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仲氢绝热转化为正氢的制冷效应分析研究 ２０１３年第５期 总第１９５期 低温 工 程 Ｎｏ．５Ｓｕｍ ２０１３ Ｎｏ．１９５ ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ 安 刚 曹 建 解 辉 刘玉涛 （北京航天试验技术研究所北京１０００７４） 摘要：进行了仲氢转化为正氢的制冷效应技术研究，建立数学物理模型，通过理论分析确定仲 氢绝热转化过程和节流过程的制冷温度和制冷量，计算了制冷效应用于液氢储罐内低温氢气液化的系数。 关键词：仲氢正氢绝热转化制冷效应中图分类号：ＴＢ６６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００．６５１６（２０１３）０５＿００２４－０４ Ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅｒｅｆｔｉｇｅｒａｔｉｎｇｅｆｆｂｃｔｏｆｔｈｅｐａｒａｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎＶｅｒｔｉｎｇｔｏｏｒｔｈｏｈｙｄｒｏｇｅｎａｄｉａｂａｔｉｃａＵｙ ＡｎＧａｎｇ ＣａｏＪｉａｎ ＸｉｅＨｕｉ ＬｉｕＹｕｔａｏ （Ｂｅ巧ｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒ０８ｐａｃｅＴｅｓｔｉ”ｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅ巧ｉ“ｇｌＯ００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ ｗａｓ ｏｎ ｔｈｅｒｅｆｄｇｅｒａｔｉｎｇｅｆｆｅｅｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｐａｒａＢａｓｅｄ ｏｎ ｔｏ ｏｒｔｈｏｈｙｄｒｏｇｅｎｃｏｎＶｅｒｓｉｏｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ． ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐａｍ－ｈｙｄｒｏｇｅｎａｄｉａｂａｔｉｃ ｔｈｅ ｒｅｆ｝ｉｇｅｒａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅ ｗｅｒｅ ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ， ａｎｄｔｈｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄｔｈｅ１ｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎｃｏｅｆ．ｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｇａｓｉｎｔｈｅｌｉｑｕｉｄｈｙｄｒｏｇｅｎｔａｎｋ ｃａｌｃｕ－ ｌａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｈｉｓｒｅ衔ｇｅｍｔｉｎｇ ｅ艉ｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｒａ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ；ｏｒｔｈｏ－ｈｙｄｒｏｇｅｎ；ｃｏｎＶｅｒｔａｄｉａｂａｔｉｃａｌｌｙ；ｒｅｆＨｇｅｒａｔｉｎｇｅｆ如ｃｔ 得储存第一天的蒸发量达到总储存量的２０％以上。因此在成熟的氢液化设备中，都采用一级或者多级催 氢是双原子分子，两个氢原子核是绕轴自转的。根据两个核自旋的相对方向，氢分子可分为正氢（Ｏ卜ｔｈｏ．Ｈ：）和仲氢（Ｐａｒａ—Ｈ：），简写为。一Ｈ２和ｐ—Ｈ：。通常的氢是这两种形式氢分子的混合物，正仲氢之间的平衡百分比仅与温度有关。室温以上的温度时，一般称为正常氢，含正氢７５％，仲氢２５％。一大气压的液氢饱和温度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，并释放出来热量，引起储存的液氢大量汽化，甚至使 化，在氢液化的降温过程中将正氢转换为接近平衡浓度的仲氢，得到仲氢含量９５％以上的液氢产品，以减少正仲氢转换引起的液氢蒸发损失。 反之，可推断，仲氢转化为正氢会吸收热量，产生制冷作用，在绝热的情况下会产生降温，利用这个原理可以获得额外的冷量，这个冷量在某些场合如空间液氢储存和管理是极为可贵。 关于仲正氢转化已有一些初步的研究。低温仲氢转化为正氢主要是为了回收冷量，减少液氢储罐蒸 收稿日期：２０１３加８—１０；修订日期：２０１３?１０＿０６ 作者简介：安刚，男，３８岁，博士，高级工程师。 万方数据 ２５ 发损失，这在宇航条件下有重要的意义。文献［１］认为通过对来自贮槽的汽化仲氢进行仲．正氢转换回收冷量，可使得汽化氢气的４０％重新进行液化。美国专利Ｂｏ介绍了利用强磁场作用进行仲正氢转换的装置，引来一小股补充常态氢气具有催化作用，与仲氢相混合，可以促进转换速率的增加，此发明已用于火箭导弹中。文献［３］也报道了核火箭发射场中的仲正氢转换问题。佛罗里达大学的太阳能研究中心Ｈ１对在轨长时间液氢储箱的研制中，提出了以仲正氢转换作为冷屏的液氢储箱结构，认为可以节省液氢蒸发损失５０％以上。 现有的液氢储罐监测表明，