CN111503507A - 一种内夹层式车载低温绝热气瓶 - Google Patents

Abstract

一种内夹层式车载低温绝热气瓶，属于移动式低温绝热压力容器领域。这种气瓶的前后支撑结构主要由支撑环板、支撑外管、支撑长管、支撑短管和支撑连接盖组成。支撑环板和支撑外管位于内胆和外壳封头间的夹层中，延长了整体支撑结构的导热路径，并且在支撑环板上打孔，大大降低了气瓶的漏热量。与传统绝热气瓶相比，该结构避免了在外壳上开孔，减少了漏点，气瓶的安全性能的得到提升。支撑环板和支撑外管的存在相当于减小了悬臂梁的长度，在保证结构强度的前提下，提高了支撑结构的刚度和稳定性。另外，气瓶端部管路设计为圆弧形或S形结构在夹层空间中迂回，进一步降低了热损失。

Description

一种内夹层式车载低温绝热气瓶

技术领域

本发明涉及一种内夹层式车载低温绝热气瓶，属于移动式低温压力容器技术领域。

背景技术

随着我国经济的不断发展，汽车已经逐渐成为人们出行不可或缺的工具，对汽车的需求量也逐渐增大。汽车数量的快速增长一方面使石油资源短缺的矛盾更加突出，并且其排放的尾气是大气污染的主要源头之一。为了逐步转型汽车能源，使用清洁燃料来供汽车使用，在国家政策的引导下，各大车企均高度重视液化天然气汽车的发展。其中，LNG低温绝热气瓶是天然气汽车的重要部件。而且，随着技术的发展，该类型气瓶设备的应用范围仍在不断扩大，且朝轻量化、大型化、极端化方向发展。

另外，随着传统能源石油、煤日渐枯竭，氢能以其可再生的优势和丰富的资源引起了人们广泛的兴趣。目前，燃氢汽车也发展迅速，是国家重点扶植行业。然而，燃氢汽车必须配备低温绝热液化氢气气瓶作为氢气供给源，而液化氢气低温绝热瓶由于温度更低，使用条件更为苛刻，成为行业亟待解决的难题之一。

和传统的小容积LNG气瓶相比，大型LNG气瓶和液氢超低温绝热气瓶对气瓶的日蒸发率和结构强度提出了更高的要求。其中，低温绝热气瓶的支撑结构是气瓶漏热结构设计的关键，它不仅要有足够的强度来承受车载时的各种载荷，还要尽可能地减少漏热。如果采用传统的支撑管结构，能满足强度要求，但是壁厚太大引起传的热损失过高，研究表明支撑结构的热流比例高达30-50%，无法满足车载液氢气瓶的日蒸发率要求。若通过减小壁厚降低热损失，则无法满足支撑强度和机械加工等方面的要求。因此，有必要研制一种结构可靠、漏热量低且加工方便的车载低温绝热气瓶。

发明内容

本发明提供一种内夹层式车载低温绝热气瓶，该气瓶可以长时间低温储存车用液态氢，不仅能承受住不同车载工况下的惯性载荷，还有着较低的热蒸发率。

本发明采用的技术方案是：一种内夹层式车载低温绝热气瓶，它包括外壳、绝热层、内胆和防过充隔板，内胆设置在外壳的内部，绝热层设置在内胆的外表面，它还包括端部管路和支撑结构，所述端部管路包含进液管、增压管、出液管和回气管，进液管、增压管、出液管和回气管分别穿过外壳、绝热层插入内胆的内部。

所述支撑结构包含前支撑结构和后支撑结构，外壳通过前支撑结构固定连接内胆的前封头，通过后支撑结构滑动连接内胆的后封头，前支撑结构包含前支撑外管、前支撑环板和前支撑套管，前支撑外管的一端固定连接外壳的前封头，另一端连接前支撑环板，前支撑套管包含前支撑长管、前支撑短管和前支撑连接盖，前支撑长管位于前支撑短管内，前支撑长管与前支撑短管的端部对齐，通过前支撑连接盖固定连接，前支撑套管通过前支撑长管连接前支撑环板，通过前支撑短管连接内胆并伸入绝热层，前隔套罩于前支撑套管的外部并连接内胆的前封头。

所述后支撑结构包含后支撑外管、后支撑环板、后支撑轴套和后支撑套管，后支撑外管的一端固定连接外壳的后封头，另一端连接后支撑环板，后支撑轴套焊接在后支撑环板上，后支撑套管包含后支撑长管、后支撑短管和后支撑连接盖，后支撑长管位于后支撑短管内，后支撑长管与后支撑短管的端部对齐，通过后支撑连接盖连接，后支撑套管通过后支撑长管插入后支撑轴套成滑动连接，后支撑套管通过后支撑短管连接内胆并伸入绝热层，后隔套罩在后支撑套管的外部，后隔套的端部连接内胆的后封头，防过充隔板罩在后隔套的外部并固定连接内胆的内壁，防过充隔板的底部有小孔。

所述前支撑环板和后支撑环板采用椭圆形、蝶形、球形或锥形结构。

所述进液管、增压管、出液管和回气管采用圆形、S形或其他弧形结构，以便延长传热路径。

所述前支撑环板和后支撑环板上设置多排、孔径或边长为10-100mm的圆孔、带倒角的方孔或椭圆孔，用于降低传热面积。

本发明的有益效果是：①该气瓶的前后支撑结构主要由支撑环板、支撑外管、支撑长管、支撑短管和支撑连接盖组成。支撑环板和支撑外管位于内胆和外壳封头间的夹层中，延长了整体支撑结构的导热路径，减少了气瓶漏热量，并且在支撑环板上打孔，进一步降低了热损失；②支撑环板和支撑外管的存在相当于减小了悬臂梁的长度，在保证了结构强度的前提下，提高了支撑结构的刚度和稳定性；③由于支撑环板和支撑外管的存在，本气瓶的内胆和外壳之间的真空夹层空间远大于传统低温绝热气瓶，可以选用柔性小管在该空间中迂回以延长导热路径，降低了通过管路系统产生的漏热量；④外壳通过前支撑结构固定连接内胆的前封头，通过后支撑结构滑动连接内胆的后封头，消除了热胀冷缩引起的热应力；⑤与传统绝热气瓶相比，该结构避免了在外壳上开孔，减少了漏点，气瓶的安全性能得到提升。

附图说明

图1是一种内夹层式车载低温绝热气瓶的结构图。

图2是图1中绝热气瓶端部管路的第一种方案图。

图3是图1中绝热气瓶端部管路的第二种方案图。

图4是图1中的A放大图。

图5是图1中的B放大图。

图6是图1中的支撑环板上的圆孔分布图。

图7是图1中的C放大图。

图中：1、外壳，2、绝热层，3、内胆，4、前支撑外管，5、前支撑环板，6、前支撑套管，6a、前支撑长管，6b、前支撑短管，6c、前支撑连接盖，7、后支撑外管，8、后支撑环板，9、后支撑轴套，10、后支撑套管，10a、后支撑长管，10b、后支撑短管，10c、后支撑连接盖， 11、前隔套，12、后隔套，13、防过充隔板，13a、小孔，14、进液管，14a、圆弧形进液管，14a1、圆弧形进液管进液端，14a2、圆弧形进液管出液端，14b、S形进液管，14b1、S形进液管进液端，14b2、S形进液管出液端，15、增压管，15a、圆弧形增压管，15a1、圆弧形增压管进液端，15a2、圆弧形增压管出液端，15b、S形增压管，15b1、S形增压管进液端，15b2、S形增压管出液端，16、出液管，16a、圆弧形出液管，16a1、圆弧形出液管进液端，16a2、圆弧形出液管出液端，16b、S形出液管，16b1、S形出液管进液端，16b2、S形出液管出液端，17、回气管，17a、圆弧形回气管，17a1、圆弧形回气管进气端，17a2、圆弧形回气管出气端，17b、S形回气管，17b1、S形回气管进气端，17b2、S形回气管出气端。

具体实施方案

下面结合附图对本装置做详细的说明。

图1示出了一种内夹层式车载低温绝热气瓶的结构图。这种内夹层式车载低温绝热气瓶包括外壳1、绝热层2、内胆3、防过充隔板13、端部管路和支撑结构，内胆3设置在外壳1的内部，绝热层2设置在内胆3的外表面。端部管路包含进液管14、增压管15、出液管16和回气管17，进液管14、增压管15、出液管16和回气管17均穿过外壳1、绝热层2插入内胆3的内部。

图2示出了图1中绝热气瓶端部的第一种方案图。为了更清晰地显示各管路位置，仅显示内胆3、外壳1、圆弧形进液管14a、圆弧形增压管15a、圆弧形出液管16a和圆弧形回气管17a。圆弧形进液管进液端14a1、增压管出液端15a2、圆弧形出液管出液端16a2和圆弧形回气管进气端17a1固定连接在外壳1的前封头上，圆弧形进液管出液端14b2、圆弧形增压管进液端15b1、圆弧形出液管进液端16b1和回气管出气端17b2固定连接在内胆3的内壁上。

图3示出了图1中绝热气瓶端部的第二种方案图。为了更清晰地显示各管路位置，仅显示内胆3、外壳1、S形进液管14b、S形增压管15b、S形出液管16b和S形回气管17b。S形进液管进液端14b1、增压管出液端15b2、S形出液管出液端16b2和S形回气管进气端17b1固定连接在外壳1的前封头上，S形进液管出液端14b2、S形增压管进液端15b1、S形出液管进液端16b1和回气管出气端17b2固定连接在内胆3的内壁上。

图4示出了前支撑结构的结构图（图1中的A放大图）。前支撑结构包含前支撑外管4、前支撑环板5和前支撑套管6，前支撑外管4的一端固定连接外壳1的前封头，另一端连接前支撑环板5，前支撑套管6包含前支撑长管6a、前支撑短管6b和前支撑连接盖6c，前支撑长管6a位于前支撑短管6b内，前支撑长管6a与前支撑短管6b的端部对齐，通过前支撑连接盖6c固定连接，前支撑套管6通过前支撑长管6a连接前支撑环板5，通过前支撑短管6b连接内胆3并伸入绝热层2，前隔套11罩于前支撑套管6的外部并连接内胆3的前封头。

图5示出了后支撑结构的结构图（图1中的B放大图）。后支撑结构包含后支撑外管7、后支撑环板8、后支撑轴套9和后支撑套管10，后支撑外管7的一端固定连接外壳1的后封头，另一端连接后支撑环板10，后支撑轴套9焊接在后支撑环板10上，后支撑套管10包含后支撑长管10a、后支撑短管10b和后支撑连接盖10c，后支撑长管10a位于后支撑短管10b内，后支撑长管10a与后支撑短管10b的端部对齐，通过后支撑连接盖10c连接，后支撑套管10通过后支撑长管10a插入后支撑轴套9成滑动连接，后支撑套管10通过后支撑短管10b连接内胆3并伸入绝热层2，后隔套12罩在后支撑套管10的外部，后隔套12的端部连接内胆3的后封头，防过充隔板13罩在后隔套12的外部并固定连接内胆3的内壁。

图6示出了图1中的支撑环板上的圆孔分布图。在前支撑环板5上开了两圈直径为50mm的圆孔，根据漏热要求孔的圈数和孔径可以随之变化，后支撑环板10的结构与前支撑环板5的结构相同。

图7示出了图1中的C放大图。防过充隔板6的底部有内径为3mm的小孔13a，能够防止气瓶过量充装，如图所示。

采用上述技术方案，延长了整体支撑结构的导热路径，并且在支撑环板上打孔，进一步降低了通过支撑结构的漏热量。同时该结构避免了在外壳上开孔，减少了漏点，气瓶的安全性能的得到提升。支撑环板和支撑外管的存在相当于加大了整体支撑结构的尺寸，在保证结构强度的前提下，提高了支撑结构的刚度和稳定性。

另一方面，车载低温绝热气瓶中穿过外壳进入内胆的连接小管，包括进液管、增压管、出液管和回气管，采用圆弧形或者S形迂回管路设计，首先是延长了传热路径，减少漏热；其次还能提高管路柔性，延长使用寿命。

Claims (4)

1.一种内夹层式车载低温绝热气瓶，它包括外壳（1）、绝热层（2）、内胆（3）和防过充隔板（13），内胆（3）设置在外壳（1）的内部，绝热层（2）设置在内胆（3）的外表面，其特征是：它还包括端部管路和支撑结构，所述端部管路包含进液管（14）、增压管（15）、出液管（16）和回气管（17），进液管（14）、增压管（15）、出液管（16）和回气管（17）分别穿过外壳（1）、绝热层（2）插入内胆（3）的内部；

所述支撑结构包含前支撑结构和后支撑结构，外壳（1）通过前支撑结构固定连接内胆（3）的前封头，通过后支撑结构滑动连接内胆（3）的后封头，前支撑结构包含前支撑外管（4）、前支撑环板（5）和前支撑套管（6），前支撑外管（4）的一端固定连接外壳（1）的前封头，另一端连接前支撑环板（5），前支撑套管（6）包含前支撑长管（6a）、前支撑短管（6b）和前支撑连接盖（6c），前支撑长管（6a）位于前支撑短管（6b）内，前支撑长管（6a）与前支撑短管（6b）的端部对齐，通过前支撑连接盖（6c）固定连接，前支撑套管（6）通过前支撑长管（6a）连接前支撑环板（5），通过前支撑短管（6b）连接内胆（3）并伸入绝热层（2），前隔套（11）罩于前支撑套管（6）的外部并连接内胆（3）的前封头；

所述后支撑结构包含后支撑外管（7）、后支撑环板（8）、后支撑轴套（9）和后支撑套管（10），后支撑外管（7）的一端固定连接外壳（1）的后封头，另一端连接后支撑环板（10），后支撑轴套（9）焊接在后支撑环板（10）上，后支撑套管（10）包含后支撑长管（10a）、后支撑短管（10b）和后支撑连接盖（10c），后支撑长管（10a）位于后支撑短管（10b）内，后支撑长管（10a）与后支撑短管（10b）的端部对齐，通过后支撑连接盖（10c）连接，后支撑套管（10）通过后支撑长管（10a）插入后支撑轴套（9）成滑动连接，后支撑套管（10）通过后支撑短管（10b）连接内胆（3）并伸入绝热层（2），后隔套（12）罩在后支撑套管（10）的外部，后隔套（12）的端部连接内胆（3）的后封头，防过充隔板（13）罩在后隔套（12）的外部并固定连接内胆（3）的内壁，防过充隔板（13）的底部有小孔（13a）。

2.根据权利要求1所述的一种内夹层式车载低温绝热气瓶，其特征是：所述前支撑环板（5）和后支撑环板（8）采用椭圆形、蝶形、球形或锥形结构。

3.根据权利要求1所述的一种内夹层式车载低温绝热气瓶，其特征是：所述进液管（14）、增压管（15）、出液管（16）和回气管（17）采用圆形、S形或其他弧形结构。

4.根据权利要求1所述的一种内夹层式车载低温绝热气瓶，其特征是：前支撑环板（5）和后支撑环板（8）上设置多排、孔径或边长为10-100mm的圆孔、带倒角的方孔或椭圆孔。

Images