CN109931495B - 车用液态储氢绝热气瓶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用液态储氢绝热气瓶，包括：内胆、内壳体和外壳体，在内胆与内壳体之间设置有第一支撑结构，在内胆与内壳体之间的内部夹层中缠绕有第一绝热纸；在内壳体与外壳体之间设置有第二支撑结构，在内壳体与外壳体之间的外部夹层中缠绕有第二绝热纸；在内壳体尾部设置有第一抽真空接头，在外壳体尾部设置有第二抽真空接头；在外壳体前端瓶口处密封设置有分配头，在内壳体与第二绝热纸之间排布有四根管道：进液、出液、增压、出气管道，四根管道的前端分别密封伸入分配头上对应的分配孔中，四根管道的后端分别密封穿过内壳体尾部对应通孔、第一绝热纸、内胆尾部对应通孔后伸入内胆中。上述结构的气瓶能长时间低温低压储存液氢。

Description

车用液态储氢绝热气瓶

技术领域

本发明涉及储氢压力容器设备领域，尤其涉及一种车用液态储氢绝热气瓶。

背景技术

氢能被认为是二十一世纪重要的二次能源，具有资源丰富、燃烧值高、清洁和可再生等优点，随着燃料电池和电池汽车技术的迅速发展，安全、高效的储氢技术成为氢能应用的关键。

基于氢气易燃易爆的特性，目前车用储氢方式主要采用铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶高压储存常温气态氢气，采用铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶高压储氢存在以下三个主要弊端：

1、压力高，存在安全隐患。目前市场上以公称工作压力为35Mpa的铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶为主，为提高气瓶的储氢量，研发正朝着具有更高压力的气瓶进发，如目前正在筹备的70Mpa的气瓶，但高压存在极大的安全隐患。

2、单个气瓶储氢量低，一般物流车需配置三个公称容积为140L、公称工作压力为35Mpa的铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶才能满足正常行驶需求。配置上述三个铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶的物流车的储氢量为10KG，续航流程约300km，因而无法长途运输。

3、单个气瓶造价昂贵，而一般物流车需配置三个公称容积为140L、公称工作压力为35Mpa的铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶，此外高压气瓶配套的管路部件都需要采用耐高压材料的管路部件，成本十分昂贵。

发明内容

本发明所需解决的技术问题是：提供一种能长时间低温低压储存液态氢气的车用液态储氢绝热气瓶。在气瓶容积相同的情况下，单个车用液态储氢绝热气瓶的储氢量是单个公称工作压力为35Mpa的铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶的储氢量的3倍。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的车用液态储氢绝热气瓶，包括：内胆和外壳体，在内胆和外壳体之间还夹套有内壳体，在内胆与内壳体之间设置有将内胆悬空支承于内壳体中的第一支撑结构，内胆与内壳体之间形成中空的内部夹层，在内部夹层中缠绕包裹有若干层第一绝热纸；在内壳体与外壳体之间设置有将内壳体悬空支承于外壳体中的第二支撑结构，内壳体与外壳体之间形成中空的外部夹层，在外部夹层中缠绕包裹有若干层第二绝热纸；在内壳体尾部设置有与内部夹层连通的第一抽真空接头，第一抽真空接头穿过第二绝热纸后伸出第二绝热纸外，在外壳体尾部设置有与外部夹层连通的第二抽真空接头，通过第一抽真空接头和第二抽真空接头将内部夹层和外部夹层抽真空；在外壳体前端瓶口处密封设置有分配头，在内壳体与第二绝热纸之间排布有进液管道、出液管道、增压管道和出气管道，进液管道、出液管道、增压管道和出气管道的前端分别密封伸入分配头上对应的分配孔中，进液管道、出液管道、增压管道和出气管道的后端分别密封穿过内壳体尾部对应通孔、第一绝热纸、内胆尾部对应通孔后伸入内胆中。

进液管道、出液管道、增压管道和出气管道的具体排布为：在内壳体与第二绝热纸之间排布有进液管道、出液管道、增压管道和出气管道，进液管道的进液端密封伸入分配头上的第一分配孔中，进液管道的出液端密封穿过内壳体底部的第一通孔、第一绝热纸、内胆底部的第二通孔后伸入内胆中；出液管道的出液端密封伸入分配头上的第二分配孔中，出液管道的进液端密封穿过内壳体底部的第三通孔、第一绝热纸、内胆底部的第四通孔后伸入内胆中；增压管道的出液端密封伸入分配头上的第三分配孔中，增压管道的进液端密封穿过内壳体底部的第五通孔、第一绝热纸、内胆底部的第六通孔后伸入内胆中；出气管道的进气口密封伸入分配头上的第四分配孔中，出气管道的出气口密封穿过内壳体底部的第七通孔、第一绝热纸、内胆底部的第八通孔后伸入内胆中。

进一步地，前述的车用液态储氢绝热气瓶，其中，在内部夹层中缠绕包裹有二十六层第一绝热纸，所述的第一绝热纸由单层第一玻璃纤维纸和单层第一铝箔纸交替缠绕构成；在外部夹层中缠绕包裹有二十六层第二绝热纸，所述的第二绝热纸由单层第二玻璃纤维纸和单层第二铝箔纸交替缠绕构成。

进一步地，前述的车用液态储氢绝热气瓶，其中，在内部夹层和外部夹层中均填充有一定量的氧化钯和分子筛。

进一步地，前述的车用液态储氢绝热气瓶，其中，内胆、内壳体、外壳体三者同轴线。

进一步地，前述的车用液态储氢绝热气瓶，其中，第一支撑结构设置于内部夹层中，第二支撑结构设置于外部夹层中。

进一步地，前述的车用液态储氢绝热气瓶，其中，所述的第一支撑结构包括：第一支撑板和第一支撑棒，第一支撑棒固定设置于第一支撑板中部的通孔中、且第一支撑棒与第一支撑板相互垂直，在内胆前端设置有向内凹进的支撑孔，在内壳体前端设置有第一连接孔，前双层颈管密封卡嵌设置于第一连接孔中，在前双层颈管尾部设置有第一定位块，第一支撑棒前端伸入第一定位块的定位孔中，第一支撑板边缘抵靠支撑于内壳体内壁上，第一支撑棒抵压支撑于内胆的支撑孔中；所述的第二支撑结构包括：第二支撑板和第二支撑棒，第二支撑棒固定设置于第一支撑板中部的通孔中、且第二支撑棒与第一支撑板相互垂直，在内胆尾端设置有第二连接孔，后双层颈管密封卡嵌设置于第二连接孔中，在内壳体尾端设置有中心孔，第二支撑棒前端密封穿过内壳体尾端的中心孔后与后双层颈管尾端固定连接，第二支撑板边缘抵靠支撑于外壳体内壁上，第二支撑棒抵压支撑于内壳体后端。

进一步地，前述的车用液态储氢绝热气瓶，其中，所述的前双层颈管的结构包括：第一单层颈管和第二单层颈管，第二单层颈管套于第一单层颈管尾部，第一单层颈管前端抵靠于分配头上，第一单层颈管尾端与第二单层颈管尾端密封连接，第二单层颈管前端与第一连接孔密封连接。

进一步地，前述的车用液态储氢绝热气瓶，其中，所述的后双层颈管的结构包括：第三单层颈管和第四单层颈管，第四单层颈管套于第三单层颈管前部，第三单层颈管后端与第二支撑棒前端固定连接，第三单层颈管前端与第四单层颈管前端密封连接，第四单层颈管后端与第二连接孔密封连接。

进一步地，前述的车用液态储氢绝热气瓶，其中，在第二支撑棒前端固定设置有固定块，固定块密封卡嵌于中心孔中，第三单层颈管后端与固定块前端固定连接。

进一步地，前述的车用液态储氢绝热气瓶，其中，在外壳体外部还设置有外部连接管路，外部连接管路一端通过分配头与出气管道连通，外部连接管路另一端通过分配头与增压管道连通，外部连接管路为鳍片管结构、或外部连接管路由鳍片管和光管构成。

本发明的有益效果是：①在气瓶容积相同的情况下，单个车用液态储氢绝热气瓶的储氢量是单个公称工作压力为35Mpa的铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶的储氢量的3倍，因而一般物流车仅需配置一个车用液态储氢绝热气瓶就能达到配置三个公称工作压力为35Mpa的铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶的储氢量，有效降低使用成本；②该车用液态储氢绝热气瓶能长时间低温低压储存液态氢气，随着压力的降低，所用配件的成本也随之降低，进一步降低了成本；此外，低压储氢相比高压储氢的安全性能更高，更受消费者的欢迎。

附图说明

图1是本发明所述的车用液态储氢绝热气瓶的结构示意图。

图2是图1中去除不可见管道后的结构示意图。

图3是图2中前双层颈管的结构示意图。

图4是图2中后双层颈管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例所述的车用液态储氢绝热气瓶，包括：内胆1和外壳体3，在内胆1和外壳体3之间还夹套有内壳体2，在内胆1与内壳体2之间设置有将内胆1悬空支承于内壳体2中的第一支撑结构4，内胆1与内壳体2间形成中空的内部夹层10，在内部夹层10中缠绕包裹有若干层第一绝热纸。在内壳体2与外壳体3之间设置有将内壳体2悬空支承于外壳体3中的第二支撑结构5，内壳体2与外壳体3之间形成中空的外部夹层20，在外部夹层20中缠绕包裹有若干层第二绝热纸。在内壳体2尾部设置有与内部夹层10连通的第一抽真空接头，第一抽真空接头穿过第二绝热纸后伸出第二绝热纸外，在外壳体3尾部设置有与外部夹层20连通的第二抽真空接头。第一抽真空接头、第二抽真空接头为常闭式，只要在与抽真空装置上对应的抽真空对接头对接、抽真空过程中才连通。在实际应用中，第一抽真空接头比第二抽真空接头尺寸规格要小，这样方便与第一抽真空接头对接的抽真空对接头能穿过第二抽真空接头后、与第一抽真空接头对接连通。车用液态储氢绝热气瓶在使用前或出厂前需要使第一抽真空接头和第二抽真空接头分别连接抽真空装置，将内部夹层和外部夹层都抽真空。

本实施例中在内部夹层10中缠绕包裹有二十六层第一绝热纸，在外部夹层20中缠绕包裹有二十六层第二绝热纸。绝热纸缠绕包裹层数越多，则绝热效果越好，但是绝热纸缠绕层数过多会导致被绝热纸缠绕包裹的部分空气无法被有效抽出。本实施例中对第一绝热纸、第二绝热纸层数的设置既能保证被第一绝热纸、第二绝热纸包裹的空气能有效被抽出，保证处于完全真空环境，又能保证很好地绝热效果，而处于完全真空环境能阻止热传导，进一步提高绝热效果，此时绝热效果处于最佳状态。

更优选方案为：第一绝热纸由单层第一玻璃纤维纸和单层第一铝箔纸交替缠绕构成，第二绝热纸由单层第二玻璃纤维纸和单层第二铝箔纸交替缠绕构成。玻璃纤维纸用于阻止热传导，铝箔纸用于阻止热辐射。在内部夹层和外部夹层中均填充有一定量的氧化钯和分子筛，氧化钯用于吸收材料本体散发的氢离子，分子筛吸收空气中的水分。

如图1所示，在外壳体3前端瓶口处密封设置有分配头6，在内壳体2与第二绝热纸之间排布有进液管道71、出液管道72、增压管道73和出气管道74，进液管道71、出液管道72、增压管道73和出气管道74的前端分别密封伸入分配头6上对应的分配孔中，进液管道71、出液管道72、增压管道73和出气管道74的后端分别密封穿过内壳体2尾部对应通孔、第一绝热纸、内胆1尾部对应通孔后伸入内胆1中。

其中进液管道71的前端为进液端，进液管道71的后端为出液端，进液管道71的进液端密封伸入分配头6上的第一分配孔中，进液管道71的出液端密封穿过内壳体2底部的第一通孔、第一绝热纸、内胆1底部的第二通孔后伸入内胆1中。

其中出液管道72的前端为出液端，出液管道72的后端为进液端，出液管道72的出液端密封伸入分配头6上的第二分配孔中，出液管道72的进液端密封穿过内壳体2底部的第三通孔、第一绝热纸、内胆1底部的第四通孔后伸入内胆1中。

其中增压管道73的前端为出液端，增压管道73的后端为进液端，增压管道73的出液端密封伸入分配头6上的第三分配孔中，增压管道73的进液端密封穿过内壳体2底部的第五通孔、第一绝热纸、内胆1底部的第六通孔后伸入内胆1中。

其中出气管道74的前端为进气口，出气管道74的后端为出气口，出气管道74的进气口密封伸入分配头6上的第四分配孔中，出气管道74的出气口密封穿过内壳体2底部的第七通孔、第一绝热纸、内胆1底部的第八通孔后伸入内胆1中。

将进液管道71、出液管道72、增压管道73和出气管道74排布于内壳体2与第二绝热纸之间，增加了位于气瓶中的进液管道71、出液管道72、增压管道73和出气管道74的长度，进一步提高气瓶的绝热性能。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：内胆1、内壳体2、外壳体3三者同轴线。第一支撑结构4设置于内部夹层10中，第二支撑结构5设置于外部夹层20中。

所述的第一支撑结构4包括：第一支撑板41和第一支撑棒42，第一支撑棒42固定设置于第一支撑板41中部的通孔中、且第一支撑棒42与第一支撑板41相互垂直。在内胆1前端设置有向内凹进的支撑孔11，在内壳体2前端设置有第一连接孔，前双层颈管8密封卡嵌设置于第一连接孔中，在前双层颈管8尾部设置有第一定位块83，第一支撑棒42前端伸入第一定位块83的定位孔84中，第一支撑板41边缘抵靠支撑于内壳体2内壁上，第一支撑棒42抵压支撑于内胆1的支撑孔11中。本实施例中、第一支撑棒42、支撑孔11与内胆1同轴线。

所述的第二支撑结构5包括：第二支撑板51和第二支撑棒52，第二支撑棒52固定设置于第一支撑板51中部的通孔中、且第二支撑棒52与第一支撑板51相互垂直，在内胆1尾端设置有第二连接孔，后双层颈管9密封卡嵌设置于第二连接孔中，在内壳体2尾端设置有中心孔，第二支撑棒52前端密封穿过内壳体2尾端的中心孔后与后双层颈管9尾端固定连接，第二支撑板51边缘抵靠支撑于外壳体3内壁上，第二支撑棒52抵压支撑于内壳体2后端。本实施例中第二支撑棒52与内胆1同轴线。

如图2和图3所示，所述的前双层颈管8的结构包括：第一单层颈管81和第二单层颈管82，第二单层颈管82套于第一单层颈管81尾部，第一单层颈管81前端抵靠于分配头6上，第一单层颈管81尾端与第二单层颈管82尾端密封连接，第二单层颈管82前端与第一连接孔密封连接。

如图2和图4所示，所述的后双层颈管9的结构包括：第三单层颈管91和第四单层颈管92，第四单层颈管92套于第三单层颈管91前部，第三单层颈管91后端与第二支撑棒52前端固定连接，第三单层颈管91前端与第四单层颈管92前端密封连接，第四单层颈管92后端与第二连接孔密封连接。

本实施例中，在第二支撑棒52前端还固定设置有固定块53，在实际加工中，第二支撑棒52与固定块53可一体成型。固定块53密封卡嵌于中心孔中，第三单层颈管91后端与固定块53前端固定连接。

前双层颈管8和后双层颈管9的设置增加了导热路径，进一步提高了气瓶的绝热性能。

如图1和图2所示，本实施例中在外壳体3外部还设置有外部连接管路70，外部连接管路70一端通过分配头6与出气管道74的进气口连通，外部连接管路70另一端通过分配头6与增压管道73的出液端连通，外部连接管路70的整个管路均可以采用鳍片管，也可以将外部连接管路设置成由鳍片管和光管构成形式。气瓶在使用过程中，气瓶中的低温低压液氢随着使用时间的增加会越来越少，气瓶内的压力也会逐之减小，因而总有部分液氢残留于气瓶中。而增压管道73、出气管道74、外接连接管路70的配合设置，使气瓶中的部分液氢通过增压管道73流入外接连接管路70中。由于外接连接管路70裸露于外部环境中，因而外接连接管路70中的液氢吸热气化，而液氢吸热气化会提升压力，气化后的氢气通过出气管道74进入内胆1中，从而使气瓶内的压力提高，这样能减少残留于气瓶中的液氢残留量，液氢使用更加彻底。

其余结构和使用方式与实施例一相同，不再赘述。

上述结构的车用液态储氢绝热气瓶的相关技术参数如下：

单个气瓶的公称容纳腔体积：150L～1000L，

公称工作压力：1.59Mpa，

气压试验压力：3.18Mpa，

气密性试验压力：1.59 Mpa，

内胆1、内壳体2、外壳体3材质：316/316L不锈钢，

气瓶填充介质：低温低压液氢（温度在-253℃左右）。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。

本发明的优点是：①在气瓶容积相同的情况下，单个车用液态储氢绝热气瓶的储氢量是单个公称工作压力为35Mpa的铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶的储氢量的3倍，因而一般物流车仅需配置一个车用液态储氢绝热气瓶就能达到配置三个公称工作压力为35Mpa的铝内胆碳纤维复合缠绕气瓶的储氢量，有效降低使用成本；②该车用液态储氢绝热气瓶能长时间低温低压储存液态氢气，随着压力的降低，所用配件的成本也随之降低，进一步降低了成本；此外，低压储氢相比高压储氢的安全性能更高，更受消费者的欢迎。

Claims (4)

1.车用液态储氢绝热气瓶，包括：内胆和外壳体，其特征在于：在内胆和外壳体之间还夹套有内壳体，在内胆与内壳体之间设置有将内胆悬空支承于内壳体中的第一支撑结构，内胆与内壳体之间形成中空的内部夹层，在内部夹层中缠绕包裹有二十六层第一绝热纸，所述的第一绝热纸由单层第一玻璃纤维纸和单层第一铝箔纸交替缠绕构成；在内壳体与外壳体之间设置有将内壳体悬空支承于外壳体中的第二支撑结构，内壳体与外壳体之间形成中空的外部夹层，在外部夹层中缠绕包裹有二十六层第二绝热纸，所述的第二绝热纸由单层第二玻璃纤维纸和单层第二铝箔纸交替缠绕构成；在内部夹层和外部夹层中均填充有氧化钯和分子筛；在内壳体尾部设置有与内部夹层连通的第一抽真空接头，第一抽真空接头穿过第二绝热纸后伸出第二绝热纸外，在外壳体尾部设置有与外部夹层连通的第二抽真空接头，通过第一抽真空接头和第二抽真空接头将内部夹层和外部夹层抽真空；在外壳体前端瓶口处密封设置有分配头，在内壳体与第二绝热纸之间排布有进液管道、出液管道、增压管道和出气管道，进液管道、出液管道、增压管道和出气管道的前端分别密封伸入分配头上对应的分配孔中，进液管道、出液管道、增压管道和出气管道的后端分别密封穿过内壳体尾部对应通孔、第一绝热纸、内胆尾部对应通孔后伸入内胆中；

内胆、内壳体、外壳体三者同轴线；第一支撑结构设置于内部夹层中，第二支撑结构设置于外部夹层中；所述的第一支撑结构包括：第一支撑板和第一支撑棒，第一支撑棒固定设置于第一支撑板中部的通孔中、且第一支撑棒与第一支撑板相互垂直，在内胆前端设置有向内凹进的支撑孔，在内壳体前端设置有第一连接孔，前双层颈管密封卡嵌设置于第一连接孔中，在前双层颈管尾部设置有第一定位块，第一支撑棒前端伸入第一定位块的定位孔中，第一支撑板边缘抵靠支撑于内壳体内壁上，第一支撑棒抵压支撑于内胆的支撑孔中；所述的第二支撑结构包括：第二支撑板和第二支撑棒，第二支撑棒固定设置于第一支撑板中部的通孔中、且第二支撑棒与第一支撑板相互垂直，在内胆尾端设置有第二连接孔，后双层颈管密封卡嵌设置于第二连接孔中，在内壳体尾端设置有中心孔，第二支撑棒前端密封穿过内壳体尾端的中心孔后与后双层颈管尾端固定连接，第二支撑板边缘抵靠支撑于外壳体内壁上，第二支撑棒抵压支撑于内壳体后端；

在外壳体外部还设置有外部连接管路，外部连接管路一端通过分配头与出气管道连通，外部连接管路另一端通过分配头与增压管道连通，外部连接管路为鳍片管结构或外部连接管路由鳍片管和光管构成。

2.根据权利要求1所述的车用液态储氢绝热气瓶，其特征在于：所述的前双层颈管的结构包括：第一单层颈管和第二单层颈管，第二单层颈管套于第一单层颈管尾部，第一单层颈管前端抵靠于分配头上，第一单层颈管尾端与第二单层颈管尾端密封连接，第二单层颈管前端与第一连接孔密封连接。

3.根据权利要求1或2所述的车用液态储氢绝热气瓶，其特征在于：所述的后双层颈管的结构包括：第三单层颈管和第四单层颈管，第四单层颈管套于第三单层颈管前部，第三单层颈管后端与第二支撑棒前端固定连接，第三单层颈管前端与第四单层颈管前端密封连接，第四单层颈管后端与第二连接孔密封连接。

4.根据权利要求3所述的车用液态储氢绝热气瓶，其特征在于：在第二支撑棒前端固定设置有固定块，固定块密封卡嵌于中心孔中，第三单层颈管后端与固定块前端固定连接。