CN111765367A - 自吸热式液态气体储存罐 - Google Patents

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Abstract

自吸热式液态气体储存罐属于气体储存、运输领域，尤其是涉及供气源低温、低压液态气体的储存罐。本发明的液态气体储存罐，壳体除有真空绝热层外，还有吸热层。吸热层是利用气体液态变气态吸收热量，且温度不变化的原理，将真空绝热层未能隔绝的少部分热量吸收，从而达到储存的液态气体保持低温状态，使液态气体能长期储存。气体在液态时，储存罐承受的压力较低，且本发明的储存罐有安全阀保护，具有一定的安全性。低压状态所需的罐壳体各层间隔承受压强不高，可使储存罐体的重量减轻，便于运输。本发明的自吸热式液态气体储存罐若盛装液态空气，可作为有害气体环境中的供气源，具有广泛的应用价值。

Description

自吸热式液态气体储存罐
技术领域
本发明属于气体储存、运输领域，尤其是涉及供气源低温、低压液态气体的储存罐。
背景技术
在污染空气环境中作业人员必须首先解决呼吸问题，尤其在泄漏有害气体、病毒等空间作业，仅靠带口罩是不行的，需要通过防毒面具过滤或通过面罩供给新鲜空气等办法解决。目前解决供给的新鲜空气是装在高压罐中，为盛装更多的空气，一般压力高达40Mpa。由于盛装空气罐要承受较高的压力，所以罐壁较厚，罐体较重，且有一定的高压涨裂危险，携带和搬运都较困难。同质量气体在液态时比在高压状态时体积更小，因此盛装液态气体比同容积高压气体的质量更多。
目前公知的储存液态气体有杜瓦罐，是由外层形成真空绝热层，使内装液态气体保持低温状态。若杜瓦罐盛装液态气体总重量是30Kg，用目前高压罐盛装同质量气体则总重量达200Kg。储存供气源用液态比高压状态不仅容积小，而且储存同质量气体总重量也要少近7倍。杜瓦罐盛装液态气体虽然所承受的压力不高，但由于真空绝热层达不到绝对真空，很难达到100％绝热，因此在非密封状态很难保证液态气体的长期储存。
目前要做到杜瓦罐盛装液态气体达到密封状态，需要杜瓦罐承受很高的压强。若盛装液态气体的杜瓦罐不密封，可以实现杜瓦罐不需承受较大的压强，但储存的液态气体将会慢慢泄漏掉。为达到能更加长时间储存液态气体，目前人们针对杜瓦罐的真空绝热层进行研究。采用加大真空绝热层的厚度、多层碳纤维间隔抽真空等方法，取得了一定的效果。在此基础上，针对能够较长期储存液态气体罐做了大量实验研究，最终发明了一种质量轻、具有自吸热式的液态气体储存罐。
发明内容
本发明的自吸热式液态气体储存罐，壳体除有真空绝热层外，还有吸热层。吸热层是利用气体液态变气态吸收热量，且温度不变化的原理，将真空绝热层未能隔绝的少部分热量吸收，从而达到储存的液态气体保持原低温状态。只要气体在液态时，储存罐承受的压力就不高。低压状态所需的罐壳体各层隔壁不需要承受较高压强，从而可以减轻储存罐体的重量。
当吸热层中的液态气体受到外面绝热层未能隔绝的少部分热量影响，吸收到热量，气体将由液态变成气态，在变成气态时虽然温度未升高，但也要吸收热量。在吸热层若有液态变成气态时压强就要升高，当压强升高到一定值时，安全阀自动泄出气体，使吸热层压强降低。吸热层降压过程还需要吸热，由于外层是绝热层，不会持续供给热量，吸热层中的压强很快会降下来，安全阀不再泄气。吸热层通过气化、减压过程吸收热量，来保持罐中液态气体原来的低温状态，使罐中液态气体能较长时间储存。
为充分利用气体由液态变气态需要气化热的特点，在液态气体中装有液态变成气态的导出管。在液态变气态时温度并不升高，但要吸收热量，因此利用该导管中所生成的气态吸收液态气体的热量，使液态气体温度仍保持原低温状态。当液态变气态时，就会有压强产生，导出管将压强升高的气体通过单向阀排出。在排出压强升高的气体减压过程又需要吸热，因此导管中的压强很快就降低，不再排出气体。
本发明液态气体储存罐的封盖具有安全阀的作用。封盖上端空间内抽为真空，具有绝热作用。当储存罐中的压强超过一定值后，封盖内层被挤压产生形变，将导致泄气。当吸热层的压强降至安全气压后，封盖内层形变恢复原状，不再泄气。一旦储存罐中的压强突然增高，封盖会被挤压弹开，将大量泄气，以保证储存罐壳体的安全。
该发明主要以绝热、吸热来储存液态气体，使液态气体保持低温、低压状态。由于储存罐安全压强值可设计较低，储存罐壳体不需要承受更高的压强，可以减少各层间隔壁的厚度，以减轻储存罐整体重量。为进一步减轻罐壳体的重量，增加壳体的强度，在每层的隔层中安装支架环的方法，来增加各层间隔壁的强度，同时起到各层间隔壁的固定作用。在真空绝热层中的支架环需要用导温性能较差的材料制成，在吸热层中的支架环也需要导热系数较低的材料制成。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明整体正视剖面图。
图2是本发明支架环正视和俯视图。
图3是本发明的组装图。
图4是本发明封盖示意图。
图5是本发明单向阀放大示意图。
图中：1.外壳；2.内壳；3.内胆；4.导管；5.管支架；6.固定环；7.支架环；8.输液管；9.封盖；10.真空单向阀；11.液气单向阀；12.进液单向阀；13.液管支架；14.压力表。
具体实施方式
本发明液态气体储存罐的壳体是由半径不同的球体或椭圆体的外壳(1)、内壳(2)、内胆(3)构成，如图1所示。外壳(1)与内壳(2)之间为真空绝热层；内壳(2)与内胆(3)之间是液态气化吸热层。在真空绝热层中内壳(2)与外壳(1)之间装有多个支架环(7)，支架环(7)上有多个孔；在内胆(3)与内壳(2)之间也装有多个起到固定作用的固定环(6)，固定环(6)上也是有多个孔，使气体可以导通，如图2所示。支架环(7)需由绝热效果较好的材料制成，在起到支撑和固定内壳(2)的同时，还需要有较好的绝热性。
在内胆(3)中，底部装有液气单向阀(11)，液气单向阀(11)向内联接导管(4)。导管(4)是液态变成气态气体的导出管，由于气体从液态变成气态时虽然温度没有变化，但需要吸收热量。气体由液态变成气态时压强会增加，通过液气单向阀(11)将压强增加的气体泄出，在泄出气体压强降低的同时，也需要吸热。液气单向阀(11)所泄出的气体进到吸热层，再由吸热层将气体通过罐口排放出。吸热层的气体排放减压的过程同样也要吸热，吸收来自内壳(2)和内胆(3)的热量，以保持内胆(3)的低温状态。
由外壳(1)、内壳(2)和内胆(3)组成的储存罐壳体在制作时先分上下两部分，如图3所示。先将罐壳体上半部分通过固定环(6)、支架环(7)分别固定，在罐口处将内、外壳粘接或焊接上，再将内胆(3)上端安装进液单向阀(12)。进液单向阀(12)向外联接输液管(8)，并将输液管(8)和内胆(3)通过液管支架(13)固定在罐口上。在内胆(3)里的上端安装固定管支架(5)，再将内胆的下半部分安装好液气单向阀(11)和导管(4)，然后将内胆(3)下半部分与上半部分对接上。装好内胆(3)后，再将内壳(2)下半部分安装并固定好固定环(6)，然后将内壳(2)下半部分与上半部分对接上。在外壳(1)下半部分装好真空单向阀(10)和支架环(7)后，再将外壳(1)的下半部分与上半部分对接上。储存罐壳体的制作是从里到外组装，上、下部分对接根据材料的不同选择不同的粘接剂，也可以焊接上。
本发明的液态气体储存罐组装制作完成后，先通过真空单向阀(10)将绝热层抽真空，然后通过输液管(8)将液态气体在低温环境中通过进液单向阀(12)充进内胆(3)中。液态气体充进内胆(3)时，内胆(3)中原存有的气体将通过导管(4)被排挤出。当内胆(3)所充的液态气体满后，将通过导管(4)经过液气单向阀(11)充进吸热层，当吸热层充满液态气体后，将由储存罐口流出。当储存罐口有液态气体流出时，储存罐中的液态气体已装满，停止充进液态气体，盖好封盖(9)，完成储存罐液态气体的充装。
如图4所示的封盖(9)上端空间是抽真空的，目的也是起到绝热作用。封盖(9)抽真空的空间内安装有压力表(14)，并与吸热层联通，可实时检测吸热层的压强。封盖(9)顶面是透明的材料(如钢化玻璃)，可看到封盖真空中的压力表显示的压强值。封盖内层中心有一圆柱，是紧密塞插进或螺扣旋进输液管(8)中。当储存罐中吸热层的压强增大时，将挤压封盖(9)的内层，导致封盖(9)发生形变而泄气。吸热层的气体泄出时需吸热，同时压强减小，封盖(9)回复形变使气体不再泄漏。当储存罐的吸热层压强突然增大时，封盖(9)内层将受到很大的推力，其中心的圆柱将从输液管(8)中被脱扣拔出，使大量气体从罐口排出。所设计的封盖(9)实际上还起到一种安全阀的作用。
本发明的储存罐体上安装有三个单向阀，都是同样结构，但体积大小不同，且顶密封球的弹簧系数也不同，如图5所示。真空单向阀(10)是由螺扣旋紧在外壳(1)上，用于抽吸真空；当旋松真空单向阀(10)时可进空气，使绝热层的绝热度降低，吸热层将获得热量，使罐中液态气体很快泄出。液气单向阀(11)装在内胆(3)上，用于液态气体变成气态时泄出，吸热层的气体不能流入内胆(3)中。进液单向阀(12)是装在内胆(3)上，用于液态气体只能充进内胆(3)中，不能从内胆(3)中流出。各单向阀中所用的弹簧系数根据外壳、内壳、内胆壁需承受压强大小及出气口面积来确定，使吸热层和内胆中的压强在安全范围内。
本发明的液态气体储存罐主要用于低温、低压液态气体的储存和运输，尤其是盛装液态空气，可作为供气源，用于改善周围环境的空气。在受污染的空气环境中作业，本发明的储存罐所储存的液态空气可作为新鲜空气的来源。在病毒或有害气体环境中作业，可用本发明作为供给的空气源，能帮助人们避免有毒、有害气体的伤害和侵染。本发明在气体储存和运输领域具有广泛的应用价值。

Claims (3)

1.自吸热式液态气体储存罐由外壳(1)、内壳(2)、内胆(3)、导管(4)、管支架(5)、固定环(6)、支架环(7)、输液管(8)、封盖(9)、单向阀(10、11、12)、压力表(14)组成，其特征在于：内壳(2)与内胆(3)之间构成吸热层，导管(4)将气体通过单向阀(11)导进内壳(2)与内胆(3)之间的吸热层。
2.根据权利要求1所述的自吸热式液态气体储存罐，其特征在于：封盖(9)上端真空的空间中装有压力表(14)，封盖(9)内层中心的圆柱插入或螺旋进输液管(8)。
3.根据权利要求1所述的自吸热式液态气体储存罐，其特征在于：内壳(2)与内胆(3)之间安装有固定环(6)及外壳(1)与内壳(2)安装有支架环(7)，固定环(6)和支架环(7)上有多个孔。
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