CN110094629B - 一种液化可燃气体零排放装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低温液体贮存技术领域，公开了一种液化可燃气体零排放装置及方法，其中装置包括：用于存储液化可燃气体的贮箱以及设置在贮箱上的制冷机；制冷机为热驱动型制冷机，制冷机利用所述贮箱内汽化的可燃气体的燃烧热进行驱动产生冷源，冷源置于贮箱内部液化的可燃气体中、汽化的可燃气体中或者与贮箱的壁面相连。本发明提供的一种液化可燃气体零排放装置及方法，使用制冷机来再冷凝汽化后的气体，实现低温液体贮箱零排放的主动制冷技术，从而减少能源浪费以及避免对环境造成影响；且该装置采用热驱动型制冷机，利用可燃气体的燃烧热作为热源来驱动该制冷机，不需要外界输入热量，便于装置的移动运输以及在电能获取困难场合的应用。

Description

一种液化可燃气体零排放装置及方法

技术领域

本发明涉及低温液体贮存技术领域，特别是涉及一种液化可燃气体零排放装置及方法。

背景技术

低温液化存储是目前在技术成熟度和可行性上最接近于大范围推广应用的燃气存储方式，液氢、液化天然气等低温液化燃气不仅清洁环保，而且具有很高的能量密度，采用液化燃气的新能源飞机、汽车和舰船因此具有广泛的应用前景和巨大的潜在市场。

但是，普通液化天然气、氢气等可燃气体的低温液化存储均存在漏热造成的低温液体蒸发。低温贮箱通常使用被动绝热技术(比如多层绝热、堆积粉末绝热、泡沫绝热等)来给低温液体保温，但由于低温液体温度远低于环境温度，不可避免的存在着漏热。

随着贮存时间的延长，低温液体不断吸热后汽化，导致贮箱内部的压力不断升高，从而当压力超过允许值后需要对环境排放，不可避免的存在着浪费和安全问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种液化可燃气体零排放装置及方法，用于解决或部分解决现有液化可燃气体贮箱由于漏热汽化导致内部压力过大需要排放可燃气体而存在的浪费和安全问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的第一方面，提供一种液化可燃气体零排放装置，包括：用于存储液化可燃气体的贮箱以及设置在所述贮箱上的制冷机；所述制冷机为热驱动型制冷机，所述制冷机利用所述贮箱内汽化的可燃气体的燃烧热进行驱动以产生冷源用于冷凝汽化的可燃气体。

在上述方案的基础上，所述制冷机包括依次相连的高温腔、中间温度腔和低温腔；所述高温腔通过第一管路与所述贮箱内部汽化的可燃气体所处空间相连，所述第一管路上设有气体泵；所述低温腔通过热输运通道与低温换热器相连，所述低温换热器置于所述贮箱内部液化的可燃气体中、汽化的可燃气体中或者与所述贮箱的壁面相连。

在上述方案的基础上，所述贮箱包括内壁和外壁，所述内壁和外壁之间存在真空间隙，所述内壁的外表面包裹设有保温材料层。

在上述方案的基础上，所述贮箱的内壁上设有凸出部，所述凸出部为中空结构且与所述贮箱内部连通，所述热输运通道穿过所述凸出部的壁面使得所述低温换热器置于所述贮箱内部。

在上述方案的基础上，所述热输运通道与所述凸出部的壁面连接处设有低温密封装置。

在上述方案的基础上，所述凸出部与所述热输运通道连接的壁面上设有热桥。

在上述方案的基础上，所述低温腔置于真空罩中，所述真空罩上设有真空抽嘴。

在上述方案的基础上，所述贮箱的外壁上设有一开口，所述真空罩在所述开口处与所述外壁相连，所述真空罩内部空间与所述真空间隙相连通，所述凸出部穿过所述开口插入所述真空罩内部。

在上述方案的基础上，所述第一管路的一端与所述凸出部的壁面相连。

在上述方案的基础上，所述热驱动型制冷机包括维勒米尔制冷机或热声制冷机；所述高温腔通过高温换热器与燃烧室相连，所述燃烧室与所述第一管路的另一端相连。

根据本发明的第二方面，提供一种液化可燃气体零排放方法，利用上述任一方案所述的液化可燃气体零排放装置，包括：抽取贮箱中部分汽化的可燃气体；利用该部分汽化的可燃气体的燃烧热驱动制冷机产生冷量；利用所述冷量将汽化的可燃气体再次冷凝；其中贮箱中部分汽化的可燃气体的抽取量根据无制冷机时贮箱中液化可燃气体的汽化总量、可燃气体的热值、制冷机的效率来确定，使得制冷机利用抽取的汽化可燃气体的燃烧热所产生的冷量能够将贮箱内部抽取后剩余的汽化可燃气体全部冷凝。

(三)有益效果

本发明提供的一种液化可燃气体零排放装置及方法，使用制冷机来再冷凝汽化后的气体，实现低温液体贮箱零排放的主动制冷技术，从而减少能源浪费以及避免对环境造成影响；且该液化可燃气体零排放装置采用热驱动型制冷机，通过抽取部分已经汽化的可燃气体进行燃烧，利用可燃气体的燃烧热作为热源来驱动该制冷机，进而产生冷源，不需要外界输入热量，从而无需消耗外界电能等能源，可便于装置的移动运输以及实现在电能获取困难场合的应用。

附图说明

图1为本发明实施例的一种液化可燃气体零排放装置的结构示意图。

附图标记说明：

1—制冷机； 1a—高温腔； 1b—中间温度腔；

1c—低温腔； 2—真空罩； 2a—真空抽嘴；

3—热桥； 4—低温密封装置； 5—外壁；

6—内壁； 7a—真空间隙； 7b—保温材料层；

8—液化的可燃气体； 9—汽化的可燃气体； 10—低温换热器；

11—热输运通道； 12—第一管路； 13—气体泵；

14—凸出部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种液化可燃气体零排放装置，参考图1，该零排放装置包括：用于存储液化可燃气体的贮箱以及设置在贮箱上的制冷机1。制冷机1为热驱动型制冷机1。制冷机1利用贮箱内汽化的可燃气体9的燃烧热进行驱动产生冷源。冷源置于贮箱内部液化的可燃气体8中、汽化的可燃气体9中或者与贮箱的壁面相连。

本实施例提供的一种液化可燃气体零排放装置，通过在贮箱上设置制冷机1产生冷源，可降低贮箱的温度，使得汽化的可燃气体9再次冷凝，从而实现不对外排放可燃气体，以节约能源以及减少对外部环境的影响。

本实施例提供的一种液化可燃气体零排放装置，使用制冷机1来再冷凝汽化后的气体，实现低温液体贮箱零蒸发的主动制冷技术。该液化可燃气体零排放装置采用热驱动型制冷机1。可通过抽取部分已经汽化的可燃气体9进行燃烧，利用可燃气体的燃烧热作为热源来驱动该制冷机1，进而产生冷源，不需要外界输入热量，从而无需消耗外界电能等能源，可便于装置的移动运输以及实现在电能获取困难场合的应用。

在上述实施例的基础上，进一步地，制冷机1包括依次相连的高温腔1a、中间温度腔1b和低温腔1c。高温腔1a通过第一管路12与贮箱内部汽化的可燃气体9所处空间相连，第一管路12上设有气体泵13。低温腔1c通过热输运通道11与低温换热器10相连。低温换热器10置于贮箱内部液化的可燃气体8中、汽化的可燃气体9中或者与贮箱的壁面相连。

本实施例对制冷机1与贮箱之间的连接进行了说明。制冷机1的高温腔1a为热源驱动端，低温腔1c为冷源输出端，中间温度腔1b为温度过渡段。贮箱内部液化的可燃气体8汽化后存储在贮箱内液化可燃气体的上方空间。第一管路12可连接至贮箱内汽化的可燃气体9所处空间，使得汽化后的可燃气体可连通至第一管路12。进而在气体泵13的驱动下，通过第一管路12进入高温腔1a处通过燃烧在高温腔1a中产生热源。

高温腔1a的热源驱动制冷机1运行，在低温腔1c产生冷源。低温腔1c通过热输运通道11连接低温换热器10进行冷量输出。低温换热器10用于向贮箱传递冷量，实现汽化的可燃气体9的再冷凝。低温换热器10既可放置在贮箱内部液态的可燃气体中，也可放在贮箱内部气态的可燃气体中，还可通过与贮箱的壁面接触，具体不做限定。

进一步地，热输运通道11可为导热棒，也可为内部具有换热介质的管道，具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，贮箱包括内壁6和外壁5，内壁6和外壁5之间存在真空间隙7a，内壁6的外表面包裹设有保温材料层7b。贮箱的壁面为双层结构，外壁5包围在内壁6的外侧。保温材料层7b包裹在内壁6的外侧、置于内壁6和外壁5之间的真空间隙7a中，便于保温材料层7b在真空环境中有效发挥作用。保温材料层7b与外壁5之间可存在间隙，以增强保温效果，减少漏热，且减少外壁5表面的结霜。

在上述实施例的基础上，进一步地，贮箱的内壁6上设有凸出部14，凸出部14为中空结构且与贮箱内部连通，热输运通道11穿过凸出部14的壁面使得低温换热器10置于贮箱内部。

在低温换热器10置于贮箱内部时，在贮箱壁面上设置凸出部14，热输运通道11在凸出部14处插入贮箱内部。设置凸出部14可起到温度的过渡作用。因为液化可燃气体的温度非常低，与外部环境温度差较大。设置凸出部14可增加与液化可燃气体之间的距离，使得凸出部14壁面与外部环境的温度差相对减少，进而可减少在凸出部14壁面外表面形成结霜；且凸出部14内部空间存储的是汽化的可燃气体9，设置凸出部14还可增加汽化的可燃气体9与热输运通道11以及低温换热器10接触的范围，有利于更好的对汽化的可燃气体9进行降温冷凝。

在上述实施例的基础上，进一步地，热输运通道11与凸出部14的壁面连接处设有低温密封装置4。即在热输运通道11穿过凸出部14壁面的位置处设置低温密封装置4，以实现贮箱的密封。

在上述实施例的基础上，进一步地，凸出部14与热输运通道11连接的壁面上设有热桥3。设置热桥3既可增加换热效率，减少漏热；且还可增长温度过渡段，减少表面的结霜。

在上述实施例的基础上，进一步地，低温腔1c置于真空罩2中，真空罩2上设有真空抽嘴2a。可减少外界向低温腔1c的漏热，以保证冷源温度，提高降温效率。

在上述实施例的基础上，进一步地，贮箱的外壁5上设有一开口，真空罩2在所述开口处与外壁5相连，真空罩2内部空间与真空间隙7a相连通。凸出部14穿过开口插入真空罩2内部。凸出部14设置在内壁6上，在外壁5上与凸出部14对应位置处设置开口。使得凸出部14在开口处穿出外壁5。外壁5在开口处与真空罩2相连，使得内壁6、凸出部14以及低温腔1c均处于真空环境中。

设置真空罩2内部空间和真空间隙7a连通，通过一个真空抽嘴2a即可对两个空间同时实现抽真空。且使得制冷机1和贮箱连接为一体，整体结构更加紧凑一体化。

进一步地，也可设置真空罩2内部空间与真空间隙7a不连通，为两个独立的空间。可在贮箱的外壁5上同样设置真空抽嘴2a。此时，外壁5可包围内壁6以及凸出部14形成真空间隙7a，热输运通道11可穿过外壁5和凸出部14插入至贮箱内部。可设置真空罩2与外壁5相接，从而使得热输运通道11不会暴露在外部环境中，以减少漏热，提高降温效率。

在上述实施例的基础上，进一步地，第一管路12的一端与凸出部14的壁面相连。

在上述实施例的基础上，进一步地，热驱动型制冷机1包括维勒米尔制冷机1或热声制冷机1。高温腔1a通过高温换热器与燃烧室相连，燃烧室与第一管路12的另一端相连。在高温腔1a处设置燃烧室用于燃烧部分汽化的可燃气体，燃烧室中产生的热量通过高温换热器传递给高温腔1a。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种液化可燃气体零排放方法，利用上述任一实施例所述的液化可燃气体零排放装置，该方法包括：抽取贮箱中部分汽化的可燃气体；利用该部分汽化的可燃气体的燃烧热驱动制冷机产生冷量；利用冷量将汽化的可燃气体再次冷凝。

其中贮箱中部分汽化的可燃气体的抽取量根据无制冷机时贮箱中液化可燃气体的汽化总量、可燃气体的热值、制冷机的效率来确定，使得制冷机利用抽取的汽化可燃气体的燃烧热所产生的冷量能够将贮箱内部抽取后剩余的汽化可燃气体全部冷凝。

根据贮箱内部汽化的可燃气体的抽取量、可燃气体的热值以及制冷机的效率，可获得制冷机所产生的冷量。根据该冷量以及冷凝可燃气体所需的冷量可确定该冷量能够冷凝的可燃气体量。应使得可燃气体的抽取量与该冷量能够冷凝的可燃气体量总和为无制冷机时贮箱中液化可燃气体的汽化总量，从而获得抽取量。通过控制气体泵来控制抽取量。实现液化可燃气体的零排放。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种液化可燃气体零排放装置可用于液氢存储。以存储液氢为例，该零排放装置主要由热驱动型制冷机1，含热驱动型制冷机高温腔1a、热驱动型制冷机中间温度腔1b和热驱动型制冷机低温腔1c；热驱动型制冷机真空罩2；真空抽嘴2a；热桥3；低温密封装置4；液氢贮箱外壁5；液氢贮箱内壁6；保温材料层7b；液氢；氢气；低温换热器10；热输运通道11；氢气输运管和气体泵13等部件。

通过在热驱动型制冷机高温腔1a燃烧一部分液氢吸热汽化后的氢气来驱动热驱动型制冷机1，在热驱动型制冷机低温腔1c产生制冷效应，进一步通过热输运通道11将热驱动型制冷机低温腔1c的冷量传输到低温换热器10，从而将剩余的氢气再冷凝，实现整套装置完全不对环境排放氢气。该装置不需要外界供电即可实现液氢的零排放。

热驱动型制冷机高温腔1a的所有热量来源为液氢贮箱内壁6内部液氢吸热汽化后的氢气的燃烧热，不需要外界输入热量。热驱动型制冷机1的类型可以是维勒米尔制冷机，也可以是热声制冷机。

液氢贮箱内壁6和外壁5之间设有真空间隙7a，使得在外壁5内部形成真空腔体。热驱动型制冷机1真空罩2内部的空间与液氢贮箱外壁5内部的真空腔体是联通的，这样，两者的真空可以同时抽。此外，置于真空腔体内的保温材料层7b包覆在液氢贮箱内壁6外部，真空度介于0Pa和常压之间。

在液氢贮箱内壁6与热输运通道11之间设置低温密封装置4，可以保证热驱动型制冷机低温腔1c工作在真空环境中，而其冷量通过热输运通道11传递给低温换热器10，实现氢气的再冷凝。也可将热驱动型制冷机的中间温度腔1b设置在真空罩2内部，工作在真空环境中。

低温密封装置4和液氢贮箱内壁6之间安装有热桥3。低温换热器10可以置于氢气中，也可以置于液氢内部，也可以与液氢贮箱内壁6连接。

当热驱动型制冷机1为维勒米尔制冷机时，该零排放装置的具体操作为：在维勒米尔制冷机高温腔1a燃烧一部分液氢吸热汽化后的氢气来驱动维勒米尔制冷机，此时，在维勒米尔制冷机低温腔1c产生制冷效应，温度降低，通过热输运通道11将维勒米尔制冷机低温腔1c的冷量传输到低温换热器10，从而将剩余的氢气再冷凝。

维勒米尔制冷机真空罩2内部的空间与液氢贮箱外壁5内部的真空腔体是联通的，这样可以同时抽真空。另外，在液氢贮箱内壁6与热输运通道11之间设置了低温密封装置4，这样可以保证维勒米尔制冷机中间温度腔1b和维勒米尔制冷机低温腔1c工作在真空环境中，而其冷量通过热输运通道11传递给低温换热器10，实现氢气的再冷凝。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液化可燃气体零排放装置，包括：用于存储液化可燃气体的贮箱以及设置在所述贮箱上的制冷机；其特征在于，所述制冷机为热驱动型制冷机，所述制冷机利用所述贮箱内汽化的可燃气体的燃烧热进行驱动产生冷源，所述制冷机包括依次相连的高温腔、中间温度腔和低温腔，所述高温腔为热源驱动端，所述低温腔为冷源输出端，所述中间温度腔为温度过渡段，所述贮箱内部液化的可燃气体汽化后存储在所述贮箱内液化的可燃气体的上方空间，所述低温腔通过热输运通道与低温换热器相连，所述低温换热器置于所述贮箱内部液化的可燃气体中、汽化的可燃气体中或者与所述贮箱的壁面相连；

所述贮箱包括内壁和外壁，所述内壁上设有凸出部，所述凸出部为中空结构且与所述贮箱内部连通，所述热输运通道穿过所述凸出部的壁面使得所述低温换热器置于贮箱内部；

具体方法包括：

抽取所述贮箱中部分汽化的可燃气体；

利用该部分汽化的可燃气体的燃烧热驱动所述制冷机产生冷量；

利用所述冷量将汽化的可燃气体再次冷凝；

其中所述贮箱中部分汽化的可燃气体的抽取量根据无所述制冷机时贮箱中液化可燃气体的汽化总量、可燃气体的热值、所述制冷机的效率来确定，使得所述制冷机利用抽取的汽化可燃气体的燃烧热所产生的冷量能够将所述贮箱内部抽取后剩余的汽化可燃气体全部冷凝。

2.根据权利要求1所述的液化可燃气体零排放装置，其特征在于，所述高温腔通过第一管路与所述贮箱内部汽化的可燃气体所处空间相连，所述第一管路上设有气体泵。

3.根据权利要求2所述的液化可燃气体零排放装置，其特征在于，所述内壁和外壁之间存在真空间隙，所述内壁的外表面包裹设有保温材料层。

4.根据权利要求1所述的液化可燃气体零排放装置，其特征在于，所述热输运通道与所述凸出部的壁面连接处设有低温密封装置。

5.根据权利要求1所述的液化可燃气体零排放装置，其特征在于，所述凸出部与所述热输运通道连接的壁面上设有热桥。

6.根据权利要求3所述的液化可燃气体零排放装置，其特征在于，所述低温腔置于真空罩中，所述真空罩上设有真空抽嘴。

7.根据权利要求6所述的液化可燃气体零排放装置，其特征在于，所述贮箱的外壁上设有一开口，所述真空罩在所述开口处与所述外壁相连，所述真空罩内部空间与所述真空间隙相连通，所述凸出部穿过所述开口插入所述真空罩内部。

8.根据权利要求2所述的液化可燃气体零排放装置，其特征在于，所述热驱动型制冷机包括维勒米尔制冷机或热声制冷机；所述高温腔通过高温换热器与燃烧室相连，所述第一管路的一端与所述凸出部的壁面相连、另一端与所述燃烧室相连。