CN110529725A - 深冷介质储运容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种深冷介质储运容器，其包括外壳、介质容器、冷媒容器、冷屏以及冷却管路。介质容器设于外壳内，用于储存深冷介质。冷媒容器设于外壳内且位于介质容器一端，用于储存冷媒介质，冷媒介质的沸点高于深冷介质。冷屏设于外壳内且罩设于介质容器外周，冷屏与介质容器形状匹配。冷却管路由冷媒容器的下部引出，沿冷屏的底部向其远离冷媒容器的一端、沿冷屏的该一端的底部向顶部、沿冷屏的顶部向其对应冷媒容器的一端依序延伸，并引至冷媒容器的上部或引出至外壳外部。

Description

深冷介质储运容器

技术领域

本发明涉及深冷介质储运容器。

背景技术

随着经济的发展和低温技术的普及，例如冷冻液化气体的应用日趋广泛，各行各业对储存和运输冷冻液化气体的低温容器的需求也在不断增长，尤其针对液氢、液氦这类沸点极低，汽化潜热较小的介质，对其长期有效的贮存十分困难。有相关资料计算表明，采用一个日蒸发率为1％的50L多层绝热冷媒介质容器来储存液氦，预计日蒸发率达到50％左右，这显然无法满足储存要求。因此如何长期有效储存和运输就成了解决这一问题的关键。

现有储运容器通常采用杜瓦容器或是小型容器(25-100L)，其采用多屏或多层的绝热方式，在容器的排气颈管上焊有单个或多个蒸气冷却屏将容器包围起来，但制造较困难，质量较大，且仅适合短时间储存和短距离运输。当用于公路运时其蒸发率要增加2～7倍，而用于铁路运输时，蒸发率会增加60％～80％。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种满足深冷介质的长时间、长距离储运要求的深冷介质储运容器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种深冷介质储运容器。其中，所述深冷介质储运容器包括外壳、介质容器、冷媒容器、冷屏以及冷却管路。所述介质容器设于所述外壳内，用于储存深冷介质。所述冷媒容器设于所述外壳内且位于所述介质容器一端，用于储存冷媒介质，所述冷媒介质的沸点高于所述深冷介质。所述冷屏设于所述外壳内且罩设于所述介质容器外周，所述冷屏与所述介质容器形状匹配。所述冷却管路由所述冷媒容器的下部引出，沿所述冷屏的底部向其远离所述冷媒容器的一端、沿所述冷屏的该一端的底部向顶部、沿所述冷屏的顶部向其对应所述冷媒容器的一端依序延伸，并引至所述冷媒容器的上部或引出至所述外壳外部。

根据本发明的其中一个实施方式，所述外壳呈水平布置的罐式结构，且包括第一筒体以及设于所述第一筒体两端的第一封头，所述介质容器呈水平布置的罐式结构，且包括第二筒体以及设于所述第二筒体两端的第二封头，所述介质容器与所述外壳共轴设置。其中，所述冷媒容器设于所述介质容器的其中一所述第二封头与相邻的一所述第一封头之间。

根据本发明的其中一个实施方式，所述冷媒容器包括第三筒体以及两个第三封头。所述第三筒体与所述第一筒体共轴设置。两个所述第三封头分别设于所述第三筒体的两端，靠近所述介质容器的所述第三封头呈内凹结构且与相邻的所述第二封头的形状匹配，远离所述介质容器的所述第三封头呈外凸结构且与相邻的所述第一封头的形状匹配。

根据本发明的其中一个实施方式，所述深冷介质储运容器还包括轴向支撑结构。所述轴向支撑结构设于所述外壳内且与所述第一筒体共轴设置，所述轴向支撑结构的一端连接于临近所述冷媒容器的一所述第一封头，另一端连接于临近所述冷媒容器的一所述第二封头。其中，所述冷媒容器呈环状结构而形成供所述轴向支撑结构穿过的通道，所述轴向支撑结构支撑连接于所述通道。

根据本发明的其中一个实施方式，所述冷屏包括第四筒体以及第四封头。所述第四筒体与所述第二筒体共轴设置。所述第四封头设于所述第四筒体的远离所述冷媒容器的一端。其中，所述第四筒体的另一端连接于所述冷媒容器。

根据本发明的其中一个实施方式，所述深冷介质储运容器还包括径向支撑结构。所述径向支撑结构沿所述外壳的径向延伸并支撑连接于所述介质容器与所述外壳之间。

根据本发明的其中一个实施方式，所述外壳与所述冷屏之间为真空环境。和/或，所述外壳与所述冷媒容器之间为真空环境。和/或，所述冷屏与所述介质容器之间为真空环境。

根据本发明的其中一个实施方式，所述冷屏的材质为铝或铝合金。

根据本发明的其中一个实施方式，所述冷屏的外壁设有外绝热层，所述冷屏的内壁设有内绝热层，所述外绝热层由多层绝热材料缠绕于所述冷屏的外壁而成，所述内绝热层由多层绝热材料缠绕于所述冷屏的内壁而成。

根据本发明的其中一个实施方式，所述外壳设有多条加强筋。

根据本发明的其中一个实施方式，所述冷却管路在所述冷屏上的布置路径呈迂回盘桓形式或蛇形布置形式。

根据本发明的其中一个实施方式，所述冷却管路包括多根冷却管。

由上述技术方案可知，本发明提出的深冷介质储运容器的优点和积极效果在于：

本发明提出的深冷介质储运容器，通过采用“冷媒容器设于介质容器一端，用于储存沸点高于深冷介质的冷媒介质。冷屏罩设于介质容器外周。冷却管路由冷媒容器的下部引出，沿冷屏的底部向其远离冷媒容器的一端、沿冷屏的该一端的底部向顶部、沿冷屏的顶部向其对应冷媒容器的一端依序延伸，并引至冷媒容器的上部”的设计，利用独立的冷媒容器实现对介质容器的绝热保冷，满足深冷介质，特别是低温液化气体的长时间、长距离储运要求。另外，该深冷介质储运容器结构简单、设备质量较小。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施方式的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种深冷介质储运容器的局部剖视结构示意图；

图2是图1示出的深冷介质储运容器的右视图；

图3是图2示出的深冷介质储运容器的左视图。

其中，附图标记说明如下：

100.外壳；

110.第一筒体；

120.第一封头；

130.加强筋；

140.框架；

150.支座；

200.介质容器；

210.第二筒体；

220.第二封头；

300.冷媒容器；

310.第三筒体；

321.内凹封头；

322.外凸封头；

330.通道；

400.冷屏；

410.第四筒体；

420.第四封头；

430.外绝热层；

440.内绝热层；

500.冷却管路；

600.轴向支撑结构；

610.连接件；

700.径向支撑结构。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本发明。

在对本发明的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本发明的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“上端部”、“下端部”、“之间”、“侧”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。

参阅图1，图1中代表性地示出了能够体现本发明的原理的深冷介质储运容器的局部剖视结构示意图。在该示例性实施方式中，本发明提出的深冷介质储运容器是以用于储运低温液化气体的容器为例，进一步地，是以长时间、长距离储运例如液氢为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将该深冷介质储运容器的设计应用于储运其他种类的低温液化气体或其他深冷介质的容器设计中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本发明提出的深冷介质储运容器的原理的范围内。

如图1所示，在本实施方式中，本发明提出的深冷介质储运容器主要包括外壳100、介质容器200、冷媒容器300、冷屏400以及冷却管路500。配合参阅图2和图3，图2代表性地示出了能够体现本发明原理的深冷介质储运容器的右视图；图3代表性地示出了能够体现本发明原理的深冷介质储运容器的左视图。以下结合上述附图，对本发明提出的深冷介质储运容器的各主要组成部分的结构、连接方式和功能关系进行详细说明。

如图1至图3所示，在本实施方式中，外壳100呈水平布置的罐式结构。具体而言，外壳100可参考现有多层结构的低温罐式容器的外壳100的设计，例如，外壳100主要包括第一筒体110以及设置在第一筒体110两端的第一封头120。

进一步地，如图1和图2所示，在本实施方式中，外壳100的外部设置有框架140(图3中未示出)，用于提供支撑和保护外壳100的功能。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，外壳100的底部设有支座150，支座150用于承载外壳100。

进一步地，如图1所示，外壳100设有多条加强筋130。

如图1所示，在本实施方式，介质容器200设置在外壳100内，用于储存深冷介质。其中，该深冷介质在本实施方式中是以液氢为例进行说明。具体而言，介质容器200亦呈水平布置的罐式结构。其中，介质容器200可参考现有多层结构的低温罐式容器的储存低温介质的内胆的设计，例如，介质容器200主要包括第二筒体210以及设置在第二筒体210两端的第二封头220。并且，介质容器200与外壳100优选为共轴设置。

需说明的是，虽然上述外壳100与介质容器200或可部分参考现有类似设备的相关结构设计，但上述设计的整体方案绝非现有结构的简单叠加。例如，在本实施方式中，不同于现有低温罐式容器的内胆与外壳100的相对关系，介质容器200并未设置在外壳100的轴向方向上的正中位置。换言之，介质容器200一端的第二封头220邻设于与其相对的外壳100的第一封头120，大致与现有设计相似。然而，介质容器200的另一端的第二封头220与与其相对的外壳100的另一个第一封头120之间存在一定间隔，该相对的第一封头120与第二封头220之间形成的空间能够用于设置冷媒容器300，具体将在下述有关冷媒容器300的内容中详细说明。

如图1所示，在本实施方式中，冷媒容器300设置在外壳100内，且位于介质容器200一端。冷媒容器300作为冷源，用于储存冷媒介质(如液氮)，该冷媒介质的沸点高于介质容器200中储存的深冷介质的沸点。据此，介质容器200与冷媒容器300被共同封闭于一个承受外压的外壳100内。

具体而言，如图1所示，在本实施方式中，冷媒容器300设置在介质容器200的其中一第二封头220与相邻的一第一封头120之间。冷媒容器300主要包括第三筒体310以及设置在第三筒体310两端的第三封头，且第三筒体310优选为与第一筒体110(第二筒体210)共轴设置。其中，两个第三封头分别为内凹封头321和外凸封头322，内凹封头321为靠近介质容器200的一个第三封头，其大致呈内凹结构且与相邻的第二封头220的形状匹配，外凸封头322为远离介质容器200(靠近外壳100)的另一个第三封头，其大致呈外凸结构且与相邻的第一封头120的形状匹配。承上，冷媒容器300的截面大致呈“C”字型结构或“)”型结构。据此，利用内凹封头321与第二封头220形状匹配的设计，能够进一步减小介质容器200与冷媒容器300之间的间隙，有利于减少设备的尺寸和空间占用。在其他实施方式中，根据外壳100或介质容器200的不同的封头结构或两者的不同的相对位置关系，冷媒容器300亦可选择其他结构，并不以本实施方式为限。例如，当不考虑介质容器200与冷媒容器300之间的间隙时，内凹封头321亦可采用外凸式的罐体封头结构，或采用正常的凹面受压结构。

如图1所示，在本实施方式中，冷屏400设置在外壳100内且罩设在介质容器200的外周，冷屏400优选为与介质容器200的形状匹配。即，冷屏400可包括第四筒体410以及第四封头420。具体而言，第四筒体410与第二筒体210(第一筒体110和第三筒体310)共轴设置。第四封头420设置在第四筒体410的远离冷媒容器300的一端。其中，第四筒体410的另一端直接连接于冷媒容器300的第三筒体310或内凹封头321。据此，深冷介质储运容器能够借助冷屏400有效地降低介质容器200的壁温，减少辐射热。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，第四筒体410的筒径优选为与第三筒体310的筒径相同。即，第四筒体410的该另一端直接连接在冷媒容器300的第三筒体310与内凹封头321相接的位置。

进一步地，在本实施方式中，冷屏400的材质优选为导热率较高的铝或铝合金。具体而言，冷屏400可由一个铝板卷制而成的铝制筒体(即第四筒体410)和一个铝制封头(即第四封头420)焊接组成，从而进一步减少热辐射，进一步降低介质容器200外壁温度。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，冷屏400的外壁优选地设置有外绝热层430。具体而言，外绝热层430可以由多层绝热材料缠绕在冷屏400的外壁而成。

类似地，如图1所示，在本实施方式中，冷屏400的内壁优选地设置有内绝热层440。具体而言，内绝热层440可以由多层绝热材料缠绕于冷屏400的内壁而成。

另外，需说明的是，在上述多层罐体(屏)结构的基础上，外壳100与冷屏400之间为真空环境。外壳100与冷媒容器300之间为真空环境。冷屏400与介质容器200之间为真空环境。据此，能够进一步保证各层罐体(屏)之间的保冷效果，降低液氢的蒸发率。再者，可在介质容器200和冷媒容器300与外壳100之间存在上述真空夹层中填充绝热材料，从而减小介质容器200与外界之间温差，进一步保证深冷介质储运容器的绝热效果。

如图1和图3所示，在本实施方式中，冷却管路500是由冷媒容器300的下部引出，并沿着“冷屏400的底部→冷屏400的远离冷媒容器300的一端→冷屏400的该一端的底部→冷屏400的该一端的顶部→冷屏400的顶部向其对应冷媒容器300的一端”的顺序延伸，最终引回至冷媒容器300的上部或引出至外壳100外部缓慢排放。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，冷却管路500由冷媒容器300引出和引回的位置均位于冷媒容器300的外凸封头322上。

进一步地，在本实施方式中，冷却管路500在冷屏400上的布置路径优选地呈迂回盘桓形式或蛇形布置形式。据此，能够大幅增加冷却管路500的延伸长度，增加换热面积，优化冷却效果。另外，当冷却管路500采用引出至外壳100外部的设计时，冷却管路500也可以盘式缠绕在冷屏400的表面，并且直接从远离冷媒容器300的一端引出外壳100，引出外壳100后外部设置有气相缓慢释放的装置或结构。

进一步地，在本实施方式中，冷却管路500优选地包括多根冷却管。其中，多根冷却管路500可以采用管束或相互平行的形式以相同或相似的路径布置，亦可分别采用不同的路径布置。

据此，基于上述介质容器200与冷媒容器300共同封闭在一个外壳100中的设计，配合冷却管路500的设计，能够使冷媒容器300中的冷量传递至介质容器200中，对介质容器200提供冷却作用。冷媒介质由冷却管路500的多根冷却管由冷媒容器300底部引出，通过设置在冷屏400上的固定连接件将其牢牢地固定在冷屏400上，由冷媒容器300底部空间延伸至其顶部，最终回到冷媒容器300。冷却管路500末端伸入冷媒介质容器200内部可使冷却管路500中汽化了的冷媒介质实现再次液化，减少对冷媒介质的损耗。

通过本实施方式的上述设计，本发明提出的深冷介质储运容器能够利用独立的冷媒容器300实现对介质容器200的绝热保冷，满足深冷介质，特别是例如液氢的长时间、长距离的储运要求。

再者，如图1所示，在本实施方式中，本发明提出的深冷介质储运容器还包括轴向支撑结构600。具体而言，轴向支撑结构600设置在外壳100内且与第一筒体110共轴设置。其中，轴向支撑结构600的一端连接于临近冷媒容器300的一第一封头120，另一端连接于临近冷媒容器300的一第二封头220。

另外，为配合上述轴向支撑结构600的设置，冷媒容器300在本实施方式中可呈环状结构，即冷媒容器300的第三筒体310实际上为环状筒体，且第三筒体310的内部空间为环状空间，从而形成供轴向支撑结构600穿过的通道330。据此，能够通过通道330和轴向支撑结构600穿过通道330的设计，避免基于上述设计时冷媒容器300与通道330之间产生干涉。在其他实施方式中，当不存在上述干涉问题时，冷媒容器亦可为完整的筒型罐体结构，并不以本实施方式为限。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，轴向支撑结构600可通过例如法兰或环形支座等连接件610支撑连接于通道330的外壁。

再者，如图1所示，在本实施方式中，本发明提出的深冷介质储运容器还包括径向支撑结构700。具体而言，径向支撑结构700沿外壳100(介质容器200)的径向延伸并支撑连接于介质容器200与外壳100之间。其中，本实施方式中的径向支撑结构700优选地设置在介质容器200的临近冷媒容器300的第二封头220与外壳100之间，但并不以此为限。

承上，介质容器200与冷媒容器300通过径向支撑结构700和轴向支撑结构600支承在外壳100中，并能承受足够大的径向和轴向载荷，确保运输过程，特别是长距离运输过程中的安全性。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的深冷介质储运容器仅仅是能够采用本发明原理的许多种深冷介质储运容器中的一个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的深冷介质储运容器的任何细节或深冷介质储运容器的任何部件。

举例而言，在本实施方式中，介质容器200上设有介质管路系统，该介质管路系统由介质容器200上引出，穿过真空夹层后从外壳100的第一封头120穿出，可用于加注和排放深冷介质，或及时排出介质容器200内因温度升高所形成的深冷介质蒸汽，释放容器或管路压力，确保运输过程，特别是长距离运输过程中的安全性。

综上所述，本发明提出的深冷介质储运容器，通过采用“冷媒容器设于介质容器一端，用于储存沸点高于深冷介质的冷媒介质。冷屏罩设于介质容器外周。冷却管路由冷媒容器的下部引出，沿冷屏的底部向其远离冷媒容器的一端、沿冷屏的该一端的底部向顶部、沿冷屏的顶部向其对应冷媒容器的一端依序延伸，并引至冷媒容器的上部”的设计，利用独立的冷媒容器实现对介质容器的绝热保冷，满足深冷介质，特别是冷冻液化气体的长时间、长距离储运要求。另外，该深冷介质储运容器结构简单、设备质量较小。

以上详细地描述和/或图示了本发明提出的深冷介质储运容器的示例性实施方式。但本发明的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

虽然已根据不同的特定实施例对本发明提出的深冷介质储运容器进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本发明的实施进行改动。

Claims (12)

1.一种深冷介质储运容器，其特征在于，所述深冷介质储运容器包括：

外壳；

介质容器，设于所述外壳内，用于储存深冷介质；

冷媒容器，设于所述外壳内且位于所述介质容器一端，用于储存冷媒介质，所述冷媒介质的沸点高于所述深冷介质；

冷屏，设于所述外壳内且罩设于所述介质容器外周，所述冷屏与所述介质容器形状匹配；以及

冷却管路，由所述冷媒容器的下部引出，沿所述冷屏的底部向其远离所述冷媒容器的一端、沿所述冷屏的该一端的底部向顶部、沿所述冷屏的顶部向其对应所述冷媒容器的一端依序延伸，并引至所述冷媒容器的上部或引出至所述外壳外部。

2.根据权利要求1所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述外壳呈水平布置的罐式结构，且包括第一筒体以及设于所述第一筒体两端的第一封头，所述介质容器呈水平布置的罐式结构，且包括第二筒体以及设于所述第二筒体两端的第二封头，所述介质容器与所述外壳共轴设置；其中，所述冷媒容器设于所述介质容器的其中一所述第二封头与相邻的一所述第一封头之间。

3.根据权利要求2所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述冷媒容器包括：

第三筒体，与所述第一筒体共轴设置；以及

两个第三封头，分别设于所述第三筒体的两端，靠近所述介质容器的所述第三封头呈内凹结构且与相邻的所述第二封头的形状匹配，远离所述介质容器的所述第三封头呈外凸结构且与相邻的所述第一封头的形状匹配。

4.根据权利要求3所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述深冷介质储运容器还包括：

轴向支撑结构，设于所述外壳内且与所述第一筒体共轴设置，所述轴向支撑结构的一端连接于临近所述冷媒容器的一所述第一封头，另一端连接于临近所述冷媒容器的一所述第二封头；

其中，所述冷媒容器呈环状结构而形成供所述轴向支撑结构穿过的通道，所述轴向支撑结构支撑连接于所述通道。

5.根据权利要求3所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述冷屏包括：

第四筒体，与所述第二筒体共轴设置；以及

第四封头，设于所述第四筒体的远离所述冷媒容器的一端；

其中，所述第四筒体的另一端连接于所述冷媒容器。

6.根据权利要求2所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述深冷介质储运容器还包括：

径向支撑结构，沿所述外壳的径向延伸并支撑连接于所述介质容器与所述外壳之间。

7.根据权利要求1所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述外壳与所述冷屏之间为真空环境；和/或，所述外壳与所述冷媒容器之间为真空环境；和/或，所述冷屏与所述介质容器之间为真空环境。

8.根据权利要求1所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述冷屏的材质为铝或铝合金。

9.根据权利要求1所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述冷屏的外壁设有外绝热层，所述冷屏的内壁设有内绝热层，所述外绝热层由多层绝热材料缠绕于所述冷屏的外壁而成，所述内绝热层由多层绝热材料缠绕于所述冷屏的内壁而成。

10.根据权利要求1所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述外壳设有多条加强筋。

11.根据权利要求1所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述冷却管路在所述冷屏上的布置路径呈迂回盘桓形式或蛇形布置形式。

12.根据权利要求1所述的深冷介质储运容器，其特征在于，所述冷却管路包括多根冷却管。