一种超临界液态氢存储系统技术方案

根据本实用新型专利技术的超临界液态氢存储系统，包括氢气处理部，用于将氢气处理为超临界液态氢；超临界氢储部具有对液态氢进行存储的罐体，罐体外设置有冷却罩；冷却部具有用于对冷却罩进行冷却的冷却单元，超临界氢储部包括从外至内依次设置的外罐、第一绝热层、真空腔、冷却罩、第二绝热层、内罐，冷却部包括斯特林制冷机、温度传感器以及冷却单元，斯特林制冷机具有冷头，温度传感器设置在冷却罩中，温度传感器与斯特林制冷机相连，冷却单元包括第一导冷件、第二导冷件、脉动热管，第一导冷件与冷头相连，第二导冷件与冷却罩相连，脉动热管的一端与第一导冷件相连，另一端与第二导冷件相连，用于实现冷头和冷却罩之间的冷量交换。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界液态氢存储系统
本技术属于氢能源存储
，具体涉及一种基于斯特林制冷机的超临界液态氢的存储系统。
技术介绍
随着社会的发展和人们物质生活水平的提高，环境保护问题日益得到人们的重视，而解决环境问题一个重要的突破点就是找到一种清洁的能源来减少对环境的破坏。氢能作为一种清洁能源，具有燃烧热值高，储量丰富等优点。氢气的循环使用性较好，燃烧后产生水，可以利用生成水继续制取氢气。因此氢气是未来能源利用的理想选择。然而，在氢气的使用过程中氢气的储运问题则是现代工业应用中的一个巨大难题。目前，储运氢气的方式主要有高压氢气储存和低温液氢储存两种。高压氢气储存是通过一定的机械设备将氢气进行压缩，使氢气的压力不断升高，进而增大氢气的密度，以实现在小容积内存储更多氢气的目的，但这种方法对储氢罐的材料和壁厚提出了相当高的要求，运输成本也比较昂贵。低温液氢储存是通过一定的冷却方式，使氢气的温度降低到冷凝点温度20K以下，从而使氢气液化，获得低温液氢。在通常温度下，平衡氢是含75％正氢和25％仲氢的混合物，称为正常氢。高于常温时，正—仲态的平衡组成不变；低于常温时，正—仲态的平衡组成将会发生变化，温度降低，仲氢的百分比将会增加，氢的正—仲态转化是放热反应，转化过程中放出的热量会使得液氢不断蒸发。为了减少正仲态转化过程中放热所造成的液氢蒸发损失，要求所制得的液氢产品中仲氢含量至少在95％以上。液氢的密度高达70kg/m3，虽然氢能源的存储密度很大，但是液氢在运输过程中容易产生蒸发现象。液氢的蒸发一方面会使得容器罐内的压力不断升高，使容器罐变得比较危险，另一方面也会造成液氢的浪费。
技术实现思路
本技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于斯特林制冷机的超临界液态氢的存储系统。超临界储氢技术，是指将氢气的压力和温度都保持在临界点以上，将处于超临界状态的氢存储起来，其中处于临界点状态的氢气的压力为1.296MPa,温度为33.15K。本技术提供了一种超临界液态氢存储系统，具有这样的特征，包括氢气处理部，用于将氢气处理为超临界液态氢；超临界氢储部，具有对液态氢进行存储的罐体，罐体外设置有冷却罩；以及冷却部，具有用于对冷却罩进行冷却的冷却单元，其中，超临界氢储部包括从外至内依次设置的外罐、第一绝热层、真空腔、冷却罩、第二绝热层、内罐，冷却部包括斯特林制冷机、温度传感器以及冷却单元，斯特林制冷机具有冷头，温度传感器设置在冷却罩中，温度传感器与斯特林制冷机相连，冷却单元包括第一导冷件、第二导冷件、脉动热管，第一导冷件与冷头相连，第二导冷件与冷却罩相连，脉动热管的一端与第一导冷件相连，另一端与第二导冷件相连，用于实现冷头和冷却罩之间的冷量交换。在本技术提供的超临界液态氢存储系统中，还可以具有这样的特征：其中，氢气处理部将氢气通过液氮冷却至90K，达到超临界状态。另外，在本技术提供的超临界液态氢存储系统中，还可以具有这样的特征：其中，冷却罩设置在第二绝热层的外侧，采用铝材料制成。另外，在本技术提供的超临界液态氢存储系统中，还可以具有这样的特征：其中，冷却罩内设置有第一温度传感器，当冷却罩内的温度升高到预定值后，控制单元接收温度传感器的信号并控制斯特林制冷机开始工作，冷头通过脉动热管将冷量导入到冷却罩内，防止内罐内的超临界氢蒸发。另外，在本技术提供的超临界液态氢存储系统中，还可以具有这样的特征：其中，氢气处理部包括第二温度传感器、流量调节阀以及通过管道依次连通的氢气净化装置、氢气加压装置、氢气换热器，流量调节阀设置在氢气加压装置与氢气换热器之间的管路中，第二温度传感器设置在连通氢气换热器出口与流量调节阀的管路中，当温度变化时，流量调节阀的开度大小根据第二温度传感器的反馈信号进行调整。另外，在本技术提供的超临界液态氢存储系统中，还可以具有这样的特征：其中，内罐内部设置有压力传感器用于测量内罐内氢的压力。另外，在本技术提供的超临界液态氢存储系统中，还可以具有这样的特征：其中，冷却部还包括太阳能电池板和蓄电池，太阳能电池板分别与蓄电池和斯特林制冷机相连，用于对蓄电池进行充电和驱动斯特林制冷机工作。另外，在本技术提供的超临界液态氢存储系统中，还可以具有这样的特征：其中，第一导冷件上设置有多道凹槽，用来安装脉动热管。另外，在本技术提供的超临界液态氢存储系统中，还可以具有这样的特征：其中，脉动热管的材料选用铜管，其内径设置为0.05-0.2mm，管路数量大于16。技术的作用与效果根据本技术的超临界液态氢存储系统，因为斯特林制冷机的导冷机构和冷却罩进行连接的，并没有和储罐内部进行直接连接，所以，本技术的超临界液态氢存储系统能有效防止了超临界氢的冷量沿着导冷机构向外界泄露。另外，在传统的高压液态储氢中，由于氢的蒸发温度很低，所以液氢很容易蒸发成为气态，储氢罐内的压力不断升高，增大了储氢罐的危险性。而本技术的超临界液态氢存储系统不存在蒸发问题。进一步地，本技术的超临界液态氢存储系统采用了斯特林制冷机制冷，将超临界氢气储罐内泄漏的热量向外界及时排出，储氢罐的安全性得到了很好的保障。超临界氢储罐和高压氢气储罐相比，存储压力低，安全稳定性更好；超临界氢储罐和液氢储罐相比，存储温度高，和外界的漏热量比较少，更加容易存储。附图说明图1是本技术的实施例中超临界液态氢存储系统示意图；图2是本技术的实施例中超临界氢储部示意图；图3是本技术的实施例中安全防护单元示意图；图4是本技术的实施例中脉动热管与导冷件连接示意图；以及图5是本技术的实施例中导冷件之间管路连接示意图。具体实施方式为了使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本技术的超临界液态氢存储系统作具体阐述。实施例超临界液态氢存储系统包括氢气处理部、超临界氢储部1、冷却部。如图1所示，氢气处理部包括液氮冷却单元、温度传感器15、流量调节阀17以及通过管道依次连通的氢气净化装置6、氢气加压装置7、氢气换热器16。流量调节阀17设置在氢气加压装置7与氢气换热器16之间的管路中，温度传感器15设置在连通氢气换热器16出口与流量调节阀17的管路中，流通阀13设置在氢气换热器16与超临界氢储部1之间的管道22中。液氮冷却单元包括通过管道依次连通的无油离心涡轮压缩机8、透平膨胀压缩机9、液氮冷却装置10、气液分离器11。氢气处理部先对未处理的氢气进行抽样检测，在氢气净化装置6中进行净化处理，接着对氢气氢气加压装置7中进行增压，压力达到要求值后，氢气通过冷却氢气换热器16和液氮进行换热，高温的氢气吸收了液氮的冷量后降温，从而增大氢的密度，可以在超临界氢储部1内存储更多的氢能源。超临界氢从冷却氢气换热器16出来以后，由于管道处设置有温度传感器15，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界液态氢存储系统，其特征在于，包括：/n氢气处理部，用于将氢气处理为超临界液态氢；/n超临界氢储部，具有对所述液态氢进行存储的罐体，所述罐体外设置有冷却罩；以及/n冷却部，具有用于对所述冷却罩进行冷却的冷却单元，/n其中，超临界氢储部包括从外至内依次设置的外罐、第一绝热层、真空腔、冷却罩、第二绝热层、内罐，/n冷却部包括斯特林制冷机、温度传感器以及冷却单元，/n所述斯特林制冷机具有冷头，所述温度传感器设置在所述冷却罩中，所述温度传感器与所述斯特林制冷机相连，/n冷却单元包括第一导冷件、第二导冷件、脉动热管，/n所述第一导冷件与所述冷头相连，所述第二导冷件与所述冷却罩相连，/n所述脉动热管的一端与所述第一导冷件相连，另一端与所述第二导冷件相连，用于实现所述冷头和所述冷却罩之间的冷量交换。/n

【技术特征摘要】
1.一种超临界液态氢存储系统，其特征在于，包括：
氢气处理部，用于将氢气处理为超临界液态氢；
超临界氢储部，具有对所述液态氢进行存储的罐体，所述罐体外设置有冷却罩；以及
冷却部，具有用于对所述冷却罩进行冷却的冷却单元，
其中，超临界氢储部包括从外至内依次设置的外罐、第一绝热层、真空腔、冷却罩、第二绝热层、内罐，
冷却部包括斯特林制冷机、温度传感器以及冷却单元，
所述斯特林制冷机具有冷头，所述温度传感器设置在所述冷却罩中，所述温度传感器与所述斯特林制冷机相连，
冷却单元包括第一导冷件、第二导冷件、脉动热管，
所述第一导冷件与所述冷头相连，所述第二导冷件与所述冷却罩相连，
所述脉动热管的一端与所述第一导冷件相连，另一端与所述第二导冷件相连，用于实现所述冷头和所述冷却罩之间的冷量交换。


2.根据权利要求1所述的超临界液态氢存储系统，其特征在于：
其中，所述氢气处理部将氢气通过液氮冷却至90K，达到超临界状态。


3.根据权利要求1所述的超临界液态氢存储系统，其特征在于：
其中，所述冷却罩设置在第二绝热层的外侧，采用铝材料制成。


4.根据权利要求1所述的超临界液态氢存储系统，其特征在于：
其中，所述冷却罩内设置有第一温度传感器，当所述冷却罩内的温度升高到预定值后，控制单元接收所述温度传感器的信号并控制所述斯特林制冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，王利峰，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：新型
国别省市：上海;31