本发明属于液氢冷却领域，具体涉及了一种大型立式液氢储罐的高效冷屏。
背景技术：
1、液氢是氢的一种液态贮存状态，是一种无色、无味的高能低温能源。由于液氢的密度是氢气的800倍，相比其他储存方式，液氢储罐以其高储运密度，容积大等优点，使其成为了氢优质的储存的方式之一。
2、氢气的汽化是通过多次循环的绝热膨胀来实现的。常压下的沸点(20.37k，-252.78℃)和凝固点(13.96k，-259.19℃)均很低，其液化储存难度较大。且由于液氢沸点很低，汽化潜热小(0.45kj/g)，稍有热量从外界渗入容器，即可造成液氢的快速沸腾而损失，因此液氢储罐的绝热保温性能直接影响到液氢的蒸发率。一直以来，常压储存的液氢的核心难点问题就是液氢在贮存过程中的保温问题。另外，长期以来，在全球范围内液氢的储存受限于高压储存，无法进行大规模液氢的存储。
3、现有的液氢储罐，国外液氢罐大多采用双层真空绝热球罐型式，国内基本采用双层高真空绝热圆筒形储罐，且国内外的液氢储罐均采用真空带压储存方式。双层真空球罐和双层高真空绝热圆筒形储罐的容积受限，目前最大双层真空绝热球罐为4000方，双层高真空绝热圆筒形储罐的容积为1250方。在压力容器的范畴内，受限于钢板材料和制造限制，储罐的壁厚不能太厚，因此储罐直径不能太大。且出于安全性考虑，储存爆炸性气体的带压容器的容积要求越来越严。
4、从双层高真空球罐和双层高真空绝热圆筒形储罐的结构分析，容积很难突破10000方，带压储存形式的液氢储罐也不适合液氢储罐的大型化发展趋势。另外，双层真空绝热球罐和双层高真空绝热圆筒形储罐的制造与运行要求较高，目前双层真空球罐和双层高真空绝热圆筒形储罐都是采用真空绝热型式，真空绝热在制造时对真空泵有严格的要求，同时储罐在运行时，需要周期性的检查储罐的真空度以便保证绝热效果。再有，双层真空球罐和双层高真空绝热圆筒形储罐采用双层钢制结构，从液氢储罐的安全性和蒸发损失角度看，存在一定的安全性和蒸发损失大的问题。
5、基于此本发明一种大型立式液氢储罐的高效冷屏。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的上述问题，即常压储存的液氢的核心难点问题就是液氢在贮存过程中的保温问题，以及在全球范围内液氢的储存受限于高压储存，无法进行大规模液氢的存储的问题，本发明一种大型立式液氢储罐的高效冷屏。
2、本发明一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，包括液氢储罐、缓冲罐、汇联箱、冷屏系统；
3、所述冷屏系统包括，罐底冷屏系统、罐壁冷屏系统、罐顶冷屏系统；
4、所述罐底冷屏系统铺设在所述液氢储罐的内罐底部外侧，并与所述缓冲罐和所述汇联箱连接，所述罐壁冷屏系统铺设在所述液氢储罐的内罐侧壁外侧，并与所述缓冲罐和所述汇联箱连接，所述罐顶冷屏系统铺设在所述液氢储罐的内罐顶部外侧，并与所述缓冲罐和所述汇联箱连接。
5、在一种可选的实施方式中，所述罐底冷屏系统包括罐底进液管、罐底冷屏、罐底出液管；
6、所述罐底进液管的一端与所述缓冲罐的一端密封固定并连通，所述罐底进液管的另一端与所述罐底冷屏的一端密封固定并连通，所述罐底冷屏铺设在所述液氢储罐的内罐底部外侧，所述罐底冷屏的另一端与所述罐底出液管的一端密封固定并连通，所述罐底出液管的另一端沿所述液氢储罐的内罐罐壁，并穿过所述液氢储罐的外罐罐顶与所述汇联箱的一端密封固定并连通。
7、在一种可选的实施方式中，所述罐壁冷屏系统包括罐壁进液管、罐壁冷屏、罐壁出液管；
8、所述罐壁进液管的一端与所述缓冲罐的中部密封固定并连通，所述罐壁进液管的另一端穿过所述液氢储罐的外罐罐顶，并沿所述液氢储罐的内罐罐壁进入底部与所述罐壁冷屏的一端密封固定并连通，所述罐壁冷屏铺设在所述液氢储罐的内罐侧壁外侧，所述罐壁冷屏的另一端与所述罐壁出液管的一端密封固定并连通，所述罐壁出液管的另一端沿所述液氢储罐的内罐罐壁，并穿过所述液氢储罐的外罐罐顶与所述汇联箱的中部密封固定并连通。
9、在一种可选的实施方式中，所述罐顶冷屏系统包括罐顶进液管、罐顶冷屏、罐顶出液管；
10、罐顶进液管的一端与所述缓冲罐的另一端密封固定并连通，所述罐顶进液管的另一端穿过所述液氢储罐的外罐罐顶，与所述罐顶冷屏的一端密封固定并连通，所述罐顶冷屏铺设在液氢储罐的内罐顶部外侧，所述罐顶冷屏的另一端与所述罐顶出液管的一端密封固定并连通，所述罐顶出液管的另一端沿所述液氢储罐的内罐罐壁，并穿过所述液氢储罐的外罐罐顶与所述汇联箱的另一端密封固定并连通。
11、在一种可选的实施方式中，所述罐底冷屏由充满液氮的s型冷屏管组成，所述罐底冷屏通过调节冷屏管的直径、间距以及液氮流量控制液氢储罐罐底温度。
12、在一种可选的实施方式中，所述罐壁冷屏由充满液氮的整体螺旋形冷屏管组成，所述罐壁冷屏通过调节冷屏管的直径、螺旋线间距以及液氮流量控制液氢储罐罐壁温度。
13、在一种可选的实施方式中，所述罐壁冷屏由直管系统或大螺旋管系统组成；
14、所述直管系统包括第一管、第二管、第三管；所述第一管和所述第三管为圆形冷屏管，所述第二管为竖直冷屏管，所述第一管通过多个所述第二管与所述第三管连接并连通，所述罐壁冷屏通过调节第一管、第二管、第三管的直径或多个所述第二管之间的间距以及液氮流量控制液氢储罐罐壁温度；
15、所述大螺旋管系统包括第一管、第四管、第三管；所述第一管和所述第三管为圆形冷屏管，所述第四管为单个螺旋形冷屏管，所述第一管通过多个所述第四管与所述第三管连接并连通，所述罐壁冷屏通过调节第一管、第四管、第三管的直径或多个所述第四管之间的间距以及液氮流量控制液氢储罐罐壁温度。
16、在一种可选的实施方式中，所述罐顶冷屏由充装液氮的整体螺旋形冷屏管组成，所述罐顶冷屏通过调节冷屏管的直径、螺旋线间距以及液氮流量控制液氢储罐罐壁温度。
17、在一种可选的实施方式中，所述罐底冷屏、所述罐壁冷屏、所述罐顶冷屏的冷屏管均为奥氏体不锈钢圆管，所述不锈钢圆管的直径的范围为dn50-dn100。
18、在一种可选的实施方式中，所述罐底冷屏系统、所述罐壁冷屏系统和所述罐顶冷屏系统散热量计算方法为：
19、
20、其中，φ1为罐顶散热量，a1为所述液氢储罐外罐外表面积；t1为所述液氢储罐外罐罐顶温度；t2为液氢储罐外罐罐顶内表面温度；δ2为液氢储罐罐罐顶厚度；
21、
22、其中，φ2为罐壁散热量，t4为液氮冷屏等效罐壁温度；t3为液氢储液温度；l为液氢储罐外罐壁高度；h为液氢储罐外罐壁平均表面传热系数；λ3i为液氢储罐罐壁各层材料导热系数；d1为液氢储罐外罐的直径；di为液氢储罐罐壁各层保冷层对应直径；
23、
24、其中，φ3为罐底散热量，t5为液氢储罐罐底液氮冷屏等效温度；t3为液氢储液温度；a4为液氢储罐罐底表面积；λ4i为液氢储罐罐底及罐底各层保冷材料导热系数；δ4i为液氢储罐罐底及各层保冷材料厚度。
25、本发明的有益效果：
26、(1)、本发明所述大型立式液氢储罐的高效冷屏分别由罐底冷屏系统，罐壁冷屏系统以及罐顶冷屏系统组成，并且三者之间独立运行，分别可通过调节冷屏管的直径、间距以及液氮流量调节液氢储罐的罐底、罐壁以及罐顶的温度，可有效防止液氢冷量损失。通过罐底冷屏系统，罐壁冷屏系统以及罐顶冷屏系统的液氮循环可有效地维持内外罐之间的低温环境，减少液氢冷量损失，降低液氢蒸发率。该储罐从结构上可以实现液氢储罐的大型化，容积能做到万方及以上。
27、(2)、有效地抑制热量从环境对低温液氢的传入，是对普通多层绝热的改进。该种组合方式既可以减少普通堆积绝热介质的用量，从而减轻储罐的外部设计载荷，有效地避免了储罐体积的臃肿，提高了储罐的体积利用率；又能够充分发挥主动绝热的优势，通过液氮的注入提供能量，将外部传入的热量通过液氮带走，时刻保持内部处于低温环境，减小内部罐体和外部环境的温差，减少漏热。全包裹式液氮冷屏，将储罐的绝热保冷安全系数提升一个等级，避免了普通堆积绝热随时间变长保冷效果下降的问题，全方位、全天候保持储罐内部的低温状态，在大型液氢储罐的实际运维中，成为实现液氢低温绝热保冷的双重保险。
1.一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，包括液氢储罐、缓冲罐(1)、汇联箱(11)、冷屏系统，其特征在于：所述冷屏系统包括，罐底冷屏系统、罐壁冷屏系统、罐顶冷屏系统；
2.根据权利要求1所述的一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，其特征在于：所述罐底冷屏系统包括罐底进液管(2)、罐底冷屏(5)、罐底出液管(8)；
3.根据权利要求2所述的一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，其特征在于：所述罐壁冷屏系统包括罐壁进液管(3)、罐壁冷屏(6)、罐壁出液管(9)；
4.根据权利要求3所述的一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，其特征在于：所述罐顶冷屏系统包括罐顶进液管(4)、罐顶冷屏(7)、罐顶出液管(10)；
5.根据权利要求4所述的一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，其特征在于：所述罐底冷屏(5)由充满液氮的s型冷屏管组成，所述罐底冷屏(5)通过调节冷屏管的直径、间距以及液氮流量控制液氢储罐罐底温度。
6.根据权利要求5所述的一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，其特征在于：所述罐壁冷屏(6)由充满液氮的整体螺旋形冷屏管组成，所述罐壁冷屏(6)通过调节冷屏管的直径、螺旋线间距以及液氮流量控制液氢储罐罐壁温度。
7.根据权利要求5所述的一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，其特征在于：所述罐壁冷屏(6)由直管系统或大螺旋管系统组成；
8.根据权利要求6或7所述的一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，其特征在于：所述罐顶冷屏(7)由充装液氮的整体螺旋形冷屏管组成，所述罐顶冷屏(7)通过调节冷屏管的直径、螺旋线间距以及液氮流量控制液氢储罐罐壁温度。
9.根据权利要求8所述的一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，其特征在于：所述罐底冷屏(5)、所述罐壁冷屏(6)、所述罐顶冷屏(7)的冷屏管均为奥氏体不锈钢圆管，所述不锈钢圆管的直径的范围为dn50-dn100。
10.根据权利要求9所述的一种大型立式液氢储罐的高效冷屏，其特征在于，所述罐底冷屏系统、所述罐壁冷屏系统和所述罐顶冷屏系统散热量计算方法为：
