ЗРІДЖУВАЧ ВОДНЮ З НЕОНОВИМ КРІОГЕННИМ РЕФРИЖЕРАТОРОМ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2026.2.03Ключові слова:
цикл високого тиску, діафрагмовий компресор, рідкий водень, рідкий неон, конверсія воднюАнотація
Мета наукової роботи – створення комбінованої установки для проведення до-сліджень в інтервалі температур 21…30 К. У даному випадку визнано раціональним використовувати водень або неон, у яких за цих умов спостерігається фазова рівновага «пара-рідина». У маловитратних зріджувачах водню застосовується дросельний цикл високого тиску (15 МПа) з охолодженням робочого тіла нижче інверсійної температури в азотних ваннах. Перспективним можна вважати поєднання водневого та гелієвого контурів. За рахунок використання двох робочих тіл виключається частина обладнання, що працює на газоподібному водні, підвищується економічність та знижується тиск по-току водню, стиснутого до 5,5 МПа. Надалі, об'єднання водневого та гелієвого контурів дозволило підвищити економічність та зменшити тиск прямого потоку водню до 1 МПа. В результаті цього в ступені компримування водню запропоновано застосову-вати одноступеневі компресори. На відміну від воднево-гелієвих систем, відведення тепла від водню відбувається з меншими термодинамічними втратами при стабільній температурі киплячого кріоагенту (неону). Густина і прихована теплота пароутворення неону (на одиницю об'єму) істотно вище, ніж у водню, що зумовило його використання у якості робочого тіла у допоміжному рефрижераторному циклі з охолодженням пря-мого потоку у ванні з азотом, що кипить під вакуумом. Найбільш вагомими результа-тами є досягнення продуктивності комплексу в режимі зрідження водню, що становить 18 і 13 дм3/год з урахуванням орто- і параконверсії, відповідно. Установка також здатна зріджувати неон з витратою 7 дм3/год. Досягнуті результати вказують на можливість застосування рідкого неону для імітації умов, близьких до водневого рівня температур. За рахунок цього попереднє тестування водневого обладнання проводиться за допомо-гою безпечного кріоагенту.
Посилання
Naseem K., Qin F., Khalid F., Suo G., Zahra T., Chen Z., Javed Z. Essential parts of hydrogen economy: hydrogen production, storage, transportation and application. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2025. Vol. 210. A. 115196.
Glowacki B. A., Nuttal W. J. Hydrogen as a fuel and as a coolant – from the super-conductivity perspective. Journal of Energy Science. 2010. Vol. 1. P. 15–29.
Hirabayashi H., Makida Y., Nomura S., Shintomi T. Liquid hydrogen cooled super-conducting magnet and energy storage. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2008. Vol. 18, No. 2. P. 766.
Kamiya K., Takahashi H., Numazawa T., Nozawa H., Yanagitani T. Hydrogen liq-uefaction by magnetic refrigeration. In: Miller S. D., Ross R. G. Jr (eds). Proceedings of the Fourteenth Conference on Cryocoolers. Boulder, CO, 2007. P. 637–644.
Vasilyev A., Bezymyannykh B., Ganzha V. et al. Cryogenic system for continuous ultrahigh hydrogen purification in circulation mode. NHA Annual Hydrogen Conference. Washington, DC, 2005. P. 1–15.
Alekseev I., Fedorchenko O., Kravtsov P., Vasilyev A., Vznuzdaev M. Experi-mental results of hydrogen distillation at the low power cryogenic column for the production of deuterium depleted hydrogen. Fusion Science and Technology. 2008. Vol. 54, No. 2. P. 407–410.
Bondarenko V. L., Pylypenko B. O., Tyshko D. P. Refrigeration cycles in units for neon and its stable isotopes production. Proceedings of the 6th International Conference on Cryogenics and Refrigeration. 2018. No. 179. P. 315–316.
Bondarenko V., Symonenko I., Chyhrin A. Cooling systems at temperature level T = 28–30 K. Proceedings of the 17th International Refrigeration and Air Conditioning Confer-ence at Purdue. 2018. ID: 2163.
Bondarenko V., Arkharov A., Poddubna M., Symonenko I. Production of stable ne-on isotope by method of low temperature rectification. Proceedings of the 24th IIR Interna-tional Congress of Refrigeration. 2015. P. 225–231.
Bondarenko V. L., Symonenko Y. M., D’yachenko O. V. Neon throttle liquefiers in installations for producing light inert gases and neon isotopes. The International Confer-ence on Cryogenics and Refrigeration (ICCR’2008). 2008. P. 239–243.
Bondarenko V. L., Arkharov A. M., Golubev A. A., Kapralov P. V., Savinov M. Y., Symonenko Y. M., Purtov S. N., Rura V. N., Volynskii B. I. Pilot-commercial plant for high purity neon production. Preprints of the XX International Congress of Refrigeration. 1999. P. 1–5.
Bondarenko V. L., Symonenko Iu. M., Chyhrin A. A. Separation of neon into iso-tope components by the distillation method. Proceedings of the 2nd International Conference on Cryogenics and Refrigeration Technologies. 2018. P. 60–68.
Bondarenko V., Chyhrin A., Bashkirov H. Cryogenic support of rectification units for the neon isotopes production. The XXIInd National Conference with International Partici-pation “New Cryogenic and Isotope Technologies for Energy and Environment”. 2018. Vol. 1. P. 88–89.
Yamanishi T., Kinoshita M. Preliminary experimental study for cryogenic distilla-tion column with small inner diameter. Journal of Nuclear Science and Technology. 1984. Vol. 21. P. 853–861.
Schultz K. R. Use of the modular helium reactor for hydrogen production. General Atomics Project 04962. 2003. P. 1–9.
Yamada S. S., Hishinuma Y., Uede T., Schippl K., Yanagi N., Mito T., Sato M. Conceptual design of 1 GW class hybrid energy transfer line of hydrogen and electricity. Journal of Physics: Conference Series. 2010. Vol. 234. A. 032064.
Silk E. A. Introduction to spacecraft thermal design. Cambridge University Press, 2020. 355 p.
Zhou K., Chen L., Li S., Zhao K., Zhang Z., Chen S., Hou Y. Comparative analy-sis of energy losses in hydrogen and helium turbo-expanders for hydrogen liquefiers. Applied Thermal Engineering. 2023. Vol. 227. A. 120322.
Xiong L., Yang K., Yang Z., Wei Z., Xu X., Zhu J., Lu C. Design and commis-sioning of a medium-scale hydrogen liquefaction plant. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2024. Vol. 1327. 012105.
Bondarenko V., Dalakov P., Symonenko I., Matveev E. The analysis of refrigera-tion cycles in the technologies of producing neon and its stable isotopes at T = 28 K. Refrig-eration Science and Technology Proceedings. 2017. P. 243–248.
Bondarenko V., Symonenko I., Chyhrin A. Comparison of refrigeration cycles used for production of pure neon and its isotopic components. Proceedings of the 8th Interna-tional Conference on Compressors and Refrigeration. 2017. F. 19. P. 1–7.
