1.2 cubic foot (34 liter) tank | |
RU2361144C2 (ru) | Способ заправки и заправочная станция водорода | |
JP2005172106A (ja) | 水素ガスの貯蔵方法および装置 | |
FR2840971A1 (fr) | Procede de stockage en phase gazeuse d'un fluide compressible et dispositif de stockage correspondant | |
RU1772512C (ru) | Резервуар дл криогенной жидкости | |
RU21641U1 (ru) | Бак криогенный топливный двигателя транспортного средства, работающего на сжиженном природном газе | |
EP1769191A1 (en) | Aided cryogenic filling of pressure vessels | |
US20240175547A1 (en) | Liquid hydrogen fuel tank and liquid hydrogen storage device including same | |
JPS62237199A (ja) | 極低温液化ガス収納容器内の保存方法 | |
JP2000110994A (ja) | 液体水素の供給方法及びその装置 | |
RU2315901C2 (ru) | Резервуар для хранения и транспортирования криогенной взрывчатой жидкости | |
US6470926B1 (en) | Zero gravity liquid-vapor separation system | |
SU1502895A1 (ru) | Резервуар дл транспортировани и хранени сжиженных газов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110423 |