一种采用液气冷壁的大型液氢全容罐的制作方法

1.本发明属于液氢低温储存装置技术领域，尤其涉及一种采用液气冷壁的大型液氢全容罐。


背景技术：

2.液氢是由氢液化而成的无色无臭的透明液体，是仲氢(p-h2)和正氢(o-h2)的混合物。正氢和仲氢是分子氢的两种自旋异构体，这种异构现象是由于两个氢原子的核自旋有两种可能的偶合而引起的。正氢的原子核自旋方向相同，仲氢的原子核自旋方向相反。仲氢分子的磁矩为零，正氢分子的磁矩为质子磁矩的两倍。仲氢与正氢的化学性质完全相同，而物理性质有所差异，表现为仲氢的基态能量比正氢低。在室温或高于室温时，正、仲氢的平衡组成为75:25，称为标准氢(n-h2)或正常氢。低于常温时，正仲氢的平衡组成将发生变化，仲氢所占的百分比增加。气态氢的正仲态转化在存在催化剂的情况下才能发生，而液态氢则在没有催化剂的情况下自会自发地发生正仲转化，但转化速率较慢。氢的正仲转化是一放热反应，转化过程中放出的热量和转化时的温度有关。为减少正仲氢转化放热造成的液氢蒸发损失，所有液氢产品中要求仲氢含量至少在95％以上，即要求液化时将正氢基本上都催化转化为仲氢。
3.氢气作为一种新兴能源，具有高效、清洁、无污染和可持续等优势，随着我国经济的快速发展和对环境治理要求的不断提高，氢气是当前最有前景的清洁能源之一。
4.随着国内发展趋势的影响以及政策的引导，液氢的使用日益趋近民用市场。液氢是一种深冷的氢气存储技术，深冷到21k以下使之变为液氢，然后存储到特制的容器中。液氢的体积能量密度很高，液氢的密度为常温、常压下气态氢气的845倍，是35mpa高压氢气密度的3倍，是70mpa高压氢气密度的2倍，所以同一体积的储氢容器，其储氢质量大幅度提高。
5.但由于氢自身的危险性和易挥发性，导致其运输和储存的局限性，所以如何更好、更安全地储存和运输液氢。另外，中国专利公开号为cn113864632a，发明创造名称为一种液氢储罐，在储罐主体内部设置绝热板，在绝缘板上设置竖向贯穿的筒状部件，将管道通过筒状部件插入液氢液面中，通过该管道将液氢从罐顶侧导入储罐主体内。但是现有的液氢储罐还需要在隔热保温、绝缘保冷性能等方面进行提高改进。
6.由鉴于此，发明一种采用液气冷壁的大型液氢全容罐是非常必要的。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用液气冷壁的大型液氢全容罐，能够采用汽液冷壁的绝热的方式，提高了传统储罐的绝缘保冷性能，提高储罐内液氢的存储时间。
8.一种采用液气冷壁的大型液氢全容罐，包括外罐，防潮层，保冷层，气冷壁层，液冷壁层，内罐，罐底绝缘砖，罐顶，吊杆，吊顶绝缘和吊顶，所述的外罐为预应力钢筋混凝土结构或金属结构，所述的外罐的内壁装有防潮层，所述的防潮层为阻隔水汽进入罐内的金属
板或树脂类涂漆结构，所述的保冷层为绝缘填充材料，填充在所述的外罐和内罐之间的空间夹层中；所述的气冷壁层和液冷壁层安装在保冷层中间，与外罐和内罐之间都有填充的保冷层；所述的内罐为金属结构的容器；所述的内罐安装在罐底绝缘砖上；所述的罐底绝缘砖安装在外罐底板上，所述的罐底绝缘砖中间也安装有气冷壁层和液冷壁层；所述的外罐的顶部是罐顶，所述的罐顶为预应力钢筋混凝土结构或金属结构；所述的吊顶通过吊杆安装在罐顶，所述的吊顶上方装有吊顶绝缘；所述的吊顶绝缘内部也安装有气冷壁层和液冷壁层。
9.优选的，所述的保冷层为预制的承重型聚氨酯泡沫箱，珍珠砂，真空玻璃珠，气凝胶或高真空绝热板中的至少一种，所述的保冷层的厚度范围设置在400-1200mm。
10.优选的，所述的气冷壁层和液冷壁层由多个预制的标准管板式结构，所述的气冷壁层和液冷壁层分别采用不锈钢，9％镍钢，殷瓦钢，铝合金，或铜合金板的任意一种，所述的气冷壁层和液冷壁层安装在保冷层中，罐底绝缘砖以及吊顶绝缘中，形成全包围的管板式结构。
11.优选的，所述的气冷壁层和液冷壁层可以独立布置在储罐中，也可以联合布置。
12.优选的，所述的罐底绝缘砖采用泡沫玻璃砖，预制玻璃钢块和预制承重型聚氨酯泡沫块的至少一种。
13.优选的，所述的内罐采用不锈钢板，殷瓦钢板或铝合金板中的至少一种。
14.优选的，所述的吊顶采用不锈钢板，9％镍钢板，殷瓦钢板或铝合金板中的至少一种，所述的通过吊杆悬挂固定在罐顶下方，所述的吊顶上方铺设有吊顶绝缘。
15.优选的，所述的吊顶绝缘采用玻璃棉，气凝胶，高真空绝热板或聚氨酯泡沫板中的至少一种。
16.优选的，所述的气冷壁层是通过控制内罐压力，采用外部强制抽气，将内罐蒸发的气体抽取出来。
17.优选的，所述的液冷壁层是通过控制液冷壁层内压力和温度，采用外部强制循环，将液冷壁层内充满制冷液体(如液氮，制冷剂等低温液体)。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
19.该发明采用汽液冷壁的绝热的方式，提高了传统储罐的绝缘保冷性能，提高储罐内液氢的存储时间；本发明可以用于陆用大型立式液氢储罐，还可以用于液氢船舶燃料舱和液氢运输船液货舱的储运，突破了大型储氢压力容器的限制，采用常低压容器满足储氢要求，是一种创新的，应用更为广泛的，更加安全、绿色、环保的液氢储罐。
附图说明
20.图1是本发明的结构示意图。
21.图中：
22.1、外罐；2、防潮层；3、保冷层；4、气冷壁层；5、液冷壁层；6、内罐；7、罐底绝缘砖；8、罐顶；9、吊杆；10、吊顶绝缘；11、吊顶。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明做进一步描述：
24.实施例：
25.如附图1所示，本发明提供一种采用液气冷壁的大型液氢全容罐，包括外罐1，防潮层2，保冷层3，气冷壁层4，液冷壁层5，内罐6，罐底绝缘砖7，罐顶8，吊杆9，吊顶绝缘10和吊顶11，所述的外罐1为预应力钢筋混凝土结构或金属结构，所述的外罐1的内壁装有防潮层2，所述的防潮层2为阻隔水汽进入罐内的金属板或树脂类涂漆结构，所述的保冷层3为绝缘填充材料，填充在所述的外罐1和内罐6之间的空间夹层中；所述的气冷壁层4和液冷壁层5安装在保冷层3中间，与外罐1和内罐6之间都有填充的保冷层3；所述的内罐6为金属结构的容器，用于储存液氢，所述的内罐6安装在罐底绝缘砖7上；所述的罐底绝缘砖7安装在外罐1底板上，所述的罐底绝缘砖7中间也安装有气冷壁层4和液冷壁层5；所述的外罐1的顶部是罐顶8，所述的罐顶8为预应力钢筋混凝土结构或金属结构；所述的吊顶11通过吊杆9安装在罐顶8，所述的吊顶11上方装有吊顶绝缘10；所述的吊顶绝缘10内部也安装有气冷壁层4和液冷壁层5；所述的气冷壁层4和液冷壁层5可以固定在外罐1，内罐6，或者罐顶8上，或者是自支撑结构，安装在罐底绝缘砖7上。
26.上述实施方案中，具体的，所述的保冷层3为预制的承重型聚氨酯泡沫箱，珍珠砂，真空玻璃珠，气凝胶或高真空绝热板中的至少一种，所述的保冷层3的厚度范围设置在400-1200mm。
27.上述实施方案中，具体的，所述的气冷壁层4和液冷壁层5由多个预制的标准管板式结构，所述的气冷壁层4和液冷壁层5分别采用不锈钢，9％镍钢，殷瓦钢，铝合金，或铜合金板的任意一种，所述的气冷壁层4和液冷壁层5安装在保冷层3中，罐底绝缘砖7以及吊顶绝缘10中，形成全包围的管板式结构。
28.上述实施方案中，具体的，所述的气冷壁层4是通过控制内罐6压力，采用外部强制抽气，将内罐6蒸发的气体抽取出来；所述的液冷壁层5是通过控制液冷壁层5内压力和温度，采用外部强制循环，将液冷壁层5内充满制冷液体，如液氮，制冷剂等低温液体；所述的气冷壁层4和液冷壁层5可以独立布置在储罐中，也可以联合布置。
29.上述实施方案中，具体的，所述的罐底绝缘砖7是一种可以承重的绝缘结构，可以将内罐6及液货的重量传递至外罐1底板甚至基础上；所述的罐底绝缘砖7采用泡沫玻璃砖，预制玻璃钢块和预制承重型聚氨酯泡沫块的至少一种；所述的内罐6采用不锈钢板，殷瓦钢板或铝合金板中的至少一种。
30.上述实施方案中，具体的，所述的吊顶11采用不锈钢板，9％镍钢板，殷瓦钢板或铝合金板中的至少一种，所述的通过吊杆9悬挂固定在罐顶8下方，所述的吊顶11上方铺设有吊顶绝缘10；所述的吊顶绝缘10采用玻璃棉，气凝胶，高真空绝热板或聚氨酯泡沫板中的至少一种。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。