【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低温液氢储存，特别是涉及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。
技术介绍
1、低温液氢储运具有储存密度高、远距离运输成本低的优势，是一种理想的氢能储运模式。
2、液氢运输包括陆运、海运和管道输送三种方式。其中陆运以液氢槽车为主，其储罐通常为圆柱形卧式储罐，是目前采用最多的液氢运输方式；管道运输使用真空绝热管，目前仅用于航天领域；海运多采用球罐或集装箱结构，其中液氢球罐比表面积最小，能够以最小的设备占地面积储存最多的液氢，是大规模液氢储运的重要发展方向。
3、检索发现，目前已公开的关于液氢球罐的专利可分为两类，一类是液氢球罐本体结构设计方案，另一类是支撑结构设计方案，而关于蒸气冷屏结构的液氢球罐绝热系统设计尚未找到已公开专利。
4、蒸气冷屏的概念最早由bobrick于1901年申请的美国专利中提出，是一种利用蒸发的低温气体对液化空气储罐绝热层进行冷却的方案，可在不消耗外部能量前提下对储罐进行降温，后来被广泛应用于航天低温推进剂贮箱的被动绝热结构设计。近年来也被提出适用于民用低温容器的高效绝热，尤其是液氢、液氦等深冷容器的绝热。
5、目前可检索到的关于蒸气冷屏在液氢容器中应用的专利包括6个。
6、杭州富士达特种材料股份有限公司于2022年申请的《超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构及液氢储运气瓶》(申请号：cn 114962978 a)采用单层被动式蒸气冷屏结构，与多层绝热材料结合使用，对液氢气瓶进行绝热。
7、西安交通大学于2022年申
8、中国科学院理化技术研究所于2023年申请的《一种氢液化及零蒸发存储集成系统》(申请号：cn 116123816a)使用低温氦气螺旋管线形成的单层氦气冷屏结构对液氢储罐进行绝热。
9、江苏国富氢能技术装备股份有限公司于2023年授权的《氢燃料电池液氢运输槽车中的罐体蒸发氢气回收利用系统》(授权公告号：cn 218661549 u)使用单层被动蒸气冷屏对液氢槽车的罐体进行绝热，冷屏盘管出口的氢气还将用作氢燃料电池的阳极气体。
10、西安交通大学于2023年申请两项相关专利申请文件，分别是《一种液氢储罐用绝热系统》(申请号：cn 116447502a)和《一种液氢储罐的绝热装置》(申请号：cn 116447503a)。
11、其中申请文件《一种液氢储罐用绝热系统》(申请号：cn 116447502a)使用三组冷屏对液氢储罐进行绝热，靠近冷端的第一蒸气冷屏内为液氢储罐内蒸发产生的低温氢气工质，中间的第二冷屏内为液氮工质，位于最外侧的第三蒸气冷屏内为第二冷屏内液氮蒸发产生的低温氮气工质。该系统结构较为复杂，涉及三组冷屏结构，且第二冷屏内的液氮工质需要源源不断补充，并通过低温循环泵持续提供液体循环动力，增加能耗的同时还可能引入寄生漏热。
12、申请文件《一种液氢储罐的绝热装置》(申请号：cn 116447503 a)采用两组冷屏，其中靠近冷端的为蒸气冷屏，蒸气流经该冷屏后通过压缩机进行回收；靠近热端的为蓄冷工质冷屏，通过循环泵与换热器连通，形成闭合的循环回路。该申请文件中蒸气冷屏管路和蓄冷工质冷屏管路之间不连通，意味着需要独立的蓄冷工质储存容器和循环泵，增加了结构复杂程度；且两组冷屏工作模式固定，不能根据实际环境温度和液氢储罐的漏热进行调整，换热器冷端需要源源不断提供冷量，节能效果一般。
13、此外，航天中也采用主动冷屏结构，由低温循环泵驱动冷屏内气体流动，由制冷机源源不断提供冷量，从而实现航天低温推进剂零蒸发贮存。
14、对于大型船载液氢球罐，由于海上运输周期长，且天气状况、环境温度相比陆上运输更为难以预测，因此对液氢球罐绝热性能的要求更为严苛。同时考虑海上运输过程中能量获取途径的有限性，持续采用制冷机提供冷量将消耗过多的能量。亟需一种结构简单、并可根据环境温度和液氢球罐实际运行工况(液位高度、热分层情况、进入内罐的漏热量)动态控制运行模式的蒸气冷屏系统，从而在降低液氢消耗的同时最大程度节省能量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供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，以解决上述现有技术存在的问题，能够根据海上环境温度和液氢球罐实际运行工况动态调整运行模式，从而在降低液氢消耗的同时最大程度节省能量。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供一种用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，包括：
4、液氢球罐，包括液氢球罐内容器和液氢球罐外容器，其中液氢球罐内容器的内部空间用于储存液氢工质；被动绝热结构，设置于所述液氢球罐内容器的外部；蒸气冷屏，包括一级蒸气冷屏和二级蒸气冷屏，所述一级蒸气冷屏和二级蒸气冷屏间隔安装于所述被动绝热结构内，且所述一级蒸气冷屏与所述液氢球罐内部通过带电磁阀的管路连接；蒸发量热模块，用于监测流经一级蒸气冷屏的氢气流量、温度和压力；数据监测与控制模块，包括数据采集模块和plc控制模块，所述数据监测与控制模块能够根据所述液氢球罐内容器压力，控制所述电磁阀启闭；根据所述蒸发量热模块的数据，计算所述液氢球罐的液氢工质蒸发速率，并判断其与预设临界值的相对大小，在此基础上控制所述一级蒸气冷屏和二级蒸气冷屏之间采用第一路径连通或第二路径连通，同时控制制冷机的启停；主动制冷模块，其与所述第二路径连接，能够对流经第二路径的氢气进行冷却。本专利技术能够充分利用液氢球罐内液氢工质受热蒸发产生低温氢气的冷量和动量，驱动低温氢气依次流经两级蒸气冷屏盘管；在大型船载液氢球罐海上运输过程中可根据环境温度和液氢球罐实际运行工况实时动态切换蒸气冷屏运行模式；在低漏热场景下以两级串联的被动蒸气冷屏模式运转，高漏热场景下以主被动组合的蒸气冷屏模式运转，从而在有效延长液氢储存周期的同时节省制冷机能耗，实现大型船载液氢球罐的减蒸发储存。
5、可选的，所述被动绝热结构设置于所述液氢球罐内容器和液氢球罐外容器之间的空间内。
6、可选的，所述液氢球罐内容器和液氢球罐外容器之间的空间内能够抽真空。
7、可选的，所述被动绝热结构包括聚氨酯泡沫绝热层和变密度多层绝热层，所述变密度多层绝热层设置于所述聚氨酯泡沫绝热层外部，所述一级蒸气冷屏和二级蒸气冷屏间隔安装于所述变密度多层绝热层内。
8、可选的，所述蒸发量热模块包括位于所述一级蒸气冷屏末端的气体体积流量计、温度传感器、压力传感器；所述气体体积流量计、温度传感器、压力传感器分别与所述数据监测与控制模块电连接。
9、可选的，所述第一路径包括被动二级冷屏管路，所述第二路径包括主动二级冷屏管路；所述一级蒸气冷屏末端通过三通电磁阀分别与所述被动二级冷屏管路和主动二级冷屏管路连通，所述被动二级冷屏管路和主动二级冷屏管路末端均与所述二级本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述被动绝热结构设置于所述液氢球罐内容器和液氢球罐外容器之间的空间内。
3.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述液氢球罐内容器和液氢球罐外容器之间的空间能够抽真空。
4.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述被动绝热结构包括聚氨酯泡沫绝热层和变密度多层绝热层，所述变密度多层绝热层设置于所述聚氨酯泡沫绝热层外部，所述一级蒸气冷屏和二级蒸气冷屏间隔安装于所述变密度多层绝热层内。
5.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述蒸发量热模块包括位于所述一级蒸气冷屏末端的气体体积流量计、温度传感器、压力传感器；所述气体体积流量计、温度传感器、压力传感器分别与所述数据监测与控制模块电连接。
6.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述第一路径包括被动二级冷屏管路，所述第
7.根据权利要求6所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述主动制冷模块包括制冷机和与制冷机冷头相连的紫铜块，用于冷却流经主动二级冷屏管路的氢气；所述制冷机和所述数据监测与控制模块电连接。
8.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述一级蒸气冷屏与所述液氢球罐内部之间连通的管路为液氢球罐恒压排气管路，所述电磁阀和所述数据监测与控制模块电连接。
9.一种用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统的工作方法，其特征在于，步骤二包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述被动绝热结构设置于所述液氢球罐内容器和液氢球罐外容器之间的空间内。
3.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述液氢球罐内容器和液氢球罐外容器之间的空间能够抽真空。
4.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述被动绝热结构包括聚氨酯泡沫绝热层和变密度多层绝热层，所述变密度多层绝热层设置于所述聚氨酯泡沫绝热层外部，所述一级蒸气冷屏和二级蒸气冷屏间隔安装于所述变密度多层绝热层内。
5.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢球罐的蒸气冷屏系统，其特征在于，所述蒸发量热模块包括位于所述一级蒸气冷屏末端的气体体积流量计、温度传感器、压力传感器；所述气体体积流量计、温度传感器、压力传感器分别与所述数据监测与控制模块电连接。
6.根据权利要求1所述的用于大型船载液氢...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕蓉蓉，朱鸣，李光海，李翔，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：
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