釜山国立大学研究提出更智能的液氢储罐冷却策略

在针对韩国船舶与海洋工程研究所（KRISO）设计的C型储罐开展的模拟中，基准构型下的支撑结构贡献了总漏热量的85%以上。通过在这些热桥部位以及封头—筒体连接处布置低温流体通道，可最大程度降低漏热量：采用液化天然气（LNG）时降低43.6%，采用液氮（LN₂）时降低66.5%。上述数值仅适用于本研究所建模的储罐及其运行条件。

研究人员采用低温牺牲流体冷却技术优化液氢储罐隔热性能

韩国釜山——氢是一种极具发展前景的清洁能源载体，但其储存仍面临诸多挑战。将氢冷却至约20 K（−253 ℃）可使其液化，液氢的体积能量密度约为气态氢的800倍。然而，即使是微小的热量泄漏也可能导致液氢蒸发，进而造成储罐压力升高，并降低储存效率。

多层绝热材料、聚氨酯泡沫（PUF）和玻璃微珠等传统隔热材料能够减少热量传递，但仍存在一定局限。韩国船舶与海洋工程研究所（KRISO）提出的低温牺牲流体（cryogenic sacrificial fluid，CSF）技术，通过在通道中通入外部供应的液化天然气（LNG）或液氮（LN₂），在热量到达内罐之前将其截获。

为优化这一技术，由韩国釜山国立大学船舶与海洋工程系Jong-Chun Park教授领导的研究团队，针对KRISO设计的船用C型液氢（LH₂）储罐，评估了一种半主动式低温牺牲流体辅助隔热系统。此处所称“牺牲”，是指由二次冷却介质先于氢吸收热量；该流体并非直接排放，而是计划经过再液化后循环利用。

Park教授解释道：“关键在于热量到达液氢储罐内胆之前将其截获。通过控制通道内流体的流动以及通道的布置位置，可以使更多传入热量转移至二次冷却介质中。”

相关论文于2026年4月8日在线发表于《Energy Conversion and Management》，并刊载于该期刊2026年6月1日出版的第357卷。

研究人员建立了三维数值模型，将储罐内部的热传导过程与CSF通道内的多相流动和壁面沸腾过程进行耦合，系统评估了通道尺寸、质量流量、通道数量及布置位置对储罐漏热量和冷却介质汽化的影响。

模拟结果表明，在没有CSF主动循环的情况下，进入储罐的热量中有85%以上经由支撑结构传递，而非通过隔热层传入。这说明支撑结构是储罐的主要热桥。沿支撑结构布置冷却通道，并将其延伸至封头—筒体连接处，比在其他位置分散布置通道更能有效降低漏热量。这一结果表明，通道的布置位置比通道数量更为重要。

研究还发现，随着通道尺寸增大，其冷却效果最终会出现边际效益递减。当通道直径与储罐直径之比（d/D）接近0.04时，冷却效果开始趋于饱和。在最优布置方案下，采用LNG时，模拟得到的储罐总漏热量降低了43.6%；采用LN₂时，总漏热量降低了66.5%。由于LN₂温度更低，其冷却效果更强，但也更容易产生蒸汽；相比之下，LNG的冷却幅度较小，但冷却过程更加稳定。

研究人员还发现，通道内部更强的局部传热并不一定能够改善储罐的整体隔热性能，因为系统性能还取决于热量被重新导向何处，以及冷却介质发生汽化的程度。

Park教授指出：“我们的研究结果表明，提高液氢储存性能并非仅仅意味着增加隔热层厚度或布置更多冷却通道。最大的性能提升来自对储罐热桥的准确识别，以及在热量传入的位置实施针对性冷却。关键在于更合理的布置，而不只是增加材料用量。”

他补充道：“该研究为协调热工性能、冷却介质稳定性和系统复杂程度提供了一种切实可行的设计策略。”

研究结果为改进液氢储存系统提供了实用指导。不过，这些结果仅适用于稳态条件下所建模的KRISO储罐。在实际应用之前，仍需开展实验验证和瞬态分析。

参考文献

原论文题目：
低温牺牲流体辅助隔热设计及其在液氢C型储罐蒸发损失控制中的性能评价

期刊：
《Energy Conversion and Management》

DOI：
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2026.121402

 翻译人：沈亚皓

来源：https://fuelcellsworks.com/2026/07/31/energy-innovation/pusan-national-university-study-identifies-smarter-cooling-strategy-for-liquid-hydrogen-tanks