CN116447502A - 一种液氢贮罐用绝热系统 - Google Patents
一种液氢贮罐用绝热系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116447502A CN116447502A CN202310462847.0A CN202310462847A CN116447502A CN 116447502 A CN116447502 A CN 116447502A CN 202310462847 A CN202310462847 A CN 202310462847A CN 116447502 A CN116447502 A CN 116447502A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cooling screen
- storage tank
- liquid hydrogen
- vapor cooling
- screen assembly
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 201
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 201
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 200
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 182
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 175
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 305
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 10
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 49
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 17
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 66
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 12
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
- F17C1/12—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge with provision for thermal insulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
- F17C13/04—Arrangement or mounting of valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
- F17C7/02—Discharging liquefied gases
- F17C7/04—Discharging liquefied gases with change of state, e.g. vaporisation
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
本发明公开了一种液氢贮罐用绝热系统，包括液氢贮罐内容器、液氢贮罐外容器、绝热层、双工质、第一蒸气冷却屏组件(低温氢气工质)、第二冷却屏组件(低温工质)和第三蒸气冷却屏(低温氮气工质)组件，绝热层设置于液氢贮罐内容器和液氢贮罐外容器之间；第一蒸气冷却屏组件部分设置于绝热层内，第一蒸气冷却屏组件与液氢贮罐内容器气态区域连通；第二冷却屏组件部分设置于绝热层内，第三蒸气冷却屏组件部分设置于绝热层内，第三蒸气冷却屏组件还与第二冷却屏组件连通。本申请不仅能够改善液氢贮罐的绝热性能，从而降低液氢的蒸发量以及降低氢气泄露的风险，而且还能够回收工质作为工艺用气，节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及氢能源高效储存与节能的技术领域，特别涉及一种液氢贮罐用绝热系统。
背景技术
安全、可靠、高效的氢储存技术是实现氢能利用的关键，液态氢因其较高的储能密度而受到行业内的广泛关注，由于液氢的沸点低于液氧和液氮的沸点，液氢储存时对贮罐的绝热性能要求更高。高真空多层绝热方式能实现良好的绝热性能，在高真空绝热下，少量气体的对流传热和热传导对液氢贮罐的散热影响较小。但是由于液氢与外部环境存在巨大的温差，辐射成为液氢贮罐的主要热量入侵方式，虽然多层绝热材料中的辐射屏可以一定程度上抑制辐射传热，但这种被动式热防护仍然会有一部分热量通过多层绝热材料漏入液氢中，热量迫使液氢蒸发，导致贮罐气枕压力升高，需要主动排气才能降压，此时就会造成大量氢气的浪费，即带来经济损失又存在排放过程中的安全隐患。同时，20K氢气直接排到300K大气中，也会造成冷量的浪费。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够提高液氢贮罐的绝热性能，从而降低液氢的蒸发量以及降低氢气泄露风险的液氢贮罐用绝热系统，以及将工质再回收作为工艺用气，节省成本。
一种液氢贮罐用绝热系统，包括：
液氢贮罐内容器，内部收容有液氢；
液氢贮罐外容器，套设于所述液氢贮罐内容器的外部；
绝热层，设置于所述液氢贮罐内容器和所述液氢贮罐外容器之间；
第一蒸气冷却屏组件，部分设置于所述绝热层内，且套设于所述液氢贮罐内容器的外部，所述第一蒸气冷却屏组件与所述液氢贮罐内容器的顶端连通，所述第一蒸气冷却屏组件用于供所述液氢贮罐内容器蒸发出的氢气流通，所述第一蒸气冷却屏组件还设置回收所述液氢贮罐内容器蒸发出的氢气；
第二冷却屏组件，部分设置于所述绝热层内，与所述第一蒸气冷却屏组件间隔设置，且所述第二冷却屏组件套设于所述第一蒸气冷却屏组件的外部，所述第二冷却屏组件用于储存液态工质，且所述液态工质吸收外界热量相变形成气态工质；以及
第三蒸气冷却屏组件，部分设置于所述绝热层内，与所述第二冷却屏组件间隔设置，且所述第三蒸气冷却屏组件套设于所述第二冷却屏组件的外部，所述第三蒸气冷却屏组件还与所述第二冷却屏组件的顶端连通，所述第三蒸气冷却屏组件用于供所述第二冷却屏组件输出的气态工质流通，所述第三蒸气冷却屏组件还设置回收所述第二冷却屏组件输出的气态工质。
可选的，所述第一蒸气冷却屏组件包括第一蒸气冷却屏和第一气瓶组，所述第二冷却屏组件套设于所述第一蒸气冷却屏的外部，所述第一蒸气冷却屏的入口端与所述液氢贮罐内容器的气相出口端连接，所述第一蒸气冷却屏的出口端与所述第一气瓶组连通，所述第一气瓶组设置于所述液氢贮罐外容器的外部，所述第一蒸气冷却屏用于供所述液氢贮罐内容器蒸发出的氢气流通，所述第一气瓶组用于回收所述液氢贮罐内容器蒸发出的氢气。
可选的，所述第一蒸气冷却屏组件还包括第一压缩机，所述第一压缩机的一端与所述第一蒸气冷却屏的出口端连接，所述第一压缩机的另一端与所述第一气瓶组连接，所述第一压缩机用于压缩所述第一蒸气冷却屏输出的氢气，所述第一气瓶组用于收容所述第一压缩机输出的氢气。
可选的，所述第一蒸气冷却屏组件还包括第一储气罐，所述第一储气罐的入口端与第一蒸气冷却屏的出口端连接，所述第一储气罐的出口端与所述第一压缩机的一端连接，所述第一储气罐用于收容所述第一蒸气冷却屏输出的氢气，并输送氢气至所述第一压缩机。
可选的，所述第二冷却屏组件包括第二冷却屏和储存罐，所述第二冷却屏套设于所述第一蒸气冷却屏的外部，所述储存罐收容有液态工质，所述储存罐设置于所述液氢贮罐外容器的外部，所述第二冷却屏的入口端与所述储存罐连接，所述第二冷却屏的出口端与所述第三蒸气冷却屏组件连通。
可选的，所述第三蒸气冷却屏组件包括第三蒸气冷却屏和第二气瓶组，所述第三蒸气冷却屏套设于第二冷却屏的外部，所述第三蒸气冷却屏的入口端与所述第二冷却屏的气相出口端连通，所述第三蒸气冷却屏的出口端与所述第二气瓶组连接，所述第二气瓶组设置于所述液氢贮罐外容器的外部，所述第三蒸气冷却屏供所述第二冷却屏输出的气态工质的流通，所述第二气瓶组用于回收所述第三蒸气冷却屏输出的气态工质。
可选的，所述第三蒸气冷却屏组件还包括第二压缩机，所述第二压缩机的一端连接与所述第三蒸气冷却屏的出口端连接，所述第二压缩机的另一端与所述第二气瓶组连接，所述第二压缩机用于压缩所述第三蒸气冷却屏输出的气态工质，所述第二气瓶组用于收容所述第二压缩机输出的气态工质。
可选的，所述第三蒸气冷却屏组件还包括第二储气罐，所述第二储气罐的入口端与所述第三蒸气冷却屏的出口端连接，所述第二储气罐的出口端与所述第二压缩机的一端连接，所述第二储气罐用于收容所述第三蒸气冷却屏输出的气态工质，并输送气态工质至所述第二压缩机。
可选的，所述绝热层包括第一绝热层、第二绝热层、第三绝热层和第四绝热层，所述第一绝热层设置于所述液氢贮罐内容器和所述第一蒸气冷却屏组件之间，所述第二绝热层设置于所述第一蒸气冷却屏组件和所述第二冷却屏组件之间，所述第三绝热层设置于所述第二冷却屏组件和所述第三蒸气冷却屏组件之间，所述第四绝热层设置于所述第三蒸气冷却屏组件和液氢贮罐外容器之间。
可选的，所述绝热层由多层绝热材料形成。
本申请提供了一种液氢贮罐用绝热系统，在液氢贮罐内容器和液氢贮罐外容器之间填充有绝热层，相对于现有技术，本申请的绝热层的内部由内向外依次间隔设置有第一蒸气冷却屏组件、第二冷却屏组件和第三蒸气冷却屏组件，且第二冷却屏组件和第三蒸气冷却屏组件相连通，第二冷却屏组件的内部储存低温液态工质，液态工质能够阻挡并吸收外界跨过第三蒸气冷却屏组件的侵入热量，从而降低液氢的蒸发量，液态工质吸收外界热量后相变成气态工质，继续输出至第三蒸气冷却屏组件内部，低温的气态工质在第三蒸气冷却屏内部流通，吸收外界侵入液氢贮罐外容器的热量，能够降低侵入第二冷却屏组件的外界热量，从而进一步降低液氢的蒸发量，本申请还通过设置有第一蒸气冷却屏组件与液氢贮罐内容器连通，能够将液氢蒸发出的低温氢气用来阻挡并吸收跨过第三蒸气冷却屏组件和第二冷却屏组件的外界热量，进一步降低液氢的蒸发量，第一蒸气冷却屏组件充分利用了液氢自身蒸发所释放的冷量，提高了液氢贮罐用绝热系统的节能效率和经济性，此外，第一蒸气冷却屏组件还能够回收液氢贮罐内容器蒸发出的氢气，第三蒸气冷却屏组件能够回收第二冷却屏组件输出的气态工质，可以实现氢气和氮气工质的再回收利用，降低了氢气扩散的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为一实施例中液氢贮罐用绝热系统的整体结构示意图；
图2为一实施例中液氢贮罐用绝热系统的整体结构示意图；
图3为一实施例中液氢贮罐用绝热系统的部分结构示意。
图中部件名称及序号：1、储存罐；2、第六阀门；3、液氢；4、液氢贮罐内容器；5、第一绝热层；6、第一蒸气冷却屏；7、第二绝热层；8、第二冷却屏；9、第三绝热层；10、第三蒸气冷却屏；11、第四绝热层；12、液氢贮罐外容器；13、第一阀门；14、第七阀门；15、第八阀门；16、第二储气罐；17、第九阀门；18、第十阀门；19、第二压缩机；20、第十一阀门；21、第二气瓶组；22、第二阀门；23、第一储气罐；24、第三阀门；25、第四阀门；26、第一压缩机；27、第五阀门；28、第一气瓶组；29、绝热层；30、第一蒸气冷却屏组件；31、第二冷却屏组件；32、第三蒸气冷却屏组件。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参考图1，一种液氢贮罐用绝热系统包括液氢贮罐内容器4、液氢贮罐外容器12、绝热层29、第一蒸气冷却屏组件30、第二冷却屏组件31和第三蒸气冷却屏组件32，液氢贮罐内容器4的内部收容有液氢3；液氢贮罐外容器12套设于液氢贮罐内容器4的外部；绝热层29设置于液氢贮罐内容器4和液氢贮罐外容器12之间；第一蒸气冷却屏组件30部分设置于绝热层29内，且套设于液氢贮罐内容器4的外部，第一蒸气冷却屏组件30与液氢贮罐内容器4的顶端连通，第一蒸气冷却屏组件30用于供液氢贮罐内容器4蒸发出的氢气流通，第一蒸气冷却屏组件30还用于回收液氢贮罐内容器4蒸发出的氢气；第二冷却屏组件31部分设置于绝热层29内，与第一蒸气冷却屏组件30间隔设置，且第二冷却屏组件31套设于第一蒸气冷却屏组件30的外部，第二冷却屏组件31用于储存液态工质的，且液态工质吸收外界热量相变形成气态工质；第三蒸气冷却屏组件32部分设置于绝热层29内，与第二冷却屏组件31间隔设置，且第三蒸气冷却屏组件32套设于第二冷却屏组件31的外部，第三蒸气冷却屏组件32还与第二冷却屏组件31的顶端连通，第三蒸气冷却屏组件用于供第二冷却屏组件31输出的气态工质流通，第三蒸气冷却屏组件还用于回收第二冷却屏组件31输出的气态工质。
本申请提供了一种液氢贮罐用绝热系统，在液氢贮罐内容器4和液氢贮罐外容器12之间填充有绝热层29，相对于现有技术，本申请的绝热层29的内部由内向外依次间隔设置有第一蒸气冷却屏组件30、第二冷却屏组件31和第三蒸气冷却屏组件32，且第二冷却屏组件31和第三蒸气冷却屏组件32相连通，第二冷却屏组件31的内部盛放有液态工质，低温液态工质能够阻挡并吸收外界跨过第三蒸气冷却屏组件32的侵入热量，从而降低液氢3的蒸发量，液态工质吸收外界热量后相变成气态工质，继续输出至第三蒸气冷却屏组件32内部，低温的气态工质在第三蒸气冷却屏内部流通，吸收外界侵入液氢贮罐外容器12的热量，能够降低侵入第二冷却屏组件31的外界热量，从而进一步降低液氢3的蒸发量，本申请还通过设置有第一蒸气冷却屏组件30与液氢贮罐内容器4连通，能够将液氢3蒸发出的低温氢气用来阻挡并吸收跨过第三蒸气冷却屏组件32和第二冷却屏组件31的外界热量，进一步降低液氢3的蒸发量，第一蒸气冷却屏组件30充分利用了液氢3自身蒸发所释放的冷量，提高了液氢贮罐用绝热系统的节能效率和经济性，此外，第一蒸气冷却屏组件30还能够回收液氢贮罐内容器4蒸发出的氢气，第三蒸气冷却屏组件32能够回收第二冷却屏组件31输出的气态工质，可以实现氢气和气态工质的再回收利用，降低了氢气扩散的风险。
具体地，液氢贮罐内容器4和液氢贮罐外容器12之间为真空环境，以抑制内部气体的导热。
具体地，液态工质为液氮，第二冷却屏组件31内部收容的液氮温度为77K。液态工质相变成气态工质后变成低温氮气在第三蒸气冷却屏组件32中流通吸热，液氢的温度为20.4K。
进一步地，采用液氮是因为液氮成本低，冷量高且易于制取，采用成本降低的液氮通入第二冷却屏组件31中，能够有效抵挡并吸收外界漏入第三蒸气冷却屏组件32和绝热层29的热量，从而降低成本高的液氢的蒸发量。
本申请不仅仅能够满足液氢储罐的绝热应用。而且也适用于液氦等温度更低、更昂贵的液态稀有气体绝热技术，具有极强的通用性。
参考图1和图3，第一蒸气冷却屏组件30包括第一蒸气冷却屏6和第一气瓶组28，第二冷却屏组件31套设于第一蒸气冷却屏6的外部，第一蒸气冷却屏6的入口端与液氢贮罐内容器4的气相出口端连接，第一蒸气冷却屏6的出口端与第一气瓶组28连通，第一气瓶组28设置于液氢贮罐外容器12的外部，第一蒸气冷却屏6用于供液氢贮罐内容器4蒸发出的氢气流通，第一气瓶组28用于回收液氢贮罐内容器4蒸发出的氢气。
具体地，第一蒸气冷却屏6内部设置有管路，氢气在管路内流通。
具体地，液氢蒸发出的氢气自身的冷量经由第一蒸气冷却屏6充分利用后，通过第一气瓶组28将易燃、易爆的氢气回收，能够实现氢气的“零泄露”，降低了氢气泄露的风险，从而显著增加液氢储存时的安全性。
参考图1和图2，第一蒸气冷却屏组件30还包括第一压缩机26，第一压缩机26的一端与第一蒸气冷却屏6的出口端连接，第一压缩机26的另一端与第一气瓶组28连接，第一压缩机26用于压缩第一蒸气冷却屏6输出的氢气，第一气瓶组28用于收容第一压缩机26输出的氢气。
具体地，第一压缩机26为氢气压缩机，对氢气压缩能够缩小氢气的体积，以使第一气瓶组28能够储存更多的氢气。
参考图1，第一蒸气冷却屏组件30还包括第一储气罐23，第一储气罐23的入口端与第一蒸气冷却屏6的出口端连接，第一储气罐23的出口端与第一压缩机26的一端连接，第一储气罐23用于收容第一蒸气冷却屏6输出的氢气，并输送氢气至第一压缩机26。
具体地，第一蒸气冷却屏6、第一储气罐23、第一压缩机26和第一气瓶组28依次通过连接管路连接。
第一蒸气冷却屏6和第一储气罐23之间的连接管路上设置串联有第一阀门13和第二阀门22，第一储气罐23和第一压缩机26的连接管路上串联有第三阀门24和第四阀门25，第一压缩机26和第一气瓶组28的连接管路上连接有第五阀门27。
第一蒸气冷却屏6的入口管路e和液氢贮罐内容器4的出口管路d连通，将液氢3蒸发出的低温氢气引入至第一蒸气冷却屏6内，使得低温氢气能够沿着第一蒸气冷却屏6内部的管路流动吸收外界漏热，并通过第一阀门13和第二阀门22流入第一储气罐23进行保压储存，当第一储气罐23内部储存有一定量的氢气时，打开第三阀门24、第四阀门25和第五阀门27，使得第一储气罐23内的氢气沿着连接管路通过第三阀门24和第四阀门25进入第一压缩机26内进行压缩，然后通过第五阀门27将增压后的氢气储存至第一气瓶组28。
参考图1，第二冷却屏组件31包括第二冷却屏8和储存罐1，第二冷却屏8套设于第一蒸气冷却屏6的外部，储存罐1收容有液态工质，储存罐1设置于液氢贮罐外容器12的外部，第二冷却屏8的入口端与储存罐1连接，第二冷却屏8的出口端与第三蒸气冷却屏组件32连通。
具体地，第二冷却屏8的内部设置有管路，液态工质在管路内流通。
第二冷却屏8和储存罐1通过连接管路a连接，且第二冷却屏8和储存罐1之间的连接管路a设置有第六阀门2，储存罐1内收容有低温液氮，能够及时向第二冷却屏8补充液态工质，第二冷却屏8内流通的液氮能够吸收外界环境侵入到绝热层29内的热量。
在本实施例中，第二冷却屏8和储存罐1之间的连接管路a设置有泵，以将储存罐1的液态工质泵送至第二冷却屏8。
参考图1，第三蒸气冷却屏组件32包括第三蒸气冷却屏10和第二气瓶组21，第三蒸气冷却屏10套设于第二冷却屏8的外部，第三蒸气冷却屏10的入口端与第二冷却屏8的气相出口端连通，第三蒸气冷却屏10的出口端与第二气瓶组21连接，第二气瓶组21设置于液氢贮罐外容器12的外部，第三蒸气冷却屏10供第二冷却屏8输出的气态工质的流通，第二气瓶组21用于回收第三蒸气冷却屏10输出的气态工质。
具体地，当第三蒸气冷却屏10中流通的低温氮气冷量无法抵抗外部漏入的热量时，外界漏入的热量能够加速第二冷却屏8内的液氮的蒸发，增大第二冷却屏8输出至第三蒸气冷却屏10的氮气量，从而能够快速地对第三蒸气冷却屏10补充冷量。
具体地，第三蒸气冷却屏10内部设置有管路，第二冷却屏8的低温吸收漏热后相变成低温氮气，第三蒸气冷却屏10的入口管路h和第二冷却屏8的出口管路g串联连接，低温氮气从第二冷却屏8的出口管路g进入第三蒸气冷却屏10的入口管路h，在第三蒸气冷却屏10的内部管路流通，吸收外界侵入绝热层29的漏热后，从第三蒸气冷却屏10的出口管路j流出至第二气瓶组21内部储存。
参考图1，第三蒸气冷却屏组件32还包括第二压缩机19，第二压缩机19的一端连接与第三蒸气冷却屏10的出口端连接，第二压缩机19的另一端与第二气瓶组21连接，第二压缩机19用于压缩第三蒸气冷却屏10输出的气态工质，第二气瓶组21用于收容第二压缩机19输出的气态工质。
具体地，第二压缩机19为空气压缩机。将氮气进行压缩，减小氮气体积，能够使得第二气瓶组21收容更多的氮气。
参考图2，第三蒸气冷却屏组件32还包括第二储气罐16，第二储气罐16的入口端与第三蒸气冷却屏10的出口端连接，第二储气罐16的出口端与第二压缩机19的一端连接，第二储气罐16用于收容第三蒸气冷却屏10输出的气态工质，并输送气态工质至第二压缩机19。
具体地，第三蒸气冷却屏10、第二储气罐16、第二压缩机19和第二气瓶组21依次通过连接管路连接，第三蒸气冷却屏10与第二储气罐16之间的连接管路上设置有第七阀门14和第八阀门15，第二储气罐16和第二压缩机19的连接管路上设置有第九阀门17和第十阀门18，第二压缩机19和第二气瓶组21的连接管路上设置有第十一阀门20。
第三蒸气冷却屏10的出口管路和第二储气罐16的入口端连接，氮气通过第七阀门14和第八阀门15进入第二储气罐16内进行保压储存，当第二储气罐16内部储存有一定量的氮气时，打开第九阀门17、第十阀门18和第十一阀门20，使得第二储气罐16内的氮气沿着连接管路通过第九阀门17和第十阀门18进入第二压缩机19内进行压缩，然后通过第十一阀门20将增压后的氮气储存在第二气瓶组21内。
进一步的，第一蒸气冷却屏6、第二冷却屏8和第三蒸气冷却屏10内部的管路均采用高真空多层绝热材料或者聚氨酯发泡绝热，连接管路均由不锈钢制成。
具体地，第一阀门13、第六阀门2和第七阀门14为低温截止阀，第二阀门22、第三阀门24、第四阀门25、第五阀门27、第八阀门15、第九阀门17、第十阀门18和第十一阀门20均为常温调节阀，这是因为流经第一阀门13、第六阀门2和第七阀门14均为温度较低的工质，采用低温截止阀能够适用于低温工质的流通，不被损坏。
此外，将低温工质通入至蒸气冷却屏后，绝热层29、连接管路缓慢释放的少量气体以及液氢贮罐外容器12漏入的微量空气一定程度上能够冷凝吸附在冷却屏表面，本申请采用三个冷却屏结构，增加了漏入气体在冷却屏中的吸附面积，进一步能够减少高真空中残余气体的导热。
参考图1，绝热层29包括第一绝热层5、第二绝热层7、第三绝热层9和第四绝热层11，第一绝热层5设置于液氢贮罐内容器4和第一蒸气冷却屏6之间，第二绝热层7设置于第一蒸气冷却屏6和第二冷却屏8之间，第三绝热层9设置于第二冷却屏8和第三蒸气冷却屏10之间，第四绝热层11设置于第三蒸气冷却屏10和液氢贮罐外容器12之间。
具体地，第一绝热层5用于抵抗第一蒸气冷却屏6和液氢贮罐内容器4由于温差产生的热传导以及抑制液氢、第一蒸气冷却屏6分别和外部辐射换热带来的冷量损失，降低液氢的蒸发量。
具体地，第二绝热层7能够抑制第一蒸气冷却屏6和第二冷却屏8因温差引起的热传导以及抑制液氢贮罐内容器4和外界的辐射换热，进一步降低液氢的蒸发量。
具体地，第三绝热层9能够减少第二冷却屏8和第三蒸气冷却屏10因温差引起的热传导以及抑制液氢贮罐内容器4和外界的辐射换热，进一步降低液氢的蒸发量。
具体地，第四绝热层11能够减少外界分别与第三蒸气冷却屏10、第二冷却屏8、第一蒸气冷却屏6和液氢贮罐内容器4的辐射换热，进一步降低液氢的蒸发量。
参考图2，绝热层29由多层绝热材料形成，绝热层29设置于高真空环境内。多层绝热材料具有良好的绝热性能，能够提高本申请的绝热性能，降低液氢的蒸发量。
在本实施例中，采用4000立方液氢球形储罐，液氢储罐内容器的直径为19.7m，液氢贮罐外容器12的直径为21.4m，综合考虑了地震载荷、风载荷、储罐的重量和制造成本，得出绝热层29的多层绝热材料为80层时，液氢贮罐的综合绝热性能最优。
一种液氢贮罐用绝热系统的运行过程：首先，将第一绝热层5包扎在液氢贮罐内容器4的外表面，第一蒸气冷却屏6包覆在第一绝热层5的外表面，且第一蒸气冷却屏6的入口管路e与液氢贮罐的出口管路d相连通，低温氢气能够沿第一蒸气冷却屏6内部的管路流通吸收漏热，然后将经过换热后的氢气从第一蒸气冷却屏6的出口管路f引出至第一蒸气冷却屏6与第一储气罐23之间的连接管路n，该连接管路n与液氢贮罐外容器12通过焊接密封在i处并引出至液氢贮罐外，最后，通过第一阀门13和第二阀门22将冷量利用后的氢气通过连接管路n临时储存在第一储气罐23内。将第一储气罐23内的氢气，通过第一储气罐23和第一压缩机26之间的连接管路o、第三阀门24和第四阀门25进入第一压缩机26内，经过第一压缩机26压缩后，通过第一压缩机26和第一气瓶组28之间的连接管路和第五阀门27存入第一气瓶组28中，可直接用于工业气体。
然后，将第二绝热层7叠扎于第一蒸气冷却屏6的外表面，第二冷却屏8组件31包覆在第二绝热层7的外表面，然后将低温从储存罐1通过储存罐1和第二冷却屏8之间的连接管路a和第六阀门2进入第二冷却屏8的入口管路c，入口管路c引出到液氢贮罐外容器12的外部与储存罐1连接，并在b处焊接密封，第二冷却屏8的出口管路g与第三蒸气冷却屏10的入口管路h连接。
将第三绝热层9包扎在第二冷却屏8的外表面，第三蒸气冷却屏10包覆在第三绝热层9的外表面，第二冷却屏8吸收漏入第三绝热层9的热量，吸入的热量致使内部低温蒸发，蒸发出的低温氮气从第二冷却屏8的出口管路g进入第三蒸气冷却屏10的管路流动换热，低温的氮气在第三蒸气冷却屏10充分吸收热量后有第三蒸气冷却屏10的出口管路j流出，且出口管路j与液氢贮罐外容器12在k处通过焊接密封。氮气依次经过第七阀门14、第八阀门15以及第三蒸气冷却屏10和第二储气罐16之间的连接管路L进入第二储气罐16内，然后经第二储气罐16的出口管路m依次通过第九阀门17和第十阀门18进入第二压缩机19内进行压缩，压缩后的氮气通过第十一阀门20回收至第二气瓶组21内。回收的氮气能够用于工业气体，实现工质的循环利用，提高液氢贮罐用绝热系统的经济价值。
最后，将第四绝热层11铺盖在第三蒸气冷却屏10的外表面，液氢贮罐外容器12包覆在第四绝热层11的外表面，通过将液氢贮罐内容器4、第一绝热层5、第一蒸气冷却屏6、第二绝热层7、第二冷却屏6、第三绝热层9、第三蒸气冷却屏10、第四绝热层11和液氢贮罐外容器12依次进行组合安装，液氢贮罐内容器4和液氢贮罐外容器12之间形成有密闭的夹层空间，然后对该密闭夹层空间进行抽真空操作，以抑制内部气体的导热。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，包括：
液氢贮罐内容器，内部收容有液氢；
液氢贮罐外容器，套设于所述液氢贮罐内容器的外部；
绝热层，设置于所述液氢贮罐内容器和所述液氢贮罐外容器之间；
第一蒸气冷却屏组件，部分设置于所述绝热层内，且套设于所述液氢贮罐内容器的外部，所述第一蒸气冷却屏组件与所述液氢贮罐内容器的顶端连通，所述第一蒸气冷却屏组件用于供所述液氢贮罐内容器蒸发出的氢气流通，所述第一蒸气冷却屏组件还设置回收所述液氢贮罐内容器蒸发出的氢气；
第二冷却屏组件，部分设置于所述绝热层内，与所述第一蒸气冷却屏组件间隔设置，且所述第二冷却屏组件套设于所述第一蒸气冷却屏组件的外部，所述第二冷却屏组件用于储存液态工质，且所述液态工质吸收外界热量相变形成气态工质；以及
第三蒸气冷却屏组件，部分设置于所述绝热层内，与所述第二冷却屏组件间隔设置，且所述第三蒸气冷却屏组件套设于所述第二冷却屏组件的外部，所述第三蒸气冷却屏组件还与所述第二冷却屏组件的顶端连通，所述第三蒸气冷却屏组件用于供所述第二冷却屏组件输出的气态工质流通，所述第三蒸气冷却屏组件还设置回收所述第二冷却屏组件输出的气态工质。
2.根据权利要求1所述的液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，所述第一蒸气冷却屏组件包括第一蒸气冷却屏和第一气瓶组，所述第二冷却屏组件套设于所述第一蒸气冷却屏的外部，所述第一蒸气冷却屏的入口端与所述液氢贮罐内容器的气相出口端连接，所述第一蒸气冷却屏的出口端与所述第一气瓶组连通，所述第一气瓶组设置于所述液氢贮罐外容器的外部，所述第一蒸气冷却屏用于供所述液氢贮罐内容器蒸发出的氢气流通，所述第一气瓶组用于回收所述液氢贮罐内容器蒸发出的氢气。
3.根据权利要求2所述的液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，所述第一蒸气冷却屏组件还包括第一压缩机，所述第一压缩机的一端与所述第一蒸气冷却屏的出口端连接，所述第一压缩机的另一端与所述第一气瓶组连接，所述第一压缩机用于压缩所述第一蒸气冷却屏输出的氢气，所述第一气瓶组用于收容所述第一压缩机输出的氢气。
4.根据权利要求3所述的液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，所述第一蒸气冷却屏组件还包括第一储气罐，所述第一储气罐的入口端与第一蒸气冷却屏的出口端连接，所述第一储气罐的出口端与所述第一压缩机的一端连接，所述第一储气罐用于收容所述第一蒸气冷却屏输出的氢气，并输送氢气至所述第一压缩机。
5.根据权利要求2所述的液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，所述第二冷却屏组件包括第二冷却屏和储存罐，所述第二冷却屏套设于所述第一蒸气冷却屏的外部，所述储存罐收容有液态工质，所述储存罐设置于所述液氢贮罐外容器的外部，所述第二冷却屏的入口端与所述储存罐连接，所述第二冷却屏的出口端与所述第三蒸气冷却屏组件连通。
6.根据权利要求5所述的液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，所述第三蒸气冷却屏组件包括第三蒸气冷却屏和第二气瓶组，所述第三蒸气冷却屏套设于第二冷却屏的外部，所述第三蒸气冷却屏的入口端与所述第二冷却屏的气相出口端连通，所述第三蒸气冷却屏的出口端与所述第二气瓶组连接，所述第二气瓶组设置于所述液氢贮罐外容器的外部，所述第三蒸气冷却屏供所述第二冷却屏输出的气态工质的流通，所述第二气瓶组用于回收所述第三蒸气冷却屏输出的气态工质。
7.根据权利要求6所述的液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，所述第三蒸气冷却屏组件还包括第二压缩机，所述第二压缩机的一端连接与所述第三蒸气冷却屏的出口端连接，所述第二压缩机的另一端与所述第二气瓶组连接，所述第二压缩机用于压缩所述第三蒸气冷却屏输出的气态工质，所述第二气瓶组用于收容所述第二压缩机输出的气态工质。
8.根据权利要求7所述的液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，所述第三蒸气冷却屏组件还包括第二储气罐，所述第二储气罐的入口端与所述第三蒸气冷却屏的出口端连接，所述第二储气罐的出口端与所述第二压缩机的一端连接，所述第二储气罐用于收容所述第三蒸气冷却屏输出的气态工质，并输送气态工质至所述第二压缩机。
9.根据权利要求1所述的液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，所述绝热层包括第一绝热层、第二绝热层、第三绝热层和第四绝热层，所述第一绝热层设置于所述液氢贮罐内容器和所述第一蒸气冷却屏组件之间，所述第二绝热层设置于所述第一蒸气冷却屏组件和所述第二冷却屏组件之间，所述第三绝热层设置于所述第二冷却屏组件和所述第三蒸气冷却屏组件之间，所述第四绝热层设置于所述第三蒸气冷却屏组件和液氢贮罐外容器之间。
10.根据权利要求1所述的液氢贮罐用绝热系统，其特征在于，所述绝热层由多层绝热材料形成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310462847.0A CN116447502A (zh) | 2023-04-26 | 2023-04-26 | 一种液氢贮罐用绝热系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310462847.0A CN116447502A (zh) | 2023-04-26 | 2023-04-26 | 一种液氢贮罐用绝热系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116447502A true CN116447502A (zh) | 2023-07-18 |
Family
ID=87123633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310462847.0A Pending CN116447502A (zh) | 2023-04-26 | 2023-04-26 | 一种液氢贮罐用绝热系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116447502A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117662974A (zh) * | 2023-12-01 | 2024-03-08 | 中国特种设备检测研究院 | 一种用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统及其工作方法 |
-
2023
- 2023-04-26 CN CN202310462847.0A patent/CN116447502A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117662974A (zh) * | 2023-12-01 | 2024-03-08 | 中国特种设备检测研究院 | 一种用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统及其工作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108644604B (zh) | 低温杜瓦容器以及低温高压储氢系统 | |
| US20080314050A1 (en) | No-vent liquid hydrogen storage and delivery system | |
| KR102473949B1 (ko) | 선박용 액화수소 저장탱크의 증발가스 처리시스템 | |
| CN114704765B (zh) | 一种基于低温制冷机的氢气液化和蒸发气再冷凝系统 | |
| CN110748786B (zh) | 一种基于氩、氮、和正氢三级保温层的工业储存液氢的装置 | |
| CN116447502A (zh) | 一种液氢贮罐用绝热系统 | |
| KR102473948B1 (ko) | 선박용 액화수소 저장탱크의 증발가스 처리시스템 | |
| CN114322349A (zh) | 耦合直流的回热式制冷机冷却的低温储存系统 | |
| Kim et al. | Operation scenario-based design methodology for large-scale storage systems of liquid hydrogen import terminal | |
| US20050284154A1 (en) | System and method for storing hydrogen at cryogenic temperature | |
| CN100449198C (zh) | 基于低温制冷机的液氢无损储存系统 | |
| CN116447503A (zh) | 一种液氢储罐的绝热装置 | |
| CN216897891U (zh) | 耦合直流的回热式制冷机冷却的低温储存系统 | |
| CN110360441B (zh) | 空间液氢储罐排气冷量利用系统 | |
| CN116447500A (zh) | 一种液氢冷能梯级利用的绝热系统 | |
| CN116729053A (zh) | 一种车载液氢冷能回收再利用系统 | |
| CN115076592B (zh) | 一种液氢储罐bog控制系统和控制方法、液氢储罐 | |
| CN217153800U (zh) | 一种带有高真空绝缘箱的陆用薄膜液氢储罐 | |
| KR101335379B1 (ko) | 초저온 액체 저장용 탱크 | |
| CN209027148U (zh) | 一种低温液态流体存储系统 | |
| CN221801465U (zh) | 超低温液体储运容器 | |
| CN104751909A (zh) | 核电站容器加压蓄能系统 | |
| CN221801463U (zh) | 超低温液体储运容器 | |
| CN218762676U (zh) | 一种超低温液体储存容器用冷屏装置 | |
| KR102716054B1 (ko) | 액화수소밸브용 시험장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |