[發(fā)明專利]一種無額外能耗的液氫零排放存儲(chǔ)系統(tǒng)

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• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112097093A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李艷鋒;李海波;錢繼峰;袁宇良;周銘;董文慶
• 申請（專利權(quán)）人: 中船重工鵬力（南京）超低溫技術(shù)有限公司;中國船舶集團(tuán)有限公司
• 主分類號: F17C1/00
• 分類號: F17C1/00;F17C5/02;F17C7/04;H01M8/04014;H01M8/04082;H01M8/04746
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 李德濺

本發(fā)明公開了一種無額外能耗的液氫零排放存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括大型液氫儲(chǔ)罐（1），所述大型液氫儲(chǔ)罐（1）的頂部設(shè)有氫氣再液化器（2）且氫氣再液化器（2）通過管道與大型液氫儲(chǔ)罐（1）的內(nèi)罐連通；所述大型液氫儲(chǔ)罐（1）通過氫氣管路（6）依次連接空浴式氫氣加熱器（5）和氫燃料電池（4），氫燃料電池（4）通過輸電線路與能夠?yàn)闅錃庠僖夯鳎?）供電的蓄電池（3）連接。本發(fā)明的液氫零排放存儲(chǔ)系統(tǒng)采用氫氣再液化器實(shí)現(xiàn)了大型液氫儲(chǔ)罐的零排放，系統(tǒng)安全性大大提高；采用氫燃料電池供電，解決了制冷機(jī)用電的問題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)閉式獨(dú)立連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)儲(chǔ)存額外電能可以為其他設(shè)備供電，特別適合于液氫運(yùn)輸儲(chǔ)槽或者液氫加氫站等領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氫能源領(lǐng)域中液氫無損儲(chǔ)存技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于制冷機(jī)再液化且沒有額外電能消耗的液氫零排放存儲(chǔ)系統(tǒng)，具體地說是一種無額外能耗的液氫零排放存儲(chǔ)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础Ｏ啾扔跉鈶B(tài)氫，液氫具有高效可控、不易污染、品質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，將成為燃料電池汽車規(guī)模化應(yīng)用的重要推動(dòng)力。液氫技術(shù)也是全球公認(rèn)的可大規(guī)模獲得超純氫的先進(jìn)技術(shù)。

液氫溫度為-253℃，雖然目前已經(jīng)采用了高真空絕熱儲(chǔ)罐進(jìn)行存儲(chǔ)，但是由于無法做到完全絕熱，因此仍有部分液氫持續(xù)氣化，并被直接排放。以日本種子島航天中心大型液氫儲(chǔ)罐為例，其容積為540m³，日蒸發(fā)率大約在0.18％，則每天液氫損耗量為69kg，通常直接排放燃燒，由于氫氣易燃易爆特性，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于氫氣從常溫液化能耗高，也造成了大量的不可逆能量損耗，浪費(fèi)嚴(yán)重。

因此急需一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)氫氣的再液化，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模液氫長距離運(yùn)輸，還需要考慮再液化器功耗等問題，因此開發(fā)一種無額外的外部能源消耗的氫氣再液化裝置具有極大的必要性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種無額外能耗的液氫零排放存儲(chǔ)系統(tǒng)，滿足大規(guī)模液氫的長距離運(yùn)輸或者液氫加氫站等的長時(shí)間保存。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案解決的：

一種無額外能耗的液氫零排放存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括大型液氫儲(chǔ)罐，其特征在于：所述大型液氫儲(chǔ)罐的頂部設(shè)有氫氣再液化器且氫氣再液化器通過管道與大型液氫儲(chǔ)罐的內(nèi)罐連通，大型液氫儲(chǔ)罐內(nèi)蒸發(fā)的液氫自動(dòng)進(jìn)入氫氣再液化器中被冷凝成液體后、重新流回到大型液氫儲(chǔ)罐中；所述大型液氫儲(chǔ)罐通過氫氣管路依次連接空浴式氫氣加熱器和氫燃料電池，氫燃料電池通過輸電線路與能夠?yàn)闅錃庠僖夯鞴╇姷男铍姵剡B接，大型液氫儲(chǔ)罐內(nèi)蒸發(fā)的部分氫氣通過空浴式氫氣加熱器加熱至常溫、然后進(jìn)入氫燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電能，所產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存在蓄電池中。

所述的氫氣再液化器包括氫氣冷凝換熱器、防爆制冷機(jī)、氦氣管道、氦氣壓縮機(jī)，氦氣壓縮機(jī)采用蓄電池供電且氦氣壓縮機(jī)通過氦氣管道與防爆制冷機(jī)相連接以提供防爆制冷機(jī)所需的循環(huán)氦氣，防爆制冷機(jī)通過管道與氫氣冷凝換熱器連接以提供冷量，氫氣冷凝換熱器通過管路與大型液氫儲(chǔ)罐的內(nèi)罐連接。

所述的氫氣冷凝換熱器采用無氧銅結(jié)構(gòu)并采用螺釘安裝在防爆制冷機(jī)的底部。

所述的氦氣壓縮機(jī)采用風(fēng)冷型變頻壓縮機(jī)。

所述的防爆制冷機(jī)采用在20K溫區(qū)具有大制冷量的低溫制冷機(jī)。

所述的氫氣再液化器還包括真空罩和冷屏，所述氫氣冷凝換熱器和防爆制冷機(jī)的低溫部分的外側(cè)設(shè)置有冷屏且冷屏、氫氣冷凝換熱器和防爆制冷機(jī)的低溫部分安裝在真空罩內(nèi)。

所述的冷屏與布置在大型液氫儲(chǔ)罐的內(nèi)罐周圍的大型液氫儲(chǔ)罐冷屏相連接，大型液氫儲(chǔ)罐冷屏采用蒸發(fā)的氫氣冷卻。

所述的大型液氫儲(chǔ)罐和氫氣再液化器共用同一真空環(huán)境，或者氫氣再液化器通過低溫液氫輸液管與大型液氫儲(chǔ)罐連接。