一种可以存储超低温液氢的存储舱的制作方法

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一种可以存储超低温液氢的存储舱的制作方法

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https://www.xjishu.com/zhuanli/32/202411795442.html

随着国际社会对船舶绿色化水平要求的日益提高，氢燃料被认为是最具有潜力的零碳燃料技术手段之一。然而，氢燃料的存储问题，特别是超低温液氢存储，是当前航运业急需解决的技术难题。本文介绍了一种创新的液氢存储舱设计，通过双层隔舱设置和独特的绝热结构，有效解决了这一技术难题。

本发明属于船舶液氢储舱设计及建造领域，具体涉及一种可以存储超低温液氢的存储舱。

背景技术

随着国际社会对船舶绿色化水平要求的日益提高，世界各国积极发展各类节能减排技术，研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术已经成为绿色船舶的重要发展方向，氢燃料被认为是最具有潜力的技术手段之一，也是最好的零碳燃料。
然而，氢燃料的存储问题，至今是困扰其作为船用燃料应用的关键技术难题。即使将氢气压缩至15mpa，甚至35、70mpa，其单位体积的储存能量也远低于液态氢储存，也很难解决大容积高压力存储的问题。单从储能密度上对比液态储氢和高压气态储氢两种方式，低温液态储氢是更为理想的方式。
氢是一种气体或低温液体，是除氦外熔点和沸点最低的元素之一。为了获得液氢，燃料必须储存在-253°c以下，这需要很高的能量输入。在这个温度下，其他常见的气体或化合物接触后会液化或凝固，应与液化或低温氢隔离。人体接触低温材料或未绝缘的储罐、管道或阀门可能导致冷烧伤或严重的皮肤损伤。
因此，超低温液氢存储，是当前航运业急需解决的技术难题。

技术实现思路

为解决上述问题，本发明提供一种可以存储超低温液氢的存储舱，该存储舱具备内舱和外舱结构，外舱的外部表面敷设绝热层；内舱为液氢存储舱，内舱为双层真空隔热结构，内、外舱之间充注低温lng或低温液氮，实现内外舱之间的深冷隔热。充注低温lng的时候可用于氢、lng混燃的燃料动力船；充注液氮的时候可用于液氢运输船。内、外舱之间根据内外舱结构型式特点，设置真空层支撑结构，保证舱结构安全。其所采用的技术方案是：
一种可以存储超低温液氢的存储舱，有圆筒型内舱和圆筒型外舱，内舱通过填注层支撑固定在外舱内部，外舱与内舱之间形成填注层空间，填注层支撑带有内支撑层和外支撑层，内支撑层为与内舱外表面相贴合的弧形，外支撑层为与外舱内表面相贴合的弧形，内支撑层与外支撑层之间固定有多个加强筋，填注层支撑整体呈120°至150°弧形。
内舱带有双层舱壁，分别是内舱外壁和内舱内壁，内舱外壁与内舱内壁之间存在间距，内舱外壁与内舱内壁之间形成真空层，沿真空层周向，在真空层内固定有多个真空层支撑结构，真空层内填注珍珠岩并抽真空。
支撑结构带有支撑顶板和支撑底板，支撑顶板与支撑底板之间通过加强筋连接，真空层支撑结构沿储舱长度方向设置，真空层支撑结构的长度与储舱平直段长度相同。
在填注层空间内，两个止浮装置对称固定在内舱外壁两侧，止浮装置有上止浮板和下止浮板，上止浮板一端固定在外舱内壁上，另一端的端部悬空，下止浮板一端固定在内舱外壁上，另一端的端部悬空，上止浮板与下止浮板之间粘压接有层压木，外舱与内舱外壁之间填充有低温lng或低温液氮。
上述一种可以存储超低温液氢的存储舱，更进一步地，在内舱圆筒截面内上半部分放置2个真空层支撑结构，该真空层支撑结构中心与水平线夹角为40~~45°；在内舱圆筒截面内下半部分放置4个真空层支撑结构，其中2个真空层支撑结构中心与水平线夹角为30~~40°,2个真空层支撑结构中心线与竖直方向夹角为20~30°。
上述一种可以存储超低温液氢的存储舱，更进一步地，外舱为方形，在外舱中部设置有止荡舱壁，止荡舱壁将外舱分为两部分空间，两部分空间内各固定有一个内舱，外舱与内舱之间形成填注层空间，第二填注层支撑位于填注层空间内，第二填注层支撑的内支撑层为与内舱外表面相适配的弧形，第二填注层支撑的外支撑层为倒梯形，坐放在外舱内壁上。
上述一种可以存储超低温液氢的存储舱，更进一步地，外舱内壁与外舱外壁之间填充有绝缘层。
上述一种可以存储超低温液氢的存储舱，更进一步地，真空层支撑结构截面呈ⅱ，为框架结构，其整体贴合内舱外壁和内舱内壁的弧度走向。
上述一种可以存储超低温液氢的存储舱，更进一步地，支撑层呈120°至150°弧形。
上述一种可以存储超低温液氢的存储舱，更进一步地，内舱为c型舱。
上述一种可以存储超低温液氢的存储舱，更进一步地，外舱布置于船舶甲板下方，外舱外壁可由船舶内壳船体结构代替。
本发明的有益效果是：
采用双层隔舱设置，外舱敷设绝缘层，内舱采用真空双壁绝热结构，内外舱之间充装与液氢温度较为接近的lng或液氮，考虑到直接对液氢实现液体状态维持技术难度高、耗能大，本方案通过成熟的再液化系统轻松实现对-163℃ lng或-196℃液氨介质的超低温液体状态维护，从而间接保证超低温-253 ℃液氢介质的液体状态维持，可大大降低液氢舱与外部环境之间的热量传递，利于液氢超低温存储，降低液氢超低温存储技术难度和技术成本。
该技术方案对液氢燃料动力船、液氢运输船、液氢加注船等具有很好的适用性。

技术特征

一种可以存储超低温液氢的存储舱，其特征在于，有圆筒型内舱和圆筒型外舱，内舱通过填注层支撑(4)固定在外舱内部，外舱与内舱之间形成填注层空间(2)，填注层支撑带有内支撑层(15)和外支撑层(16)，内支撑层为与内舱外表面相贴合的弧形，外支撑层为与外舱内表面相贴合的弧形，内支撑层与外支撑层之间固定有多个加强筋(14)，填注层支撑整体呈120°至150°弧形；
根据权利要求1所述的一种可以存储超低温液氢的存储舱，其特征在于，在内舱圆筒截面内上半部分放置2个真空层支撑结构，该真空层支撑结构中心与水平线夹角为40~~45°；在内舱圆筒截面内下半部分放置4个真空层支撑结构，其中2个真空层支撑结构中心与水平线夹角为30~~40°，2个真空层支撑结构中心线与竖直方向夹角为20~30°。
根据权利要求1所述的一种可以存储超低温液氢的存储舱，其特征在于，外舱为方形，在外舱中部设置有止荡舱壁(17)，止荡舱壁将外舱分为两部分空间，两部分空间内各固定有一个内舱，外舱与内舱之间形成填注层空间，第二填注层支撑(18)位于填注层空间内，第二填注层支撑的内支撑层为与内舱外表面相适配的弧形，第二填注层支撑的外支撑层为倒梯形，坐放在外舱内壁上。
根据权利要求1所述的一种可以存储超低温液氢的存储舱，其特征在于，外舱内壁(8)与外舱外壁(7)之间填充有绝缘层(6)。
根据权利要求1所述的一种可以存储超低温液氢的存储舱，其特征在于，真空层支撑结构截面呈ⅱ，为框架结构，其整体贴合内舱外壁和内舱内壁的弧度走向。
根据权利要求1所述的一种可以存储超低温液氢的存储舱，其特征在于，支撑层呈120°至150°弧形。
根据权利要求1所述的一种可以存储超低温液氢的存储舱，其特征在于，内舱为c型舱。
根据权利要求1所述的一种可以存储超低温液氢的存储舱，其特征在于，外舱布置于船舶甲板下方，外舱外壁可由船舶内壳船体结构代替。

技术总结

一种可以存储超低温液氢的存储舱，有圆筒形内舱，内舱通过填注层支撑固定在外舱内部，内舱与外舱形成填注层空间，填注层空间内填充有低温LNG或低温液氮。内舱由内舱外壁和内舱内壁组成，内舱外壁与内舱内壁形成真空层，真空层内填注珍珠岩并抽真空。本发明采用双层隔舱设置，外舱敷设绝缘层，内舱采用真空双壁绝热结构，内外舱之间充装与液氢温度较为接近的LNG或液氮，考虑到直接对液氢实现液体状态维持技术难度高、耗能大，本方案通过成熟的再液化系统轻松实现对-163℃LNG或-196℃液氨介质的超低温液体状态维护，从而间接保证超低温-253℃液氢介质的液体状态维持，可大大降低液氢舱与外部环境之间的热量传递，降低液氢超低温存储技术难度和技术成本。