一种双燃料动力船舶用燃料储罐

1.本发明涉及特种船舶制造技术领域，尤其是一种双燃料动力船舶用燃料储罐。


背景技术：

2.近年来，船舶海工行业积极响应国家节能减排政策，大力发展绿色船舶技术。双燃料推进船舶作为未来远洋船舶制造发展的趋势，其设计和建造也持续朝着自动化程度高、节能环保的方向进行迈进，并激发了一大批大中型船厂致力于双燃料推进船舶的市场开拓。近期，招商局金陵鼎衡船舶（扬州）有限公司与江苏科技大学联合研发了全球首制氨动力双燃料船舶（氨动力特种不锈钢化学品船），并已经实施建造。
3.双燃料动力船舶配套有燃料罐，其为一种低温压力容器，被用来存储燃料储罐做功所需的液态氨气或氢气。出于避免燃气泄漏风险以及降低制造困难度方面考虑，燃料罐设计为双层结构，其主要由外壳体、内壳体和垫梁等几部分构成。其中，内壳体和外壳体相套设，且在两者之间形成有空腔。多个垫梁均内置于空腔中，以作为内壳体和外壳体之间的辅助支撑过渡。高压态、且超低温液态氨气或氢气即储存于内壳体中。在实际应用中，内壳体和外壳体之间所形成的空腔中存在有较大的温度梯度，且冷热反复地进行交汇，垫梁内部各组织间因受力不稳定而产生热应力，其极易发生热疲劳现象，进而会降低垫梁的结构强度以及耐用性，最终会危及到燃料罐的整体结构稳定性。根据美国船舶结构委员会曾发布报告指出，超过1/5的双层燃料罐受损是受到不均衡温度作用而引发热应力效应的影响。
4.在现有技术中，为了解决上述技术问题，较为常见的技术手段为：在内壳体和外壳体之间填充大量保温棉材料以阻断热量的传导路径。虽说上述技术手段取得了良好的技术效果，然而，其总体造价极高，施工周期相对较长，再者，成型后保温棉材料的厚度达到50cm以上，所制造出的燃料罐极其笨重，且不便于执行吊装作业。另外，还有部分造船厂家采取对内壳体和外壳体之间所形成的空腔进行抽真空的手段以阻断热量传导路径，同样取得的良好的技术效果，然而，将空腔的气压长期维持于负压状态需要投入大量的人力、物力。且因空腔长期保持于负压状态，势必对外壳体的结构强度提出了更高的要求，从而导致燃料罐总体制造成本的上升。因而，亟待本课题组解决上述问题。


技术实现要素：

5.故，本发明课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断实验以及修改， 最终导致该双燃料动力船舶用燃料储罐的出现。
6.为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种双燃料动力船舶用燃料储罐，包括罐体和底座。罐体借由底座以实现与主甲板的固定连接，且辅以输气管道以向着燃气发电机组持续地供应可燃性气体。罐体包括有内壳体、外壳体、条形垫梁以及温差能利用装置。内壳体和外壳体相套设，且在两者之间形成有空腔。多个垫梁均内置于空腔中，以作为内壳体和外壳体之间的辅助支撑过渡。温差能利用装置用来将温差能转化为电能，其安装于空腔
中。
7.作为本发明所公开技术方案的进一步改进，温差能利用装置包括有热端基板、冷端基板、p型半导体元件以及n型半导体元件。热端基板、冷端基板分别一一对应地与外壳体、内壳体进行能量交换。冷端基板与热端基板相平行，且在两者之间形成一安装腔。p型半导体元件和n型半导体元件均设于安装腔中，且均同时与热端基板和冷端基板进行能量交换。p型半导体元件和n型半导体元件的数目均设为多个，且相配对应用。
8.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，在热端基板上设有集热结构；在冷端基板上设有集冷结构。
9.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，集热结构优选由多条嵌设于热端基板侧壁内的、相互平行而置的、且与p型半导体元件和n型半导体元件均始终相贴触的第一条状石墨烯体构成。集冷结构优选由多条嵌设于冷端基板侧壁内的、相互平行而置的、且与p型半导体元件和n型半导体元件均始终相贴触的第二条状石墨烯体构成。
10.当然，作为上述技术方案的另一种改型设计，集热结构亦可优选为贴附于热端基板侧壁上的、且与p型半导体元件和n型半导体元件均始终相贴触的第一膜状石墨烯体构成；集冷结构为贴附于冷端基板侧壁上的、且与p型半导体元件和n型半导体元件均始终相贴触的第二膜状石墨烯体构成。
11.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，罐体还包括有冷端夹层和热端夹层。冷端夹层和热端夹层均内置于空腔中。冷端夹层套设于内壳体的外围，且被冷端基板所顶触。热端夹层套设于外壳体的内腔中，且被热端基板所顶触。
12.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，冷端夹层和热端夹层均优选为铜质编织网或铝质编织网。
13.作为本发明所公开技术方案的进一步改进，双燃料动力船舶用燃料储罐还包括有抽真空装置。抽真空装置用于将空腔的气压维持于负值状态，其与罐体相配套。
14.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，抽真空装置包括有依序相连的空压机、冷冻式干燥机、空气过滤器、微雾分离器、调压阀、真空发生器以及流量开关。其中，空压机置于主甲板上。流量开关用来控制单位时间内经由空腔而排出的空气总量。
15.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，抽真空装置还包括有压力表。压力表用来实时地测定空腔的内腔负压值，其布置于真空发生器的下游。
16.相较于传统设计结构的双燃料动力船舶用燃料储罐，在本发明所公开的技术方案中，在内壳体和外壳体之间所形成的空腔中增设了温差能利用装置。在实际运行中，温差能利用装置的不同端面所处的环境具有不同的温度值，存在有温度梯度，其借助于塞贝克(seebeck)效应以持续不断地产生电能。如此一来，一方面，可以有效地消除内壳体和外壳体之间所形成的空腔中所存在的温度梯度，即意味着冷热反复交汇现象得以消除，从而避免了在条形垫梁的内部组织间发生热应力现象，确保其在整个生命周期内始终保持有良好的结构强度以及结构稳定性；另一方面，大量本应废弃的、甚至产生危害结果的温度梯度（热能）被转化为了电能以备用，从而在一定程度上变相地降低了氨动力双燃料船舶的总体能耗，利于船东所提出的节能减排设计目标的顺利实现。
17.附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明中双燃料动力船舶用燃料储罐第一种实施例的立体示意图。
20.图2是图1的侧视图。
21.图3是本发明双燃料动力船舶用燃料储罐第一种实施例中罐体的立体示意图。
22.图4是图3的侧视图。
23.图5是图4的b-b剖视图。
24.图6是本发明双燃料动力船舶用燃料储罐第一种实施例中温差能利用装置的立体示意图。
25.图7亦是本发明双燃料动力船舶用燃料储罐第一种实施例中温差能利用装置的立体示意图（隐去热端基板状态下）。
26.图8是图6的i局部放大图。
27.图9是本发明中双燃料动力船舶用燃料储罐第二种实施例的结构示意图。
28.图10是本发明双燃料动力船舶用燃料储罐第二种实施例中热端夹层的立体示意图。
29.图11是本发明双燃料动力船舶用燃料储罐第二种实施例中冷端夹层的立体示意图。
30.图12是本发明中双燃料动力船舶用燃料储罐第三种实施例的结构示意图。
31.1-罐体；11-内壳体；12-外壳体；13-条形垫梁；14-温差能利用装置；141-热端基板；1411-集热结构；14111-第一条状石墨烯体；142-冷端基板；1421-集冷结构；14211-第二条状石墨烯体；143-p型半导体元件；144-n型半导体元件；15-冷端夹层；16-热端夹层；2-底座；3-抽真空装置；31-空压机；32-冷冻式干燥机；33-空气过滤器；34-微雾分离器；35-调压阀；36-真空发生器；37-流量开关；38-压力表。
32.具体实施方式
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”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装置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。
34.下面结合具体实施例，对本发明所公开的内容作进一步详细说明，图1、图2分别示出了本发明中双燃料动力船舶用燃料储罐第一种实施例的立体示意图及其侧视图，可知，其主要由罐体1和底座2等几部分构成。罐体1借由至少2组底座2以实现与主甲板的固定连接，且辅以输气管道以向着燃气发电机组持续地供应可燃性气体。
35.结合附图3、4、5中所示可以明确得知，罐体1为双层结构，其主要由内壳体11、外壳体12、条形垫梁13以及温差能利用装置14等几部分构成。其中，内壳体11和外壳体12均由耐蚀性以及耐热性能较好的不锈钢材料制成。外壳体12套设于内壳体11的外围，且在两者之间形成有空腔。垫梁13均内置于上述空腔中，以作为内壳体11和外壳体12之间的辅助支撑过渡。垫梁13的数目设为多个，且围绕罐体1的中心轴线进行周向均布。温差能利用装置14用来将温差能转化为电能，其安装于空腔中。在实际运行中，温差能利用装置14的不同端面所处的环境具有不同的温度值，存在有温度梯度，其借助于塞贝克(seebeck)效应以持续不断地产生电能。
36.在实际应用中，双燃料动力船舶用燃料储罐至少取得了以下两方面的有益技术效果，具体为：1）有效地消除了内壳体11和外壳体12之间所形成的空腔中所存在的温度梯度，即意味着冷热反复交汇现象得以消除，从而避免了在条形垫梁13的内部组织间发生热应力现象，确保其在整个生命周期内始终保持有良好的结构强度以及结构稳定性；2）大量本应废弃的、甚至产生危害结果的温度梯度（热能）被转化为了电能以备用，从而在一定程度上变相地降低了氨动力双燃料船舶的总体能耗，利于船东所提出的节能减排设计目标的顺利实现。
37.已知，根据设计常识，温差能利用装置14可以采取多种设计结构以将热量转化为电能，不过，在此推荐一种设计结构简单，易于制造实施，后续便于执行维护操作，且电能转化率相对较高的实施方案，具体如下：如图6、7中所示，温差能利用装置14主要由热端基板141、冷端基板142、p型半导体元件143以及n型半导体元件144等几部分构成。其中，热端基板141、冷端基板142均由导流性能良好的材料制成（例如铜板、高导热陶瓷板或砂基板等），且两者分别一一对应地与外壳体12、内壳体11进行能量交换。冷端基板142与热端基板141相平行，且在两者之间形成一安装腔。p型半导体元件143和n型半导体元件144均设于上述安装腔中，且均同时与热端基板141和冷端基板142进行能量交换。p型半导体元件143和n型半导体元件144的数目均设为多个，且相配对应用。在实际应用中，热端基板141用来实时接收经由外壳体12传导而来的热量，而冷端基板142用来实时接收经由内壳体11传导而来的冷量，在两者之间形成有极大温度梯度，在此情形下，p型半导体元件143和n型半导体元件144中，受热激发效应影响，高温端的空穴浓度或者电子浓度远比比低温端的要大，在这种浓度梯度的驱动下，空穴或者电子在热扩散力的作用下从高温的一端向低温的一端扩散,从而形成电势差，即产出电能。
38.再者，出于进一步提升冷量、冷量向着p型半导体元件143和n型半导体元件144的汇聚速度，进而以进一步提升发电效率方面考虑，如图6、7、8中所示，在热端基板141上设有集热结构1411。集热结构1411优选由多条嵌设于热端基板141侧壁内的、相互平行而置的、且与p型半导体元件143和n型半导体元件144均始终相贴触的第一条状石墨烯体14111构成。冷端基板142亦可类比于热端基板141的结构形式进行设计，具体为：在冷端基板142上设有集冷结构1421。集冷结构1421优选由多条嵌设于冷端基板142侧壁内的、相互平行而置的、且与p型半导体元件143和n型半导体元件144均始终相贴触的第二条状石墨烯体14211构成。
39.在此需要说明的是，当p型半导体元件143、n型半导体元件144在安装腔内被固定
到位后，其受热端优选同时与至少2条第一条状石墨烯体14111相顶触，而其受冷端优选同时与至少2条第二条状石墨烯体14211相顶触。多次实验结果表明，此种结构布置方式可以有效地提升冷量、热量的利用效率，进而为温差能利用装置14发电效率的提高作为良好铺垫。
40.当然，出于实现相同设计目的考虑，作为上述技术方案的另一种改型设计，集热结构1411亦可优选为贴附于热端基板141侧壁上的、且与p型半导体元件143和n型半导体元件144均始终相贴触的第一膜状石墨烯体构成；集冷结构1421为贴附于冷端基板142侧壁上的、且与p型半导体元件143和n型半导体元件144均始终相贴触的第二膜状石墨烯体构成。
41.图9示出了本发明中双燃料动力船舶用燃料储罐第二种实施例的结构示意图，可知，其相较于上述第一种实施例的区别点在于：在内壳体11和外壳体12所形成的空腔中还同时增设了冷端夹层15和热端夹层16。冷端夹层15整体上呈圆环形（如图11中所示），其套设于内壳体11的外围，且被冷端基板142所顶触。热端夹层16整体上亦呈圆环形（如图10中所示），其套设于外壳体12的内腔中，且被热端基板141所顶触。在实际应用中，借由冷端夹层15可以将汇集于内壳体11的冷量快速地传导至冷端基板142上，而借由热端夹层16可以将汇集于外壳体12的热量快速地传导至热端基板141上，进而使得冷端基板142和热端基板141形成有较大的温度梯度，最终可进一步提升温差能利用装置14的发电效率以及所输出直流电的稳定性。
42.多次实验结果表明，当冷端夹层15和热端夹层16均优选为铜质编织网或铝质编织网时，即可取得良好的发电效果，且还有效地将液氨储罐的整体建造成本控制在合理范围内。
43.图12示出了本发明中双燃料动力船舶用燃料储罐第三种实施例的结构示意图，可知，其相较于上述第一种实施方式和第二种实施方式的区别点在于：额外增设有抽真空装置3。抽真空装置3与罐体1相配套应用，以用来将空腔的气压长时间内维持于负值状态。抽真空装置3主要由依序相连的空压机31、冷冻式干燥机32、空气过滤器33、微雾分离器34、调压阀35、真空发生器36以及流量开关37等几部分构成。其中，空压机31置于主甲板上。流量开关37用来控制单位时间内经由空腔而排出的空气总量。通过采用上述技术方案进行设置，有效地杜绝了冷量和热量在内壳体11和外壳体12之间所形成的空腔中发生对流现象，如此，一方面，使得热量尽可能多地转化为电能，从而为温差能利用装置14发电效率的提升作为良好的铺垫；另一方面，因没有传热介质存在，从而彻底切断了热量、冷量在空腔的传导、对流路径，即意味着空腔中的冷热反复交汇现象得以彻底消除，从而更进一步地确保了条形垫梁13在整个生命周期内始终保持有良好的结构强度以及结构稳定性。
44.出于便于实时地对空腔的内腔负压值进行测定，以降低安全风险方面考虑，在真空发生器36和流量开关37之间的管路还旁接有压力表38。当压力表38的实时读数达到空腔的设计耐压值上限时，即时关停空压机31；而当压力表38的实时读数降至空腔的设计耐压值下限时，重新启动空压机31，以继续向着空腔执行抽真空操作，直至其气压值满足设计要求。
45.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种双燃料动力船舶用燃料储罐，包括罐体和底座；所述罐体借由所述底座以实现与主甲板的固定连接，且辅以输气管道以向着燃气发电机组持续地供应可燃性气体，其特征在于，所述罐体包括有内壳体、外壳体、条形垫梁以及温差能利用装置；所述内壳体和所述外壳体相套设，且在两者之间形成有空腔；多个所述垫梁均内置于所述空腔中，以作为所述内壳体和所述外壳体之间的辅助支撑过渡；所述温差能利用装置用来将温差能转化为电能，其安装于所述空腔中。2.根据权利要求1所述的双燃料动力船舶用燃料储罐，其特征在于，所述温差能利用装置包括有热端基板、冷端基板、p型半导体元件以及n型半导体元件；所述热端基板、所述冷端基板分别一一对应地与所述外壳体、所述内壳体进行能量交换；所述冷端基板与所述热端基板相平行，且在两者之间形成一安装腔；所述p型半导体元件和所述n型半导体元件均设于所述安装腔中，且均同时与所述热端基板和所述冷端基板进行能量交换；所述p型半导体元件和所述n型半导体元件的数目均设为多个，且相配对应用。3.根据权利要求2所述的双燃料动力船舶用燃料储罐，其特征在于，在所述热端基板上设有集热结构；在所述冷端基板上设有集冷结构。4.根据权利要求3所述的双燃料动力船舶用燃料储罐，其特征在于，所述集热结构由多条嵌设于所述热端基板侧壁内的、相互平行而置的、且与所述p型半导体元件和所述n型半导体元件均始终相贴触的第一条状石墨烯体构成；所述集冷结构由多条嵌设于所述冷端基板侧壁内的、相互平行而置的、且与所述p型半导体元件和所述n型半导体元件均始终相贴触的第二条状石墨烯体构成。5.根据权利要求3所述的双燃料动力船舶用燃料储罐，其特征在于，所述集热结构为贴附于所述热端基板侧壁上的、且与所述p型半导体元件和所述n型半导体元件均始终相贴触的第一膜状石墨烯体构成；所述集冷结构为贴附于所述冷端基板侧壁上的、且与所述p型半导体元件和所述n型半导体元件均始终相贴触的第二膜状石墨烯体构成。6.根据权利要求2-5中任一项所述的双燃料动力船舶用燃料储罐，其特征在于，所述罐体还包括有冷端夹层和热端夹层；所述冷端夹层和所述热端夹层均内置于所述空腔中；所述冷端夹层套设于所述内壳体的外围，且被所述冷端基板所顶触；所述热端夹层套设于所述外壳体的内腔中，且被所述热端基板所顶触。7.根据权利要求6所述的双燃料动力船舶用燃料储罐，其特征在于，所述冷端夹层和所述热端夹层均为铜质编织网或铝质编织网。8.根据权利要求1所述的双燃料动力船舶用燃料储罐，其特征在于，还包括有抽真空装置；所述抽真空装置用于将所述空腔的气压维持于负值状态，其与所述罐体相配套。9.根据权利要求8所述的双燃料动力船舶用燃料储罐，其特征在于，所述抽真空装置包括有依序相连的空压机、冷冻式干燥机、空气过滤器、微雾分离器、调压阀、真空发生器以及流量开关；其中，所述空压机置于主甲板上；所述流量开关用来控制单位时间内经由所述空腔而排出的空气总量。10.根据权利要求9所述的双燃料动力船舶用燃料储罐，其特征在于，所述抽真空装置还包括有压力表；所述压力表用来实时地测定所述空腔的内腔负压值，其布置于所述真空发生器的下游。

技术总结
本发明涉及特种船舶制造技术领域，尤其是一种双燃料动力船舶用燃料储罐，其包括罐体和底座。罐体借由底座以实现与主甲板的固定连接。罐体包括内壳体、外壳体、条形垫梁以及温差能利用装置。内壳体和外壳体相套设，且在两者之间形成有空腔。多个垫梁均内置于空腔中，以作为辅助支撑过渡。温差能利用装置安装于空腔中。在实际运行中，温差能利用装置的不同端面所处的环境具有不同的温度值，存在有温度梯度，借助于塞贝克(Seebeck)效应以持续不断地产生电能。如此，一方面，避免了条形垫梁的内部组织间因出现热应力而损及其结构强度和结构稳定性现象的发生；另一方面，大量本应废弃的、产生危害结果的温度梯度（热能）被转化为了电能。能。能。


技术研发人员：王文庆 沈中祥 张曙光 毕玙璠 李志富 尹群 仲启春 雍允豪 罗嘉鑫
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.12.22
技术公布日：2023/3/14