CN110108089B - 一种低温液化可燃气体存储装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低温液体贮存技术领域，公开了一种低温液化可燃气体存储装置及方法，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，制冷机利用贮箱内汽化的可燃气体的燃烧热进行驱动产生冷源，贮箱的四周设有屏障结构，冷源与屏障结构相接。本发明提供的一种低温液化可燃气体存储装置及方法，使用制冷机通过在贮箱四周形成低温屏障，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；且该存储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，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。

Description

一种低温液化可燃气体存储装置及方法

技术领域

本发明涉及低温液体贮存技术领域，特别是涉及一种低温液化可燃气体存储装置及方法。

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低温液化可燃气体存储装置及方法，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，提供一种低温液化可燃气体存储装置，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产生冷源，所述贮箱的四周设有屏障结构，所述冷源与所述屏障结构相接。

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；所述高温腔通过输运管与所述贮箱内部汽化的可燃气体所处空间相连，所述输运管上设有气体泵；所述低温腔与所述屏障结构相连。

在上述方案的基础上，所述贮箱的壁面包括内壁，所述屏障结构包括冷屏，所述冷屏包围设在所述内壁的外侧，所述内壁和所述冷屏之间存在第一真空间隙。

在上述方案的基础上，所述贮箱的壁面还包括外壁，所述外壁包围设在所述冷屏的外侧，所述冷屏和所述外壁之间存在第二真空间隙；所述第一真空间隙内填充设有第一保温材料层，所述冷屏的外侧包裹设有第二保温材料层。

在上述方案的基础上，所述中间温度腔和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，所述外壁上设有开口，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第二真空间隙相连通，所述低温腔穿过所述开口插入所述第二保温材料层中与冷屏相接。

在上述方案的基础上，所述高温腔通过高温换热器与燃烧室相连，所述燃烧室与所述输运管的一端相连，所述输运管的另一端与所述内壁相连。

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；所述冷屏包括导热壁面。

在上述方案的基础上，所述真空罩内部空间、所述第一真空间隙以及所述第二真空间隙的真空度分别为0Pa与常压之间。

根据本发明的第二方面，提供一种低温液化可燃气体存储方法，基于上述任一方案所述的低温液化可燃气体存储装置，包括：抽取贮箱中汽化的可燃气体；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；利用所述冷量在贮箱四周形成低温屏障，以降低贮箱内部液化可燃气体的汽化速率；其中贮箱中汽化的可燃气体的抽取速率根据无制冷机时贮箱中液化可燃气体的初始汽化速率、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初始汽化速率降低至与抽取速率一致。

(三)有益效果

本发明提供的一种低温液化可燃气体存储装置及方法，使用制冷机通过在贮箱四周形成低温屏障，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；且该存储装置采用热驱动型制冷机，通过抽取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低温液化可燃气体存储装置的结构示意图。

附图标记说明：

1a—高温腔； 1b—中间温度腔； 1c—低温腔；

2—真空罩； 3—真空抽嘴； 4—冷屏；

5—外壁； 6—内壁； 7a—真空腔体；

7b—第二保温材料层； 7c—第一保温材料层； 10—气体泵；

8—液化的可燃气体； 9—汽化的可燃气体； 11—输运管。

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低温液化可燃气体存储装置，参考图1，该存储装置包括：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。制冷机利用贮箱内汽化的可燃气体9的燃烧热进行驱动产生冷源。贮箱的四周设有屏障结构，冷源与屏障结构相接。

本实施例提供的一种低温液化可燃气体存储装置，通过在贮箱上设置制冷机产生冷源，可将冷量传递给贮箱四周的屏障结构，在贮箱四周形成低温屏障，可减少外界向贮箱内的漏热，维持贮箱内低温环境，减少贮箱内液化可燃气体的汽化，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低温液化可燃气体存储装置，使用制冷机在贮箱四周形成低温屏障，实现低温液体贮箱零蒸发的主动制冷技术。该低温液化可燃气体存储装置采用热驱动型制冷机。可通过抽取汽化的可燃气体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，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通过输运管11与贮箱内部汽化的可燃气体9所处空间相连，输运管11上设有气体泵10；低温腔1c与屏障结构相连。

本实施例对制冷机与贮箱之间的连接进行了说明。制冷机的高温腔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。输运管11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输运管11。进而在气体泵10的驱动下，通过输运管11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的热源驱动制冷机运行，在低温腔1c产生冷源。低温腔1c通过与屏障结构相连接触，将冷量传递给屏障结构，进而在贮箱四周形成低温屏障，可吸收外界向贮箱内的漏热。

在上述实施例的基础上，进一步地，贮箱的壁面包括内壁6。屏障结构包括冷屏4。冷屏4包围设在内壁6的外侧，内壁6和冷屏4之间存在第一真空间隙。本实施例对屏障结构的具体设置进行了说明。屏障结构可为将贮箱的内壁6包围在内部的壁面，因为该壁面与低温腔1c接触温度较低，因此称为冷屏4。

液化的可燃气体8存储在内壁6的内侧空间内。冷屏4和内壁6之间设置第一真空间隙，可进一步地减少外界向贮箱内的漏热，以及起到温度过渡作用，减少冷屏4两侧表面的温度差，从而避免冷屏4外表面的结霜。

在上述实施例的基础上，进一步地，贮箱的壁面还包括外壁5。外壁5包围设在冷屏4的外侧。冷屏4和外壁5之间存在第二真空间隙。第一真空间隙内填充设有第一保温材料层7c，冷屏4的外侧包裹设有第二保温材料层7b。

本实施例对贮箱的壁面结构进行了具体说明。贮箱的壁面包括内壁6和外壁5双层壁面。内壁6和外壁5之间存在真空间隙。冷屏4设置在内壁6和外壁5之间，与内壁6和外壁5之间均存在间隙。冷屏4处于第一保温材料层7c和第二保温材料层7b之间，可将冷量均匀传递给两侧的保温材料层，以对保温材料层进行降温，更好的发挥保温作用，减少外界向贮箱内部的漏热。

设置第一真空间隙和第二真空间隙，使第一保温材料层7c和第二保温材料层7b处于真空环境中，可有效发挥作用。第二保温材料层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，中间温度腔1b和低温腔1c置于真空罩2中，真空罩2上设有真空抽嘴3。可减少外界向低温腔1c和中间温度腔1b以及连接通道的漏热，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，外壁5上设有开口，真空罩2在开口处与外壁5相连。真空罩2内部空间与第二真空间隙相连通。低温腔1c穿过开口插入第二保温材料层7b中与冷屏4相接。外壁5在开口处与真空罩2相连，使得内壁6、冷屏4、第一保温材料层7c、第二保温材料层7b、中间温度腔1b以及低温腔1c均处于真空环境中。

设置真空罩2内部空间和第二真空间隙连通，通过一个真空抽嘴3即可对两个空间同时实现抽真空。且使得制冷机和贮箱连接为一体，整体结构更加紧凑一体化。

进一步地，也可设置真空罩2内部空间与第二真空间隙不连通，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3。此时，低温腔1c可穿过外壁5插入至第二保温材料层7b中与冷屏4接触。可设置真空罩2与外壁5相接，从而使得连接中间温度腔1b和低温腔1c的通道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，高温腔1a通过高温换热器与燃烧室相连，燃烧室与输运管11的一端相连，输运管11的另一端与内壁6相连。

在高温腔1a处设置燃烧室用于燃烧汽化的可燃气体9，燃烧室中产生的热量通过高温换热器传递给高温腔1a。输运管11的另一端可依次穿过贮箱的外壁5、第二保温材料层7b、冷屏4、第一保温材料层7c与内壁6相连。

在上述实施例的基础上，进一步地，热驱动型制冷机包括维勒米尔制冷机或热声制冷机。冷屏4包括导热壁面。即冷屏4可为由导热材料形成的一个包围在内壁6外侧的壁面。

在上述实施例的基础上，进一步地，真空罩2内部空间、第一真空间隙以及第二真空间隙的真空度分别为0Pa与常压之间。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种低温液化可燃气体存储方法，基于上述任一实施例所述的低温液化可燃气体存储装置，该方法包括：抽取贮箱中汽化的可燃气体9；利用该部分汽化的可燃气体9的燃烧热驱动制冷机产生冷量；利用冷量在贮箱四周形成低温屏障，以降低贮箱内部液化可燃气体的汽化速率。

其中贮箱中汽化的可燃气体9的抽取速率根据无制冷机时贮箱中液化可燃气体的初始汽化速率、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初始汽化速率降低至与抽取速率一致。

根据贮箱内部汽化的可燃气体9的抽取速率、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速率。根据冷凝可燃气体所需的冷量可确定该冷量速率能够冷凝的可燃气体速率，即利用该冷量能够降低的液化可燃气体汽化速率。应使得可燃气体的抽取速率与该冷量能够降低的液化可燃气体汽化速率总和为无制冷机时贮箱中液化可燃气体的初始汽化速率，从而获得抽取量。通过控制气体泵10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，一种低温液化可燃气体存储装置可用于液氢存储。以存储液氢为例，该存储装置主要由热驱动型制冷机高温腔1a、热驱动型制冷机中间温度腔1b、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3、冷屏4、液氢贮箱外壁5、液氢贮箱内壁6、真空腔体7a、第一保温材料层7c、第二保温材料层7b、液氢、氢气、气体泵10、氢气输运管11等部件。

热驱动型制冷机低温腔1c与冷屏4直接相连，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，在热驱动型制冷机低温腔1c产生制冷效应将冷屏4冷却，吸收从液氢贮箱外壁5向冷屏4的漏热，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。热驱动型制冷机的类型可以是维勒米尔制冷机，也可以是热声制冷机。

第二保温材料层7b与外壁5之间存在间隙，使得在外壁5内部形成真空腔体7a。热驱动型制冷机真空罩2内部的空间与液氢贮箱外壁5内部的真空腔体7a是联通的，这样两者的真空可以同时抽，真空腔体7a、第一保温材料层7c、第二保温材料层7b和热驱动型制冷机真空罩2的真空度介于0Pa和常压之间。置于真空腔体7a内的第二保温材料层7b包覆在冷屏4外部，并在冷屏4与液氢贮箱内壁6填充第一保温材料层7c。第一保温材料层7c与第二保温材料层7b可为相同材质，也可为不同材质，具体不做限定。

当热驱动型制冷机为维勒米尔制冷机时，该存储装置的具体操作为：维勒米尔制冷机低温腔1c与冷屏4直接相连，通过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，在维勒米尔制冷机低温腔1c产生制冷效应将冷屏4冷却，吸收从液氢贮箱外壁5向冷屏4的漏热，实现整套装置完全不对环境排放氢气。

维勒米尔制冷机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。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7a是联通的，这样两者的真空可以同时抽真空。

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 (9)

1.一种低温液化可燃气体存储装置，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，所述贮箱的四周设有屏障结构，所述冷源与所述屏障结构相接；

所述制冷机包括依次相连的高温腔、中间温度腔和低温腔；所述高温腔通过输运管与所述贮箱内部汽化的可燃气体所处空间相连，所述输运管上设有气体泵；所述低温腔与所述屏障结构相连；

其中，所述气体泵的抽取量通过以下步骤获取抽取量；

根据所述贮箱内部汽化的可燃气体的抽取速率、可燃气体的热值以及所述制冷机的效率，获得所述制冷机所产生的冷量速率；

根据冷凝可燃气体所需的冷量确定该冷量速率能够冷凝的可燃气体速率；

使得可燃气体的所述抽取速率与所述冷量能够降低的液化可燃气体汽化速率总和为无制冷机时贮箱中液化可燃气体的初始汽化速率，从而获得抽取量。

2.根据权利要求1所述的低温液化可燃气体存储装置，其特征在于，所述贮箱的壁面包括内壁，所述屏障结构包括冷屏，所述冷屏包围设在所述内壁的外侧，所述内壁和所述冷屏之间存在第一真空间隙。

3.根据权利要求2所述的低温液化可燃气体存储装置，其特征在于，所述贮箱的壁面还包括外壁，所述外壁包围设在所述冷屏的外侧，所述冷屏和所述外壁之间存在第二真空间隙；所述第一真空间隙内填充设有第一保温材料层，所述冷屏的外侧包裹设有第二保温材料层。

4.根据权利要求3所述的低温液化可燃气体存储装置，其特征在于，所述中间温度腔和所述低温腔置于真空罩中，所述真空罩上设有真空抽嘴。

5.根据权利要求4所述的低温液化可燃气体存储装置，其特征在于，所述外壁上设有开口，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第二真空间隙相连通，所述低温腔穿过所述开口插入所述第二保温材料层中与冷屏相接。

6.根据权利要求2至5任一所述的低温液化可燃气体存储装置，其特征在于，所述高温腔通过高温换热器与燃烧室相连，所述燃烧室与所述输运管的一端相连，所述输运管的另一端与所述内壁相连。

7.根据权利要求2至5任一所述的低温液化可燃气体存储装置，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；所述冷屏包括导热壁面。

8.根据权利要求4所述的低温液化可燃气体存储装置，其特征在于，所述真空罩内部空间、所述第一真空间隙以及所述第二真空间隙的真空度分别为0Pa与常压之间。

9.一种低温液化可燃气体存储方法，其特征在于，基于上述权利要求1-8任一所述的低温液化可燃气体存储装置，包括：

抽取贮箱中汽化的可燃气体；

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；

利用所述冷量在贮箱四周形成低温屏障，以降低贮箱内部液化可燃气体的汽化速率。