一种均温型低温液体燃料储罐及延缓泄放方法

本发明涉及低温液体燃料储存领域，具体涉及一种均温型低温液体燃料储罐及延缓泄放方法。

背景技术：

1、为了更高的体积密度，包括氢能、天然气、氧气等通常以低温液体的形式长时间储存或长距离运输。由于低温液体与环境存在较大的温差，使其在储存过程中不可避免发生漏热。受到自然对流的影响，被加热的高温气体将逐渐聚集于罐内顶部，顶部气体由于传热慢且比热小，热量聚集情况下容易快速升温升压，导致储存系统提前达到泄放压力而泄放，造成液体燃料的损失。延缓超压泄放对低温液体燃料长时间存储系统具有重要意义，不仅可以降低低温液体燃料储存输运过程的损失，而且可以减少泄放造成的温室效应和污染，对于推动实现“双碳目标”具有重大意义。

2、目前，低温液体燃料存储领域延缓超压泄放损失的方法分为主动方式和被动方式。主动方式包括用其他低温液体冷却目标液体燃料，例如使用液氮或液氦等冷却液来延长液氢等液体燃料存储时间，或额外添加冷却系统，例如中国专利202222821009.1利用低温氦气冷却液氢。但是这样系统设备复杂，能耗高，成本高。中国专利202210853783.2通过在液氢储罐内添加催化剂以促进正仲氢转化吸热的被动方式，延长液氢存储时间。但是，催化剂活性会随着时间推移而逐渐下降，最终失效，失效后也难以更换。因此，低温液体燃料存储系统如何低能耗，低成本，长时间延缓超压泄放是当前的关键问题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种延缓超压泄放的低温液体燃料储罐装置及方法。本发明利用丝网可以改善罐内传热，抑制热分层现象，延缓顶部气体因快速升温升压导致的提前超压泄放，减少液体燃料损失，达到长时间存储的目的。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种均温型低温液体燃料储罐，包括外壳体、内胆、加注管、排气管和液体供应管；

4、所述外壳体与内胆之间同轴套设且通过内胆支撑相连，外壳体与内胆之间的区域形成真空绝热层；所述内胆外壁敷设有保温层，保温层外侧敷设有反射层；所述内胆内壁敷设有内胆内衬，内胆内部填充有丝网；所述外壳体外壁涂敷有辐射制冷涂层；

5、所述加注管的一端伸入内胆内顶部，另一端位于外壳体外部且分别与加注压力计和加注阀相连；所述排气管的一端伸入内胆内顶部，另一端位于外壳体外部且分别与气压计和三通管的第一端口相连；所述三通管的第二端口连接泄放管和泄放阀，第三端口连接气体供应管和气体供应阀；所述液体供应管的一端伸入内胆内底部，另一端位于外壳体外部且与液体供应阀相连。

6、作为优选，所述加注管部分内嵌于顶部的内胆支撑内实现固定，排气管和液体供应管分别部分内嵌于侧面的内胆支撑内实现固定。

7、作为优选，所述保温层由多层保温材料构成，保温材料包括玻璃纤维、硅酸铝岩棉、玻璃棉和气凝胶材料中的一种或多种的组合。

8、作为优选，所述均温型低温液体燃料储罐的放置方式为立式或卧式，型号为c型储罐、杜瓦罐或球形罐。

9、作为优选，所述丝网的形状包括人字形网、乙字形网、菱形网、马蹄式网、链条式网、眼镜形网、链板式网或球型网。

10、作为优选，所述丝网的材料为泡沫金属、碳纤维、铝或钢。

11、作为优选，所述加注管伸入内胆的一端突出于内胆内衬，使内胆内部液体无法完全充满。

12、第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述均温型低温液体燃料储罐的延缓泄放方法，具体如下：

13、开启加注阀，通过加注管向内胆内部加注低温液体燃料直至液面与加注管端部平齐，通过加注管对液体燃料实现液封；

14、在储存过程中，由于罐内的低温液体燃料与外部环境之间存在温差，在保温层的作用下仍然存在持续的吸热过程，导致罐内液体燃料吸热升温变成气态燃料；同时，由于液体燃料充注的充液率小于1，导致罐内存在上下气液分层现象；在罐内低温液体燃料与外部环境的吸热过程中，由于罐内上部气相区的燃料导热系数相较于下部液相侧较低，导致气液两相间热量传递热阻较大，气相容易出现局部过热现象；通过罐内设置的导热性能良好的丝网，减小气相区以及气液界面的传热热阻，抑制温度分层现象，从而避免气相区由于热阻较大且热容较小而出现局部快速升温而升压的现象，避免因局部压力升高导致均温型低温液体燃料储罐在较低的平均温度下出现超压泄放现象，从而延缓了超压泄放过程，增加了低温燃料储罐的安全储存时间，达到长时间存储的目的；通过在外壳体外壁涂敷的辐射制冷涂层，在原有的热平衡的基础上，增加外壳体表面对外散热功率，从而减小罐内的吸热功率，使得在相同的吸热量的情况下，吸热时间延长，从而延缓了均温型低温液体燃料储罐的超压泄放过程；由于上表面气相区的辐射制冷功率明显大于下表面，也进一步抑制了上表面的气相吸热局部升温升压的现象，进一步降低了气液温差，提高了均温性，从而延长了安全存储时间；在罐内液体燃料吸热升温变成气态燃料的过程中，罐内压强逐渐升高，当气压计的读数超过泄放压力时，开启泄放阀使部分气体通过泄放管泄放至外界。

15、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

16、(1)本发明利用内插丝网促进低温液体储罐气相区热量向液相区扩散，从而抑制传热较慢的气相区局部快速升温升压导致的系统提前超压泄放，延长了液体燃料存储时间。

17、(2)本发明采用被动式辐射制冷，从而有效减小罐体自身的净吸热量，进而延缓低温液体储罐吸热升温升压导致的超压泄放。

18、(3)本发明采用被动方式，结构简单，能耗低，成本低，同时丝网采用密度较小的材料，可以减轻系统重量，便于储存系统安装，检修以及运输。

技术特征：

1.一种均温型低温液体燃料储罐，其特征在于，包括外壳体(2)、内胆(6)、加注管(10)、排气管(13)和液体供应管(20)；

2.根据权利要求1所述的一种均温型低温液体燃料储罐，其特征在于，所述加注管(10)部分内嵌于顶部的内胆支撑(8)内实现固定，排气管(13)和液体供应管(20)分别部分内嵌于侧面的内胆支撑(8)内实现固定。

3.根据权利要求1所述的一种均温型低温液体燃料储罐，其特征在于，所述保温层(5)由多层保温材料构成，保温材料包括玻璃纤维、硅酸铝岩棉、玻璃棉和气凝胶材料中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种均温型低温液体燃料储罐，其特征在于，所述均温型低温液体燃料储罐的放置方式为立式或卧式，型号为c型储罐、杜瓦罐或球形罐。

5.根据权利要求1所述的一种均温型低温液体燃料储罐，其特征在于，所述丝网(9)的形状包括人字形网、乙字形网、菱形网、马蹄式网、链条式网、眼镜形网、链板式网或球型网。

6.根据权利要求1所述的一种均温型低温液体燃料储罐，其特征在于，所述丝网(9)的材料为泡沫金属、碳纤维、铝或钢。

7.根据权利要求1所述的一种均温型低温液体燃料储罐，其特征在于，所述加注管(10)伸入内胆(6)的一端突出于内胆内衬(7)，使内胆(6)内部液体无法完全充满。

8.一种利用权利要求1～7任一所述均温型低温液体燃料储罐的延缓泄放方法，其特征在于，具体如下：

技术总结
本发明公开了一种均温型低温液体燃料储罐及延缓泄放方法，涉及低温液体燃料储存领域。储罐装置由辐射制冷涂层、外壳体、真空绝热层、反射层、保温层、内胆、内胆内衬、内胆支撑、丝网、若干管道和阀门组成。本发明利用辐射制冷层，可以减少系统自身净吸热量；利用内插丝网改善罐内传热，抑制传热慢，比热低的气相区吸热快速升温升压导致的提前超压泄放，减少排放损失，达到液体燃料长时间存储的目的。与其他延长存储时间的技术相比，本发明具有能耗低，结构简单，成本低等优势。

技术研发人员：张良,王尔卓,郭紫岩,施建峰
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15