CN111779975A - 一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐 - Google Patents

一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐 Download PDF

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Abstract

一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，它涉及气体储罐技术领域。它包含：罐体；所述罐体为聚四氟乙烯同类聚合物材料；所述罐体包括：储罐内胆；装配于所述储罐内胆外侧的若干层中间壳体；装配于外侧所述中间壳体上的储罐外壁；以及，装配于所述储罐内胆上端的封罐法兰；所述中间壳体朝向所述储罐内胆的一侧依次设有隔热层和真空层；所述储罐外壁上朝向所述中间壳体一侧设有中空层。采用上述技术方案具有降低液态氢储罐的气化率，进一步延长液化氢的存储时间，减轻储罐重量，简化储罐生产工艺，方便液态氢运输，增强储罐安全性的优势。

Description

一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐
技术领域
本发明涉及气体储罐技术领域，具体涉及一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐。
背景技术
在日益重视环境卫生的今天，控制污染物的排放是全人类的共识。因此绿色能源的应用被提上议事日程，氢能源因其排放为水而被认为一种真正的绿色能源，液态氢的储运是保证氢能源利用的重要环节。
氢是已知最轻的原子，在室温及正常大气压下其密度极低，需要提高其密度存储才能应用于车辆。提高密度有两种方法：1、压缩：目前常用的做法是压缩氢气至35兆帕或70兆帕。这需要高强度的储罐，因此罐的重量远远超过氢气的重量，有1吨氢10顿罐的说法。另外35/70兆帕属于超高压气体，无论存储或运输都非常危险。2、液化：将氢气冷却至-252.67℃，就可得到液化氢气，此时的密度是常温时的845倍。缺点是受环境温度的影响，液态氢会蒸发气化，限制了液化氢的储存时间和运输距离。因此急需对液化氢储罐进行改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，具有降低液态氢储罐的气化率，进一步延长液化氢的存储时间，减轻储罐重量，简化储罐生产工艺，可根据需要组合装配适当容量的液态氢储罐，方便液态氢运输，增强储罐安全性的优势。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，包括：罐体；所述罐体为聚四氟乙烯同类聚合物材料；所述罐体包括：储罐内胆；装配于所述储罐内胆外侧的若干层中间壳体；装配于外侧的所述中间壳体上的储罐外壁；以及，装配于所述储罐内胆上端的封罐法兰；所述中间壳体朝向所述储罐内胆的一侧依次设有隔热层和真空层；所述储罐外壁上朝向所述中间壳体一侧设有中空层。
本发明的进一步设置，所述储罐内胆包括：螺纹装配的上壳体和下壳体；以及，设于所述上壳体和所述下壳体抵接面的密封垫；所述上壳体的端部开设有抵接凹槽，所述下壳体上设有与所述抵接凹槽相配合的凸台。
本发明的进一步设置，所述储罐内胆还包括：螺纹装配于所述上壳体和所述下壳体之间的中段壳体。
本发明的进一步设置，所述上壳体和所述下壳体的装配处还嵌设有用于起多向锁定作用的若干环形锁件。
本发明的进一步设置，所述中间壳体和所述储罐外壁均由若干镶片拼接而成，所述镶片一侧设有安装筋板；所述储罐内胆、所述中间壳体上沿经纬方向均开设有供所述安装筋板装配的凹槽，所述镶片之间设有密封处理。
本发明的进一步设置，所述储罐外壁缠裹有高强纤维带。
本发明的进一步设置，所述下壳体底部沿X轴、Y轴、Z轴方向均开设有用于固定储罐的安装孔。
本发明的进一步设置，所述封罐法兰上还装配有安全阀和压力表。
本发明的进一步设置，所述封罐法兰上装配有连通于所述储罐内胆内部的液体管道和气体管道。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：
1、在本发明中，采用聚四氟乙烯等同类聚合物制作罐体，相较于不锈钢其密度减少了3/4,且热传导率仅为不锈钢的2％,可以有效阻挡外部热量传递到罐内，大幅度减少液态氢蒸发量，同时控制罐身重量；并且聚四氟乙烯等同类聚合物材料刚性好，不易变形；其次通过中间壳体上的隔热层和真空层以及储罐外壁上的中空层，能够进一步阻挡外部热量传递到罐内，降低液态氢储罐的气化率，延长液化氢的存储时间，同时大幅度减轻了罐体的重量，便于液态氢的运输。
2、在本发明中，储罐内胆为上壳体和下壳体两部分紧密装配而成，并且可根据使用需求选择装配中段壳体，整体密封可靠，避免了通常钢制件的焊缝以及焊接失效造成的开裂风险，降低了泄露可能性。使得储罐的各部件可进行标准化预加工，且组装过程简单快捷，有利于降低储罐加工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的部分结构示意图；
图2是本发明的另一部分结构示意图；
图3是本发明的结构示意图。
附图标记说明：1、罐体；11、储罐内胆；12、中间壳体；13、储罐外壁；2、封罐法兰；121、隔热层；122、真空层；131、中空层；111、上壳体；112、下壳体；113、螺纹；114、密封垫；115、抵接凹槽；116、凸台；117、环形锁件；3、镶片；31、安装筋板；32、凹槽；4、高强纤维带；5、安装孔；6、安全阀；7、压力表；8、液体管道；9、气体管道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
本实施例涉及一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，如图1-3所示，包括：罐体1；罐体1为聚四氟乙烯同类聚合物材料；罐体1包括：储罐内胆11；装配于储罐内胆11外侧的若干层中间壳体12；装配于外侧的中间壳体12上的储罐外壁13；以及，装配于储罐内胆11上端的封罐法兰2；中间壳体12朝向储罐内胆11的一侧依次设有隔热层121和真空层122；储罐外壁13上朝向中间壳体12一侧设有中空层131。通过采用多层罐壁及真空层122、中空层131的结构，在实现阻挡热辐射的同时还能够有效减轻储罐的重量。
在本实施例中，罐体为球形，在其他实施例中罐体还可以为桶形等，同等容积的储气罐中球形罐体1的外表面面积最小，为桶型罐的60％-70％，在充满液体时(90％)，球形罐体1的液体蒸发界面面积为桶形罐的70％，综合蒸发率减少量可在50％-60％，而且球形结构是重心最稳定的结构，受力均匀。在本实施例中，罐体1为聚四氟乙烯同类聚合物材料，聚四氟乙烯(PTFE)的热传导率仅为不锈钢的2％，进而可以阻挡外部热量传递到储罐内，大幅度减少液态氢蒸发量。此外聚四氟乙烯(PTFE)的密度为不锈钢的1/4，可大幅减轻罐体的重量，并且PTFE可在接近-273°的情况下稳定地工作，没有冷脆现象，可以安全地承载液态氢。
如图1所示，储罐内胆11包括：螺纹113装配的上壳体111和下壳体112；以及，设于上壳体111和下壳体112抵接面的密封垫114；上壳体111的端部开设有抵接凹槽115，下壳体112上设有与抵接凹槽115相配合的凸台116。由于液氢储罐内部压力不大，本实施例中采用螺纹113连接的方式能够较好的承受液氢储罐内部的压力。组装时，首先将抵接凹槽115和凸台116相配合，进而对上壳体111和下壳体112起导向限位作用，再将上壳体111和下壳体112进行螺纹113装配，使得抵接凹槽115与凸台116紧密配合，密封垫114被挤压，从而达到密封效果。
为进一步确保上壳体111和下壳体112之间的装配稳定性及安全性，如图1所示，上壳体111和下壳体112的装配处还嵌设有用于起多向锁定作用的若干环形锁件117，优选的，环形锁件117的数量为四个，且均设于上壳体111和下壳体112装配处的四个方位上，对应的，上壳体111和下壳体112上开设有供环形锁件117卡嵌的锁紧槽，锁紧槽一侧设有用于固定环形锁件117的锁紧部，该锁紧部可以为卡块，也可以为锁紧螺栓，从而使得该环形锁件117稳定装配于上壳体111和下壳体112的装配处。在本实施例中，密封垫114为低温密封垫114，使得整体密封效果可靠，相较于现有技术中的钢制件罐体，本实施例中的储罐内胆11没有焊缝以及焊接失效而造成的开裂风险，降低泄露可能性，有利于确保储液安全性。
在本实施例中，储罐内胆11还包括：螺纹装配于上壳体111和下壳体112之间的中段壳体(未图示)，用户在实际使用过程中可以根据使用需求增加中段壳体，从而调整储罐容量。同样的，中段壳体和上壳体111和下壳体112的抵接面通过密封垫114进行密封，装配处同样可采用环形锁件117进行锁紧，进而在多方位防止松动以及螺纹处转动。
如图2和图3所示，中间壳体12和储罐外壁13均由若干镶片3拼接而成，镶片3一侧设有安装筋板31；储罐内胆11、中间壳体12上沿经纬方向均开设有供安装筋板31装配的凹槽32，安装筋板31用于供镶片3安装的同时还能够保证罐体1的刚度，避免运输过程中磕碰变形。因此在本实施例中，储罐的各部件可进行标准化预加工，且组装过程简单快捷，有利于降低储罐加工成本。
在本实施例中，中间壳体12为一层，在其他实施例中，中间壳体12可以为两层、三层、四层等。在安装中间壳体12时，取组成中间壳体12的镶片3，将其安装筋板31对应于凹槽32进行组装，同时在中间壳体12和储罐内胆11之间预留一定空腔，需要说明的是，安装筋板31为间隔性设置，并非连续挡板结构,以使得对应镶片3下的空腔相互连通。在镶片3全部组装之后，再将各镶片3之间进行密封处理，如使用密封胶进行密封，最后将空腔进行抽真空处理，从而形成中间壳体12一侧的真空层122，进而用于阻断辐射传热。
在安装储罐外壁13时，取组成储罐外壁13的镶片3，将其安装筋板31对应于凹槽32进行组装，同时在储罐外壁13和中间壳体12之间预留一定空腔，在镶片3全部组装之后，再将各镶片3之间进行密封处理，如使用密封胶进行密封。需要说明的是，安装筋板31为间隔性设置，并非连续挡板结构,以使得对应镶片3下的空腔相互连通，该空腔即为储罐外壁13一侧的中空层131，在本实施例中，中空层131也可以进行抽真空处理，用于进一步阻断辐射传热，从而进一步减轻罐体重量。
在其他实施例中，本组合式聚四氟乙烯液态氢储罐还可以与申请号201911007244.1，专利名为一种液化气体存储罐进行结合，其中中空层131可充当回吸管道进行使用，其一端连通于集气室、另一端连通于储液罐体底部，配合压缩泵将汽化气体抽取至储液罐体底部进行再液化，从而阻断外部环境向罐体内传热，在该实施例的基础上，还可以与申请号201911183627.4中，液态气体储罐的能量释放装置进行装配使用，将中空层131的端部连接液态气体储罐的能量释放装置中的气体进口，从而降低蒸发气的温度和压力，并将其送回储罐内，从而方便液氢长期储存。
如图3所示，储罐外壁13缠裹有高强纤维带4，用于增强罐体强度，提升耐压安全性，且在一定程度上也减少了外界热传递。如图1-3所示，下壳体112底部沿X轴、Y轴、Z轴方向均开设有用于固定储罐的安装孔5。以用于从X轴、Y轴、Z轴三个方向对储罐进行固定。省去外加支撑框架的操作，减轻了罐体重量，保证了储罐的稳定性，方便运输及储存，减少场地占用。同时也方便未来对车载燃料罐体进行置换式加注，减少加注时间，增强加注操作安全性。
如图1所示，封罐法兰2上还装配有连通于储罐内胆11的液体管道8和气体管道9。封罐法兰2上装配有压力表7，用于检测储罐内胆11里的压力变化；封罐法兰2上装配有安全阀6，用于在储罐内胆11里压力超过规定值时，通过向外排放气体来防止储罐内压力超过规定数值，进而提高了使用安全性。
本发明的工作原理大致如下述：在本实施例中，采用聚四氟乙烯等同类聚合物制作罐体1，相较于不锈钢其密度减少了3/4,且热传导率仅为不锈钢的2％,可以有效阻挡外部热量传递到罐内，大幅度减少液态氢蒸发量，同时控制罐身重量；最后通过中间壳体12上的隔热层121和真空层122以及储罐外壁13上的中空层131，能够进一步阻挡外部热量传递到罐内，降低液态氢储罐的气化率，延长液化氢的存储时间，同时大幅度减轻了罐体的重量，便于液态氢的运输。且储罐内胆11为上壳体111和下壳体112两部分紧密装配而成，密封可靠，避免了通常钢制件的焊缝以及焊接失效造成的开裂风险，降低了泄露可能性。使得储罐的各部件可进行标准化预加工，且组装过程简单快捷，有利于降低储罐加工成本。
以上，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，其特征在于，包括：罐体(1)；所述罐体(1)为聚四氟乙烯同类聚合物材料；
所述罐体(1)包括：储罐内胆(11)；
装配于所述储罐内胆(11)外侧的若干层中间壳体(12)；
装配于外侧所述中间壳体(12)上的储罐外壁(13)；以及，装配于所述储罐内胆(11)上端的封罐法兰(2)；
所述中间壳体(12)朝向所述储罐内胆(11)的一侧依次设有隔热层(121)和真空层(122)；
所述储罐外壁(13)上朝向所述中间壳体(12)一侧设有中空层(131)。
2.根据权利要求1所述的一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，其特征在于，所述储罐内胆(11)包括：螺纹装配的上壳体(111)和下壳体(112)；以及，设于所述上壳体(111)和所述下壳体(112)抵接面的密封垫(114)；
所述上壳体(111)的端部开设有抵接凹槽(115)，所述下壳体(112)上设有与所述抵接凹槽(115)相配合的凸台(116)。
3.根据权利要求2所述的一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，其特征在于，所述储罐内胆(11)还包括：螺纹装配于所述上壳体(111)和所述下壳体(112)之间的中段壳体。
4.根据权利要求2所述的一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，其特征在于，所述上壳体(111)和所述下壳体(112)的装配处还嵌设有用于起多向锁定作用的若干环形锁件(117)。
5.根据权利要求1所述的一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，其特征在于，所述中间壳体(12)和所述储罐外壁(13)均由若干镶片(3)拼接而成，所述镶片(3)一侧设有安装筋板(31)；
所述储罐内胆(11)、所述中间壳体(12)上沿经纬方向均开设有供所述安装筋板(31)装配的凹槽(32)，所述镶片(3)之间设有密封处理。
6.根据权利要求1所述的一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，其特征在于，所述储罐外壁(13)缠裹有高强纤维带(4)。
7.根据权利要求2所述的一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，其特征在于，所述下壳体(112)底部沿X轴、Y轴、Z轴方向均开设有用于固定储罐的安装孔(5)。
8.根据权利要求1所述的一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，其特征在于，所述封罐法兰(2)上还装配有安全阀(6)和压力表(7)。
9.根据权利要求1所述的一种组合式聚四氟乙烯液态氢储罐，其特征在于，所述封罐法兰(2)上装配有连通于所述储罐内胆(11)内部的液体管道(8)和气体管道(9)。
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