CN110792916A - 一种运输高压气体的管束式集装箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运输高压气体的管束式集装箱，解决传统运输拖车运输气量小、运输效率低、以及复合长管在长期使用过程中复合材料层易环向开裂的技术问题。本发明包括集装箱体，以及安装于集装箱体内的管束式气瓶组，管束式气瓶组集成有若干个相互连通并用于存储高压气体的管束式气瓶；集装箱体内设有用于安全固定管束式气瓶组前端并安装安全泄放装置的安全舱，以及用于安全固定管束式气瓶组后端并对管束式气瓶组中的管束式气瓶进行连通和充放气操作的操作舱，操作舱内设有与管束式气瓶相连接的充放气装置。本发明集装箱体内可以排布工作压力30MPa、外径φ529mm的复合长管15根，氢气运输量约610kg，运气量增加了80％以上。

Description

一种运输高压气体的管束式集装箱
技术领域
本发明涉及一种运输高压气体的管束式集装箱。
背景技术
随着氢燃料电池汽车的普及和发展，长管拖车在高压氢气的运输中发挥着越来越重要的作用。长管拖车不仅可以运输高压氢气，还可以运输CNG、压缩氧气、氦气、氮气、以及其他特种气体。通常所指的长管拖车按其结构不同分为集装管束式长管拖车和捆绑式长管拖车，而集装管束式长管拖车是应用最为广泛的。
现有的集装管束式长管拖车上的管束式集装箱，因受道路限重和车辆设计限重的要求(国内限高4米，限重40吨)，公称工作压力20MPa的集装箱满载运气量约330kg。传统集装管束式长管拖车上的管束式集装箱存在运气量小、以及运输效率低的技术问题。
因此，设计一种运输高压气体的管束式集装箱，以解决传统集装管束式长管拖车上的管束式集装箱存在运气量小、以及运输效率低的技术问题，其可以排布工作压力30MPa、外径φ529mm的复合长管15根，氢气运输量约610kg，有效增加运输气量80％以上，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种运输高压气体的管束式集装箱，解决传统运输拖车运输气量小、运输效率低、以及复合长管在长期使用过程中复合材料层易环向开裂的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种运输高压气体的管束式集装箱，包括集装箱体，以及安装于所述集装箱体内的管束式气瓶组，所述管束式气瓶组集成有若干个相互连通并用于存储高压气体的管束式气瓶；
所述集装箱体内设有用于安全固定管束式气瓶组前端的安全舱，以及用于安全固定管束式气瓶组后端并对所述管束式气瓶组中的所述管束式气瓶进行连通和充放气操作的操作舱，所述操作舱内设有与管束式气瓶相连接的充放气装置。
进一步地，所述充放气装置包括与所述管束式气瓶相连通的连通管、以及与所述连通管相连通的输送管，所述输送管上设有压力表、温度计、以及充放气机构。
进一步地，所述充放气机构包括与所述输送管相连通的充放气管、以及连接在所述充放气管上的充放气接头，所述充放气管上设有充放气阀。
进一步地，所述输送管上设有安全泄放阀。
进一步地，所述连通管和所述管束式气瓶之间设有瓶口针阀，所述连通管通过所述瓶口针阀与所述管束式气瓶相连通。
进一步地，所述集装箱体内设有用于将所述集装箱体的内后端分隔成所述操作舱的后端板，所述后端板上通过螺栓固定有与所述管束式气瓶的后端塞相配合的后端法兰盘，所述管束式气瓶通过所述后端法兰盘与所述后端板相固定。
进一步地，所述集装箱体内设有用于将所述集装箱体的内前端分隔成所述安全舱的前端板，所述前端板上通过螺栓固定有与所述管束式气瓶的前端塞相配合的前端法兰盘，所述管束式气瓶通过所述前端法兰盘与所述前端板相固定，所述安全舱内设有与所述管束式气瓶的前端塞相配合的安全泄放装置。
进一步地，所述管束式气瓶组包括15根所述管束式气瓶，所述管束式气瓶为复合材料长管，其工作压力30MPa、外径φ529mm、氢气运输量为40.6kg。
进一步地，所述集装箱体内设有用于固定所述管束式气瓶的固定机构，所述固定机构包括横梁和抱箍，所述横梁设于所述集装箱体内，所述管束式气瓶通过所述抱箍与所述横梁相固定；
所述抱箍包括抱箍主体和包覆于所述抱箍主体的外表面上的橡胶条，所述橡胶条与所述管束式气瓶的外壁相贴合。
进一步地，所述集装箱体的后端设有集装箱门，所述集装箱的顶面设置有顶板，所述集装箱体的两侧面均设有百叶窗和活动侧门，所述集装箱体的内底面铺设有波纹板。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，在道路同样重量和高度限制下，集装箱体内可以排布工作压力30MPa、外径φ529mm的复合长管15根，氢气运输量约610kg，运气量增加了80％以上。
本发明主要包括集装箱体、复合材料长管、安全舱、以及操作舱。集装箱体的内空通过前端板和后端板分隔成位于前端的安全舱、位于后端的操作舱、以及位于安全舱和操作舱之间用于容置管束式气瓶的气瓶容置舱。
本发明前端板在与每一个管束式气瓶相对应的位置设有一个与管束式气瓶前端塞相配合的前端法兰盘，管束式气瓶的前端通过前端法兰盘与前端板相固定，同理，后端板在与每一个管束式气瓶相对应的位置设有一个与管束式气瓶后端塞相配合的后端法兰盘，管束式气瓶的后端通过后端法兰盘与后端板相固定，可有效保证管束式气瓶在集装箱体内的稳固性。
本发明集装箱体内设有横梁，横梁最好活动安装在集装箱体的内壁上，横梁水平横向分布于集装箱体内，每一层横梁最好是四根，管束式气瓶通过抱箍与横梁相固定，15根复合材料长管分四层安装于集装箱体内，顶层三根，其余三层各四根，第二层和第三层之间设有一排横梁，如此，顶层复合材料长管可以通过抱箍与集装箱体内顶部的横梁相固定，第二层和第三层复合材料长管与位于中间的横梁通过抱箍相固定，底层复合材料长管可以通过抱箍与集装箱体内底部的横梁相固定，上述抱箍的宽度不小于60mm，厚度不小于3mm，如此每个管束式气瓶的中部都通过四个抱箍与横梁相固定，可进一步增强管束式气瓶在集装箱体内的稳固性，同时避免长期使用过程中，复合长管的复合材料层出现环向开裂。
本发明操作舱内设充放气装置，所有管束式气瓶通过充放气装置相连通、以及进行充放气，充放气装置包括连通管、输送管、安全泄放阀、压力表、温度计、以及充放气机构，充放气机构包括充放气管、充放气接头、以及充放气阀。在管路上设置压力表和温度计，可有效监控气体的温度和压力的变化，管路上设置安全泄放阀，当系统中的气体压力超过管路的设计压力时，可以自动排放防止发生意外。同时，当运输氢气时，可以在操作仓顶部设置氢泄漏传感器，用于实时监测管路是否有泄漏并采取相应控制策略。
本发明所用管束式气瓶为复合材料长管，复合材料长管由内至外包括内胆、过渡层、纤维缠绕层、以及外保护层。内胆材料采用优质铬钼钢4130X，热处理强度不高于880MPa；过渡层采用聚氨酯涂料，一方面防止内胆腐蚀，另一方面与复合材料有良好的结合性能；纤维缠绕层采用碳纤维环向缠绕成型，树脂体系采用环氧-酸酐树脂体系，并在缠绕过程中加入纤维织物防止复合长管在充放气的过程中发生开裂；外保护层采用玻璃纤维环向缠绕成型。其工作压力可达30MPa，外径为φ529mm，每一根复合材料长管的储存高压氢气的量为40.6kg以上，可一次性运输610kg高压氢气，运气量相比于现有技术增加了80％以上。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明集装箱体内的俯视图。
图3为图1中A向视图。
图4为图1中B-B截面视图。
图5为图1中C-C截面视图。
图6为图1中F-F截面视图。
图7为本发明侧面视图。
图8为图7中K-K截面视图。
图9为本发明集装箱体的俯视图。
图10为本发明抱箍结构示意图。
图11为本发明抱箍横截面示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-集装箱体、2-管束式气瓶、3-安全舱、4-操作舱、5-前端板、6-前端法兰盘、7-后端板、8-后端法兰、9-连通管、10-输送管、11-压力表、12-温度计、13-充放气管、14-充放气接头、15-充放气阀、16-安全泄放阀、17-瓶口针阀、18-安全泄放装置、19-横梁、20-集装箱门、21-百叶窗、22-活动侧门、23-波纹板、24-顶板、25-抱箍、26-抱箍主体、27-橡胶条。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1-11所示，本发明提供的一种运输高压气体的管束式集装箱，结构简单、设计科学合理，使用方便，在道路同样重量和高度限制下，集装箱体内可以排布工作压力30MPa、外径φ529mm的复合长管15根，氢气运输量约610kg，运气量增加了80％以上。本发明包括集装箱体1，以及安装于所述集装箱体1内的管束式气瓶组，所述管束式气瓶组集成有若干个相互连通并用于存储高压气体的管束式气瓶2；所述集装箱体1内设有用于安全固定管束式气瓶组前端的安全舱3，以及用于安全固定管束式气瓶组后端并对所述管束式气瓶组中的所述管束式气瓶2进行连通和充放气操作的操作舱4，所述操作舱4内设有与管束式气瓶2相连接的充放气装置。所述管束式气瓶组包括15根所述管束式气瓶2，所述管束式气瓶2为复合材料长管，其工作压力30MPa、外径φ529mm、氢气运输量为40.6kg。所述集装箱体1内设有用于固定所述管束式气瓶2的固定机构，所述固定机构包括横梁19和抱箍25，所述横梁19设于所述集装箱体1内，所述管束式气瓶2通过所述抱箍25与所述横梁19相固定；所述抱箍25包括抱箍主体26和包覆于所述抱箍主体26的外表面上的橡胶条27，所述橡胶条27与所述管束式气瓶2的外壁相贴合。所述集装箱体1的后端设有集装箱门20，所述集装箱体1的两侧面均设有百叶窗21和活动侧门22，所述集装箱体1的内底面铺设有波纹板23，所述集装箱的顶面设置有顶板24。
本发明主要包括集装箱体、复合材料长管、安全舱、以及操作舱。集装箱体的内空通过前端板和后端板分隔成位于前端的安全舱、位于后端的操作舱、以及位于安全舱和操作舱之间用于容置管束式气瓶的气瓶容置舱。
本发明集装箱体内设有横梁，底部横梁固定焊接在集装箱体中，中部和顶部横梁活动安装在集装箱体的内壁上，横梁水平横向分布于集装箱体内，每一层横梁四根，管束式气瓶通过抱箍与横梁相固定，15根复合材料长管分四层安装于集装箱体内，顶层三根，其余三层各四根，第二层和第三层之间设有一排横梁，如此，顶层复合材料长管可以通过抱箍与集装箱体内顶部的横梁相固定，第二层和第三层复合材料长管与位于中间的横梁通过抱箍相固定，底层复合材料长管可以通过抱箍与集装箱体内底部的横梁相固定，上述抱箍的宽度不小于60mm，厚度不小于3mm，如此每个管束式气瓶的中部都通过四个抱箍与横梁相固定，可进一步增强管束式气瓶在集装箱体内的稳固性。
本发明所述集装箱体1内设有用于将所述集装箱体1的内后端分隔成所述操作舱4的后端板7，所述后端板7上通过螺栓固定有与所述管束式气瓶2的后端塞相配合的后端法兰盘8，所述管束式气瓶2通过所述后端法兰盘8与所述后端板7相固定。所述集装箱体1内设有用于将所述集装箱体1的内前端分隔成所述安全舱3的前端板5，所述前端板5上通过螺栓固定有与所述管束式气瓶2的前端塞相配合的前端法兰盘6，所述管束式气瓶2通过所述前端法兰盘6与所述前端板5相固定，所述安全舱3内设有与所述管束式气瓶2的前端塞相配合的安全泄放装置18。
本发明前端板在与每一个管束式气瓶相对应的位置设有一个与管束式气瓶前端塞相配合的前端法兰盘，管束式气瓶的前端通过前端法兰盘与前端板相固定，同理，后端板在与每一个管束式气瓶相对应的位置设有一个与管束式气瓶后端塞相配合的后端法兰盘，管束式气瓶的后端通过后端法兰盘与后端板相固定，可有效保证管束式气瓶在集装箱体内的稳固性。
本发明所述充放气装置包括与所述管束式气瓶2相连通的连通管9、以及与所述连通管9相连通的输送管10，所述输送管10上设有压力表11、温度计12、以及充放气机构。所述充放气机构包括与所述输送管10相连通的充放气管13、以及连接在所述充放气管13上的充放气接头14，所述充放气管13上设有充放气阀15。所述输送管10上设有安全泄放阀16。所述连通管9和所述管束式气瓶2之间设有瓶口针阀17，所述连通管9通过所述瓶口针阀17与所述管束式气瓶2相连通。
本发明操作舱内设充放气装置，所有管束式气瓶通过充放气装置相连通、以及进行充放气，充放气装置包括连通管、输送管、安全泄放阀、压力表、温度计、以及充放气机构，充放气机构包括充放气管、充放气接头、以及充放气阀。在管路上设置压力表和温度计，可有效监控气体的温度和压力的变化，管路上设置安全泄放阀，当系统中的气体压力超过管路的设计压力时，可以自动排放防止发生意外。同时，当运输氢气时，可以在操作仓顶部设置氢泄漏传感器，用于实时监测管路是否有泄漏并采取相应控制策略。
本发明所用管束式气瓶为复合材料长管。复合材料长管由内至外包括内胆、过渡层、纤维缠绕层、以及外保护层。内胆材料采用优质铬钼钢4130X，热处理强度不高于880MPa；过渡层采用聚氨酯涂料，一方面防止内胆腐蚀，另一方面与复合材料有良好的结合性能；纤维缠绕层采用碳纤维环向缠绕成型，树脂体系采用环氧-酸酐树脂体系，并在缠绕过程中加入纤维织物防止复合长管在充放气的过程中发生开裂；外保护层采用玻璃纤维环向缠绕成型。其工作压力可达30MPa，外径为φ529mm，每一根复合材料长管的储存高压氢气的量为40.6kg以上，可一次性运输610kg高压氢气，运气量相比于现有技术增加了80％以上。
本发明主要由框架式集装箱体、复合长管、前端安全舱、后端操作舱等几部分组成。复合长管内胆选用4130X钢，外表面环向缠绕碳纤维复合材料，两端瓶口均加工内外螺纹，两端外螺纹与安装法兰用螺纹连接，将安装法兰用螺栓固定在框架两端的前后支撑板上，同时在框架的中部均布4根横梁，将气瓶通过抱箍固定在横梁上；瓶口内螺纹上旋紧端塞，在端塞上连接管件，前端设有安全泄放装置构成安全舱，后端设有进出气管路、温度表、压力表、充气接头、安全泄放阀、氢泄漏报警传感器等构成操作舱。
本发明集装箱体为框架式结构，采用全封闭的40英尺标准集装箱结构，主体材料用型钢、角件、钢棒和钢板等焊接而成，顶板、侧板和底板采用铝合金波纹板或者铝合金冲压板与框架主体结构铆接或者自攻螺栓连接，同时在侧面两侧设置活动散热门，顶部设置散热百叶窗，一方面使缠绕气瓶复合材料层免受紫外线辐射、化学物质侵蚀以及尖锐物损伤，另一方面满足气瓶在充放气和使用过程中的散热需求。同时，在框架的中部均布4根横梁，每层气瓶除了两端通过法兰盘和端板连接以外，每个气瓶中部有4个宽度不小于60mm，厚度不小于3mm的抱箍固定在横梁上，连接稳固。
值得注意的是，本发明所使用的复合长管长度长、跨度大，在反复充放气和长期使用的重力作用下，复合长管中复合材料层易环向开裂造成复合长管失效，本发明采用特制抱箍将复合长管的中腹与横梁相固定，可有效解决复合长管中复合材料层易环向开裂的问题。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：包括集装箱体(1)，以及安装于所述集装箱体(1)内的管束式气瓶组，所述管束式气瓶组集成有若干个相互连通并用于存储高压气体的管束式气瓶(2)；
所述集装箱体(1)内设有用于安全固定管束式气瓶组前端的安全舱(3)，以及用于安全固定管束式气瓶组后端并对所述管束式气瓶组中的所述管束式气瓶(2)进行连通和充放气操作的操作舱(4)，所述操作舱(4)内设有与管束式气瓶(2)相连接的充放气装置。
2.根据权利要求1所述的一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：所述充放气装置包括与所述管束式气瓶(2)相连通的连通管(9)、以及与所述连通管(9)相连通的输送管(10)，所述输送管(10)上设有压力表(11)、温度计(12)、以及充放气机构。
3.根据权利要求2所述的一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：所述充放气机构包括与所述输送管(10)相连通的充放气管(13)、以及连接在所述充放气管(13)上的充放气接头(14)，所述充放气管(13)上设有充放气阀(15)。
4.根据权利要求2所述的一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：所述输送管(10)上设有安全泄放阀(16)。
5.根据权利要求2所述的一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：所述连通管(9)和所述管束式气瓶(2)之间设有瓶口针阀(17)，所述连通管(9)通过所述瓶口针阀(17)与所述管束式气瓶(2)相连通。
6.根据权利要求1所述的一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：所述集装箱体(1)内设有用于将所述集装箱体(1)的内后端分隔成所述操作舱(4)的后端板(7)，所述后端板(7)上通过螺栓固定有与所述管束式气瓶(2)的后端塞相配合的后端法兰盘(8)，所述管束式气瓶(2)通过所述后端法兰盘(8)与所述后端板(7)相固定。
7.根据权利要求1所述的一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：所述集装箱体(1)内设有用于将所述集装箱体(1)的内前端分隔成所述安全舱(3)的前端板(5)，所述前端板(5)上通过螺栓固定有与所述管束式气瓶(2)的前端塞相配合的前端法兰盘(6)，所述管束式气瓶(2)通过所述前端法兰盘(6)与所述前端板(5)相固定，所述安全舱(3)内设有与所述管束式气瓶(2)的前端塞相配合的安全泄放装置(18)。
8.根据权利要求1所述的一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：所述管束式气瓶组包括15根所述管束式气瓶(2)，所述管束式气瓶(2)为复合材料长管，其工作压力30MPa、外径φ529mm、氢气运输量为40.6kg。
9.根据权利要求1所述的一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：所述集装箱体(1)内设有用于固定所述管束式气瓶(2)的固定机构，所述固定机构包括横梁(19)和抱箍(25)，所述横梁(19)设于所述集装箱体(1)内，所述管束式气瓶(2)通过所述抱箍(25)与所述横梁(19)相固定；
所述抱箍(25)包括抱箍主体(26)和包覆于所述抱箍主体(26)的外表面上的橡胶条(27)，所述橡胶条(27)与所述管束式气瓶(2)的外壁相贴合。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种运输高压气体的管束式集装箱，其特征在于：所述集装箱体(1)的后端设有集装箱门(20)，所述集装箱的顶面设置有顶板(24)，所述集装箱体(1)的两侧面均设有百叶窗(21)和活动侧门(22)，所述集装箱体(1)的内底面铺设有波纹板(23)。
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CN115264383A (zh) * 2022-09-02 2022-11-01 沈阳鼓风机集团往复机有限公司 一种防腐用氮气置换装置

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