一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统及运行方法与流程

1.本发明涉及液氢储罐绝热技术领域，尤其涉及一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统及运行方法。


背景技术：

2.近年来，人们对新能源产业的发展日益重视，尤其是对氢能产业的开发力度日益增大。在氢能产业发展过程中，高效，低成本的氢气储运技术是实现大规模用氢的必要保障。现有的技术主要是通过多层绝热材料对液氢储罐进行包裹，减少外环境向液氢储罐的漏热，然而由于液氢汽化显热小，液氢储罐极小漏热都会造成液氢气化蒸发，依旧会造成氢能源的浪费。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统及运行方法。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，包括液氢储罐和氢燃料电池，液氢储罐具有液氢进出口及气氢出口，所述液氢储罐的输出端分别连接有循环管道和气氢输出管道，循环管道上分别连接有循环泵和制冷机，气氢输出管道依次与氢燃料电池和制冷机相连；
6.液氢储罐的罐体侧壁包括液氢储罐外罐体、液氢储罐内罐体以及真空腔，液氢储罐外罐体和液氢储罐内罐体之间分别设有绝热结构和冷却结构。
7.优选地，所述绝热结构包括外部多层绝热材料和内部多层绝热材料，内部多层绝热材料与液氢储罐内罐体之间填充有中间绝热材料。
8.优选地，所述外部多层绝热材料、中间绝热材料和内部多层绝热材料之间为抽真空设置。
9.优选地，所述中间绝热材料为聚氨酯材料、珠光砂和中空玻璃微球材料的一种或几种组合。
10.优选地，所述冷却结构包括大面积冷屏，大面积冷屏位于液氢储罐内罐体和中间绝热材料之间，大面积冷屏具有制冷介质进口及制冷介质出口，两端与循环管道组合连接。
11.优选地，所述循环管道上安装有缓冲罐，所述缓冲罐具有制冷介质进口及制冷介质出口，并通过循环管道分别与大面积冷屏及循环泵连接。
12.优选地，所述氢燃料电池具有气氢进口、空气进口、尾气出口及蓄电装置，气氢进口和尾气出口通过气氢输出管道与液氢储罐连接，所述蓄电装置可以存储氢燃料电池转化的电能，并为制冷机供电。
13.优选地，所述大面积冷屏为六边形蜂窝结构，并采用铝合金材料，且大面积冷屏上
装有扰流管。
14.优选地，所述制冷机能量来源由氢燃料电池的蓄电装置和外接电源同时供给。
15.一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统运行方法，该运行方法包括如下步骤：
16.1)液氢储罐由液氢储罐外罐体、液氢储罐内罐体、绝热结构以及真空腔组成，减少液氢储罐漏热。
17.2)在液氢储罐因漏热致使储罐内液氢气化，在储罐内部不断聚集，引起罐内压力升高时，打开液氢储罐气氢出口，使气氢通过气氢输出管道进入氢燃料电池，与空气中氧气反应，向氢燃料电池中蓄电装置充电，反应后废气通过氢燃料电池尾气出口释放；
18.3)打开制冷机和循环泵电源开关，制冷介质沿循环管道流动，制冷机为制冷介质供冷，制冷介质为绝热结构提供均匀冷量，以减少液氢储罐的外环境向液氢储罐内部漏热。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明对液氢储罐长期贮存中蒸发气氢燃烧热进行回收。一方面可有效减少外环境向液氢储罐内部的漏热，另一方面采用氢燃料电池高效回收气氢燃烧热量，并将其转化为制冷机部分电能，为液氢储罐长期提供冷量，降低液氢储罐内部温度，减少液氢蒸发损耗，提高能源利用效率，实现能源的充分利用。
附图说明
20.为了更具体直观地说明本发明实施例或者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要介绍。
21.图1为本发明提出的结构示意图；
22.图2为复合多层绝热材料结构示意图。
23.图中：液氢储罐01、复合多层绝热材料02、大面积冷屏03、制冷机04、循环泵05、缓冲罐06、循环管道07、氢燃料电池08、气氢输出管道09、液氢储罐外罐体011、液氢储罐内罐体012、外部多层绝热材料021、内部多层绝热材料022。
具体实施方式
24.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一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.参照图1-2，一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，包括液氢储罐01和氢燃料电池08，液氢储罐01具有液氢进出口及气氢出口，液氢储罐01的输出端分别连接有循环管道07和气氢输出管道09，循环管道07上分别连接有循环泵05和制冷机04，气氢输出管道09依次与氢燃料电池08和制冷机04相连，循环泵05具有电动机、制冷介质进口及制冷介质出口，并与循环管道07连接，为制冷介质提供动力；
26.液氢储罐01的罐体侧壁包括液氢储罐外罐体011、液氢储罐内罐体012以及真空腔，液氢储罐外罐体011和液氢储罐内罐体012之间分别设有绝热结构和冷却结构，液氢储罐外罐体011和液氢储罐内罐体012作为外部主要承压部件。
27.本实施方案中，绝热结构包括外部多层绝热材料021和内部多层绝热材料022，内部多层绝热材料022与液氢储罐内罐体012之间填充有中间绝热材料。
28.本实施方案中，外部多层绝热材料021、中间绝热材料和内部多层绝热材料022之
间为抽真空设置。
29.本实施方案中，中间绝热材料为聚氨酯材料、珠光砂和中空玻璃微球材料的一种或几种组合。
30.本实施方案中，冷却结构包括大面积冷屏03，大面积冷屏03位于液氢储罐内罐体012和中间绝热材料之间，大面积冷屏03具有制冷介质进口及制冷介质出口，两端与循环管道07组合连接，大面积冷屏03为液氢储罐01提供持续冷量补给，维持液氢储罐01低温状态。
31.本实施方案中，循环管道07上安装有缓冲罐06，缓冲罐06具有制冷介质进口及制冷介质出口，可以容纳一定量的制冷介质，缓冲罐06具有制冷介质进口及制冷介质出口，并通过循环管道07分别与大面积冷屏03及循环泵05连接，制冷介质可为低温氦气，从制冷机04中获取冷量，为大面积冷屏04提供均匀的冷能补给，从而减少液氢储罐01外环境向液氢储罐内部的漏热。
32.本实施方案中，氢燃料电池08具有气氢进口、空气进口、尾气出口及蓄电装置，气氢进口和尾气出口通过气氢输出管道09与液氢储罐01连接，蓄电装置可以存储氢燃料电池转化的电能，并为制冷机供电。
33.本实施方案中，大面积冷屏03为六边形蜂窝结构，大面积冷屏03用于吸收外环境向液氢储罐01内部方向的漏热，采用六边形蜂窝结构增大辐射换热面积，并采用铝合金材料，且大面积冷屏03上装有扰流管。
34.本实施方案中，制冷机04能量来源由氢燃料电池08的蓄电装置和外接电源同时供给。
35.一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统运行方法，该运行方法包括如下步骤：
36.1)液氢储罐01由液氢储罐外罐体011、液氢储罐内罐体012、绝热结构以及真空腔组成，减少液氢储罐01漏热。
37.2)在液氢储罐01因漏热致使储罐内液氢气化，在储罐内部不断聚集，引起罐内压力升高时，打开液氢储罐01气氢出口，使气氢通过气氢输出管道09进入氢燃料电池08，与空气中氧气反应，向氢燃料电池08中蓄电装置充电，反应后废气通过氢燃料电池08尾气出口释放；
38.3)打开制冷机04和循环泵05电源开关，制冷介质沿循环管道07流动，制冷机04为制冷介质供冷，制冷介质为绝热结构提供均匀冷量，以减少液氢储罐01的外环境向液氢储罐内部漏热。
39.在液氢储罐01长期贮存中，首先，液氢储罐01由其他绝热材料、内部多层绝热材料022及外部多层绝热材料021进行绝热保温，其他绝热材料填充在内罐体和内层多层绝热材料之间，为聚氨酯材料，珠光砂，中空玻璃微球保温材料的一种或几种组合，减少液氢储罐漏热。
40.然而由于液氢气化潜热小，极小的漏热都会使液氢蒸发，现阶段技术又无法做到液氢储罐01完全绝热，这些漏热致使储罐内液氢气化，在储罐内部不断聚集，引起罐内压力升高。
41.液氢储罐01储存一段时间后，打开液氢储罐01气氢出口，使气氢通过气氢输出管道09进入氢燃料电池08，与空气中氧气反应，向氢燃料电池08中蓄电装置充电，反应后废气
通过氢燃料电池08尾气出口释放；打开制冷机04和循环泵05电源开关，制冷介质沿循环管道07流动，制冷机04为制冷介质供冷，制冷介质为复合多层绝热材料提供均匀冷量，以减少液氢储罐01外环境向液氢储罐01内部漏热，从而降低液氢蒸发损耗，提高液氢能源利用效率，实现能源的充分利用。
42.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，包括液氢储罐(01)和氢燃料电池(08)，液氢储罐(01)具有液氢进出口及气氢出口，其特征在于，所述液氢储罐(01)的输出端分别连接有循环管道(07)和气氢输出管道(09)，循环管道(07)上分别连接有循环泵(05)和制冷机(04)，气氢输出管道(09)依次与氢燃料电池(08)和制冷机(04)相连；液氢储罐(01)的罐体侧壁包括液氢储罐外罐体(011)、液氢储罐内罐体(012)以及真空腔，液氢储罐外罐体(011)和液氢储罐内罐体(012)之间分别设有绝热结构和冷却结构。2.根据权利要求1所述的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，其特征在于，所述绝热结构包括外部多层绝热材料(021)和内部多层绝热材料(022)，内部多层绝热材料(022)与液氢储罐内罐体(012)之间填充有中间绝热材料。3.根据权利要求2所述的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，其特征在于，所述外部多层绝热材料(021)、中间绝热材料和内部多层绝热材料(022)之间为抽真空设置。4.根据权利要求3所述的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，其特征在于，所述中间绝热材料为聚氨酯材料、珠光砂和中空玻璃微球材料的一种或几种组合。5.根据权利要求4所述的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，其特征在于，所述冷却结构包括大面积冷屏(03)，大面积冷屏(03)位于液氢储罐内罐体(012)和中间绝热材料之间，大面积冷屏(03)具有制冷介质进口及制冷介质出口，两端与循环管道(07)组合连接。6.根据权利要求5所述的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，其特征在于，所述循环管道(07)上安装有缓冲罐(06)，所述缓冲罐(06)具有制冷介质进口及制冷介质出口，并通过循环管道(07)分别与大面积冷屏(03)及循环泵(05)连接。7.根据权利要求6所述的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，其特征在于，所述氢燃料电池(08)具有气氢进口、空气进口、尾气出口及蓄电装置，气氢进口和尾气出口通过气氢输出管道(09)与液氢储罐(01)连接，所述蓄电装置可以存储氢燃料电池转化的电能，并为制冷机供电。8.根据权利要求7所述的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，其特征在于，所述大面积冷屏(03)为六边形蜂窝结构，并采用铝合金材料，且大面积冷屏(03)上装有扰流管。9.根据权利要求8所述的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统，其特征在于，所述制冷机(04)能量来源由氢燃料电池(08)的蓄电装置和外接电源同时供给。10.如权利要求1-9任一项所述的一种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统运行方法，其特征在于，该运行方法包括如下步骤：1)液氢储罐(01)由液氢储罐外罐体(011)、液氢储罐内罐体(012)、绝热结构以及真空腔组成，减少液氢储罐(01)漏热。2)在液氢储罐(01)因漏热致使储罐内液氢气化，在储罐内部不断聚集，引起罐内压力升高时，打开液氢储罐(01)气氢出口，使气氢通过气氢输出管道(09)进入氢燃料电池(08)，与空气中氧气反应，向氢燃料电池(08)中蓄电装置充电，反应后废气通过氢燃料电池(08)尾气出口释放；3)打开制冷机(04)和循环泵(05)电源开关，制冷介质沿循环管道(07)流动，制冷机
(04)为制冷介质供冷，制冷介质为绝热结构提供均匀冷量，以减少液氢储罐(01)的外环境向液氢储罐内部漏热。

技术总结
本发明公开了种采用氢燃料电池进行能量回收的液氢储罐系统及运行方法，包括液氢储罐和氢燃料电池，液氢储罐具有液氢进出口及气氢出口，所述液氢储罐的输出端分别连接有循环管道和气氢输出管道，循环管道上分别连接有循环泵和制冷机，气氢输出管道依次与氢燃料电池和制冷机相连。本发明对液氢储罐长期贮存中蒸发气氢燃烧热进行回收。一方面可有效减少外环境向液氢储罐内部的漏热，另一方面采用氢燃料电池高效回收气氢燃烧热量，并将其转化为制冷机部分电能，为液氢储罐长期提供冷量，降低液氢储罐内部温度，减少液氢蒸发损耗，提高能源利用效率，实现能源的充分利用。实现能源的充分利用。实现能源的充分利用。


技术研发人员：余萌 李德锋 金苏柯 李阳 胡家喜 孟志文 罗婵媛 丁益 刘彤
受保护的技术使用者：江苏省特种设备安全监督检验研究院
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/13