申请/专利权人：中国科学院理化技术研究所

申请日：2019-05-17

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN110081303B

主分类号：F17C1/12

分类号：F17C1/12;F17C13/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2019.08.27#实质审查的生效;2019.08.02#公开

摘要：本发明涉及低温液体贮存技术领域，公开了一种液化气体存储装置，包括：用于存储液化气体的贮箱以及设置在贮箱上的制冷机；贮箱的四周设有屏障结构，贮箱的内部设有低温换热器，制冷机分别与屏障结构和低温换热器相连。本发明提供的一种液化气体存储装置，通过在贮箱上设置制冷机产生冷源，并将冷量分别传递给贮箱四周的屏障结构和贮箱内部的低温换热器，可在贮箱四周形成低温屏障，减少外界向贮箱内的漏热，减少贮箱内液化气体的汽化；同时可在贮箱内部提供冷源，使汽化的气体再次冷凝；屏障结构和低温换热器的双重作用，可实现贮箱内部气体所在空间压力降低，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。

主权项：1.一种液化气体存储装置，包括：用于存储液化气体的贮箱以及设置在所述贮箱上的制冷机；其特征在于，所述贮箱的四周设有屏障结构，所述贮箱的内部设有低温换热器，所述制冷机分别与所述屏障结构和所述低温换热器相连，所述制冷机包括压缩机和冷头，所述压缩机通过过渡通道与所述冷头相连，所述冷头与冷量输运通道的一端相连，所述冷量输运通道的另一端插入所述贮箱内部与低温换热器相连，所述屏障结构与所述过渡通道相连，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，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，所述内壁上设有第一凸出部，所述第一凸出部插入所述第一保温材料层中，所述第一凸出部为中空结构且与所述贮箱内部连通，所述冷头与所述第一凸出部的第一壁面相接，所述冷量输运通道穿过所述第一壁面插入所述贮箱内部，所述第一凸出部的壁面上设有多个热桥，所述外壁上设有第二凸出部，所述第二凸出部为中空结构且与所述第二真空间隙连通，所述压缩机与所述第二凸出部远离所述外壁的一端相接，所述过渡通道依次穿过所述第二凸出部、第二保温材料层和冷屏后插入第一保温材料层中与所述冷头相连。

全文数据：一种液化气体存储装置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气体存储装置。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气体存储装置，用于解决或部分解决现有液化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，本发明提供一种液化气体存储装置，包括：用于存储液化气体的贮箱以及设置在所述贮箱上的制冷机；所述贮箱的四周设有屏障结构，所述贮箱的内部设有低温换热器，所述制冷机分别与所述屏障结构和所述低温换热器相连。在上述方案的基础上，所述制冷机包括压缩机和冷头，所述压缩机通过过渡通道与所述冷头相连，所述冷头与冷量输运通道的一端相连，所述冷量输运通道的另一端插入所述贮箱内部与低温换热器相连，所述屏障结构与所述过渡通道相连。在上述方案的基础上，所述低温换热器置于所述贮箱内部液化气体中、汽化气体中或与所述贮箱的壁面相连。在上述方案的基础上，还包括：热开关、压力传感器和控制器；所述热开关设置在所述冷量输运通道靠近所述冷头的一端或所述过渡通道靠近所述压缩机的一端，所述压力传感器设置在所述贮箱内部，所述控制器分别与所述压缩机、热开关和压力传感器相连，所述控制器用于根据所述贮箱内部的气体压力控制压缩机和热开关的间歇性同步开启和断开。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，所述内壁上设有第一凸出部，所述第一凸出部插入所述第一保温材料层中，所述第一凸出部为中空结构且与所述贮箱内部连通，所述冷头与所述第一凸出部的第一壁面相接，所述冷量输运通道穿过所述第一壁面插入所述贮箱内部。在上述方案的基础上，所述第一凸出部的壁面上设有多个热桥。在上述方案的基础上，所述外壁上设有第二凸出部，所述第二凸出部为中空结构且与所述第二真空间隙连通，所述压缩机与所述第二凸出部远离所述外壁的一端相接，所述过渡通道依次穿过所述第二凸出部、第二保温材料层和冷屏后插入第一保温材料层中与所述冷头相连。在上述方案的基础上，所述第二凸出部的壁面上设有真空抽嘴。三有益效果本发明提供的一种液化气体存储装置，通过在贮箱上设置制冷机产生冷源，并将冷量分别传递给贮箱四周的屏障结构和贮箱内部的低温换热器，可在贮箱四周形成低温屏障，减少外界向贮箱内的漏热，维持贮箱内低温环境，减少贮箱内液化气体的汽化；同时可在贮箱内部提供冷源，降低贮箱内部的温度，使汽化的气体再次冷凝；屏障结构和低温换热器的双重作用，可实现贮箱内部气体所在空间压力降低，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。附图说明图1为本发明实施例的一种液化气体存储装置的结构示意图。附图标记说明：1—压缩机；2—真空抽嘴；3—外壁；4—冷屏；5—内壁；6a—第二保温材料层；6b—真空腔体；7—第一保温材料层；8—液化气体；9—汽化气体；10—低温换热器；11—冷量输运通道；12—热桥；13—冷头；14—过渡通道；15—第一凸出部；16—第二凸出部。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气体存储装置，参考图1，该存储装置包括：用于存储液化气体8的贮箱以及设置在贮箱上的制冷机。贮箱的四周设有屏障结构。贮箱的内部设有低温换热器10。制冷机分别与屏障结构和低温换热器10相连。本实施例提供的一种液化气体存储装置，通过在贮箱上设置制冷机产生冷源，并将冷量分别传递给贮箱四周的屏障结构和贮箱内部的低温换热器10，可在贮箱四周形成低温屏障，减少外界向贮箱内的漏热，维持贮箱内低温环境，减少贮箱内液化气体的汽化；同时在贮箱内部提供冷源，降低贮箱内部的温度，使汽化的气体再次冷凝；屏障结构和低温换热器10的双重作用，可实现贮箱内部气体所在空间压力降低，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。该存储装置使用制冷机在贮箱四周形成低温屏障，在贮箱内部提供冷源，实现低温液体贮箱零蒸发的主动制冷技术。在上述实施例的基础上，进一步地，制冷机包括压缩机1和冷头13。压缩机1通过过渡通道14与冷头13相连。冷头13与冷量输运通道11的一端相连，冷量输运通道11的另一端插入贮箱内部与低温换热器10相连。屏障结构与过渡通道14相连。本实施例对制冷机与贮箱之间的连接进行了说明。制冷机的压缩机1与外部电源相连，通过压缩机1的运行可在冷头13处产生冷量。压缩机1和冷头13之间设有过渡通道14，过渡通道14为冷量传递的变温过渡段。从压缩机1沿过渡通道14至冷头13，温度依次降低。冷头13处的冷量通过冷量输运通道11传送至低温换热器10。低温换热器10置于贮箱内部对贮箱内部空间进行降温，使汽化的气体冷凝以控制压力。冷量输运通道11可穿过贮箱的壁面连接冷头13和低温换热器10。屏障结构在贮箱的四周与过渡通道14相连，吸收过渡通道14处的冷量，在贮箱四周形成低温屏障，降低由外界向贮箱内的漏热。屏障结构利用过渡通道14的冷量，而进一步通过冷量输运通道11将温度更低的冷量导入至低温换热器10，实现气体的再冷凝，可分阶段针对性的利用制冷机产生的不同温度阶段的冷量，使得制冷机产生的不同温度阶段的冷量均得以充分利用，从而实现冷量的有效合理利用，避免能源浪费，提高制冷降温效率，有利于节约能耗。进一步地，冷量输运通道11和过渡通道14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，低温换热器10置于贮箱内部液化气体8即低温液体中、汽化气体9中或与贮箱的壁面相连。具体不做限定。在上述实施例的基础上，进一步地，一种液化气体存储装置还包括：热开关、压力传感器和控制器。热开关设置在冷量输运通道11靠近冷头13的一端或过渡通道14靠近压缩机1的一端。压力传感器设置在贮箱内部，控制器分别与压缩机1、热开关和压力传感器相连。控制器用于根据贮箱内部的气体压力控制压缩机1和热开关的间歇性同步开启和断开。该液化气体8存储装置设置制冷机为间歇性工作模式。压力传感器用于实时监测贮箱内部气体的压力。控制器根据该压力来控制制冷机的运行。当气体压力超过设定值后，启动制冷机降温，实现气体的再冷凝，从而气体所在空间压力降低；当气体所在空间压力降低到安全区间后，关闭制冷机压缩机1。进一步地，控制器在控制制冷机启动运行的同时，控制热开关闭合，使得制冷机产生的冷量能够沿着过渡通道14和冷量输运通道11输送至屏障结构以及贮箱内部进行降温；而控制器在控制制冷机关闭停止运行时，同时控制热开关断开，使得外界热量无法沿过渡通道14或冷量输运通道11传输，从而避免外界对制冷机的漏热沿过渡通道14或冷量输运通道11通过固体导热导入贮箱内部。热开关设置在冷量输运通道11靠近冷头13的一端或过渡通道14靠近压缩机1的一端，可在制冷机停止运行时，从较远离低温换热器10的位置处截断热量传输，从而可更好的减少外界通过固体导热向贮箱内部的漏热，有利于维持贮箱低温环境。本实施例提供的一种液化气体存储装置，设置制冷机为间歇性工作模式，可避免制冷机连续运行，从而使得制冷机每次运行均可保持较佳运行效率，从而提高制冷降温效率，同时节约制冷机消耗电能，减轻能源负担；在过渡通道14或冷量输运通道11上安装了热开关，能够有效减小关闭制冷机后由处于室温端的制冷机向贮箱内部的固体导热，从而减少贮箱内部的漏热，提高降温效率。在上述实施例的基础上，进一步地，贮箱的壁面包括内壁5。屏障结构包括冷屏4。冷屏4包围设在内壁5的外侧，内壁5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5包围在内部的壁面，因为该壁面与过渡通道14接触温度较低，因此称为冷屏4。液化气体8存储在内壁5的内侧空间内。冷屏4和内壁5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3。外壁3包围设在冷屏4的外侧。冷屏4和外壁3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7。冷屏4的外侧包裹设有第二保温材料层6a。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5和外壁3双层壁面。内壁5和外壁3之间存在真空间隙。冷屏4设置在内壁5和外壁3之间，与内壁5和外壁3之间均存在间隙。冷屏4处于第一保温材料层7和第二保温材料层6a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7和第二保温材料层6a处于真空环境中，可有效发挥作用。第二保温材料层6a与外壁3之间可存在间隙，以增强保温效果，减少漏热，且减少外壁3表面的结霜。在上述实施例的基础上，进一步地，内壁5上设有第一凸出部15。第一凸出部15插入第一保温材料层7中。第一凸出部15为中空结构且与贮箱内部连通。冷头13与第一凸出部15的第一壁面相接。冷量输运通道11穿过第一壁面插入贮箱内部。在低温换热器10置于贮箱内部时，在贮箱内壁5上设置第一凸出部15，冷量输运通道11在第一凸出部15处插入贮箱内部。设置第一凸出部15可起到温度的过渡作用。因为液化气体8的温度非常低，与外部环境温度差较大。设置第一凸出部15可增加与液化气体8之间的距离，使得第一凸出部15壁面与外部环境的温度差相对减少，进而可减少在第一凸出部15壁面外表面形成结霜；且第一凸出部15内部空间存储的是汽化气体9，设置第一凸出部15还可增加汽化气体9与冷量输运通道11以及低温换热器10接触的范围，有利于更好的对汽化气体9进行降温冷凝。因为内壁5的外侧包裹设有第一保温材料层7，因此凸出于内壁5的凸出部会插入第一保温材料层7中。冷头13与第一壁面接触，可使得冷头13处的冷量直接通过第一壁面传递给贮箱内壁5，可更加有效的将冷量输送至贮箱中，提高降温效率。冷头13同样位于第一保温材料层7中，还可对其进行冷却降温，提高保温效率，防止漏热。在上述实施例的基础上，进一步地，第一凸出部15的壁面上设有多个热桥12。可以有效减少低温液体贮箱内壁5与制冷机冷头13之间的漏热。在第一凸出部15的第一壁面两侧的壁面上分别设置热桥12。热桥12同样处于第一保温材料层7内部。在上述实施例的基础上，进一步地，外壁3上设有第二凸出部16。第二凸出部16为中空结构且与第二真空间隙连通。压缩机1与第二凸出部16远离所述外壁3的一端相接。过渡通道14依次穿过第二凸出部16、第二保温材料层6a和冷屏4后插入第一保温材料层7中与冷头13相连。设置第二凸出部16同样可起到温度的过渡作用。设置第二凸出部16可增加与外壁3内部间隙之间的距离，使得第二凸出部16壁面与外部环境的温度差相对减少，进而可减少在第二凸出部16壁面外表面形成结霜；且压缩机1与第二凸出部16相连，使得过渡通道14直接插入第二凸出部16中，过渡通道14处于真空环境中，可防止外界向过渡通道14漏热而保持低温，有利于保持冷源温度，更好的对汽化气体9进行降温冷凝。设置第二凸出部16用于连接压缩机1，还可更好的将压缩机1与贮箱连接起来，使整体结构更加紧凑一体化。过渡通道14穿过冷屏4，实现与冷屏4的连接，进而将冷量传递给冷屏4。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5外侧的壁面。在上述实施例的基础上，进一步地，第二凸出部16的壁面上设有真空抽嘴2。便于进行抽真空处理。在上述实施例的基础上，进一步地，一种液化气体存储装置主要由制冷机压缩机1、真空抽嘴2、低温液体贮箱外壁3、冷屏4、低温液体贮箱内壁5、第一保温材料层7、真空腔体6b、第二保温材料层6a、低温液体、气体、低温换热器10、冷量输运通道11、热桥12、制冷机冷头13和制冷机变温过渡段等部件。其中真空腔体6b即为第二保温材料层6a与外壁3之间的间隙形成的空腔。过渡通道14即为制冷机变温过渡段。在制冷机变温过渡段中部某位置安装冷屏4，用于给第一保温材料层7和第二保温材料层6a降温，降低由通过低温液体贮箱外壁3向低温液体贮箱内壁5的漏热。通过冷量输运通道11将温度更低的制冷机冷头13的冷量导入至低温换热器10，实现气体的再冷凝，从而实现整套装置不向外界环境排放气体。制冷机冷头13与低温液体贮箱内壁5内部的气体隔离，能够保证制冷机变温过渡段和制冷机冷头13处于真空状态。其中第一真空间隙和第二真空间隙的真空度介于0Pa和常压之间。在制冷机冷头13与低温液体贮箱内壁5之间安装有热桥12，可以有效减少低温液体贮箱内壁5与制冷机冷头13之间的漏热。在低温液体贮箱内壁5与冷屏4之间填充了第一保温材料层7。在冷屏4外包扎了第二保温材料层6a。进一步减少通过低温液体贮箱外壁3向低温液体贮箱内壁5的漏热，从而降低再冷凝气体制冷机所需要消耗的功耗，节约能源。低温液体可以是液氦、液氢、液氮或者其他低温液体。以低温液体为液氢时为例，该存储装置的具体操作为：在制冷机变温过渡段中部某位置安装冷屏4，将第一保温材料层7和第二保温材料层6a温度降低，减小由通过低温液体贮箱外壁3向低温液体贮箱内壁5的漏热。同时，通过冷量输运通道11将温度更低的制冷机冷头13的冷量导入至低温换热器10，实现气体的再冷凝，从而实现整套装置不向外界环境排放气体。将制冷机冷头13与低温液体贮箱内壁5内部的气体隔离，主要是为了能够保证制冷机变温过渡段和制冷机冷头13处于真空状态。另外，在制冷机冷头13与低温液体贮箱内壁5之间安装了热桥12，这样是为了减少低温液体贮箱内壁5与制冷机冷头13之间的漏热。另外，在低温液体贮箱内壁5与冷屏4之间填充了第一保温材料层7，在冷屏4外包扎了第二保温材料层6a，进一步减少通过低温液体贮箱外壁3向低温液体贮箱内壁5的漏热，从而降低再冷凝气体制冷机所需要消耗的功耗。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。

权利要求：1.一种液化气体存储装置，包括：用于存储液化气体的贮箱以及设置在所述贮箱上的制冷机；其特征在于，所述贮箱的四周设有屏障结构，所述贮箱的内部设有低温换热器，所述制冷机分别与所述屏障结构和所述低温换热器相连。2.根据权利要求1所述的液化气体存储装置，其特征在于，所述制冷机包括压缩机和冷头，所述压缩机通过过渡通道与所述冷头相连，所述冷头与冷量输运通道的一端相连，所述冷量输运通道的另一端插入所述贮箱内部与低温换热器相连，所述屏障结构与所述过渡通道相连。3.根据权利要求2所述的液化气体存储装置，其特征在于，所述低温换热器置于所述贮箱内部液化气体中、汽化气体中或与所述贮箱的壁面相连。4.根据权利要求2所述的液化气体存储装置，其特征在于，还包括：热开关、压力传感器和控制器；所述热开关设置在所述冷量输运通道靠近所述冷头的一端或所述过渡通道靠近所述压缩机的一端，所述压力传感器设置在所述贮箱内部，所述控制器分别与所述压缩机、热开关和压力传感器相连，所述控制器用于根据所述贮箱内部的气体压力控制压缩机和热开关的间歇性同步开启和断开。5.根据权利要求2-4任一所述的液化气体存储装置，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。6.根据权利要求5所述的液化气体存储装置，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。7.根据权利要求6所述的液化气体存储装置，其特征在于，所述内壁上设有第一凸出部，所述第一凸出部插入所述第一保温材料层中，所述第一凸出部为中空结构且与所述贮箱内部连通，所述冷头与所述第一凸出部的第一壁面相接，所述冷量输运通道穿过所述第一壁面插入所述贮箱内部。8.根据权利要求7所述的液化气体存储装置，其特征在于，所述第一凸出部的壁面上设有多个热桥。9.根据权利要求6所述的液化气体存储装置，其特征在于，所述外壁上设有第二凸出部，所述第二凸出部为中空结构且与所述第二真空间隙连通，所述压缩机与所述第二凸出部远离所述外壁的一端相接，所述过渡通道依次穿过所述第二凸出部、第二保温材料层和冷屏后插入第一保温材料层中与所述冷头相连。10.根据权利要求9所述的液化气体存储装置，其特征在于，所述第二凸出部的壁面上设有真空抽嘴。

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