CN112325150A - 一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，包括罐体，所述罐体的侧端面两侧开设有排气口和进气口，所述排气口和进气口通过气阀进行密封，所述气阀的内部嵌设有泄压阀，所述罐体的上端面还开设有泄压口，所述罐体的下端面固定连接有支撑基座，所述罐体的前端面安装有监控显示装置，所述罐体包括罐体壳体、功能层、第二壳体和罐体内壁层，所述第二壳体和功能层之间形成真空层，所述真空层内部固定连接有多组连接柱，所述罐体内壁层和第二壳体之间形成缓冲层，所述泄压口的内部固定安装有真空阀，所述真空阀与真空层相连通。该储氢罐在提高了氢气的存储效率，同时通过设有多层以及弹性缓冲式结构，提高了储氢罐的结构强度和安全性。

Description

一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐
技术领域
本发明涉及储氢设备技术领域，具体为一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐。
背景技术
氢气，化学式为H2，分子量为2.01588，常温常压下，是一种极易燃烧。无色透明、无臭无味且难溶于水的气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体，氢气的密度只有空气的1/14，即在1标准大气压和0℃，氢气的密度为0.089g/L。所以氢气可作为飞艇、氢气球的填充气体（由于氢气具有可燃性，安全性不高，飞艇现多用氦气填充）。氢气是相对分子质量最小的物质，还原性较强，常作为还原剂参与化学反应。随着现代社会的进步与经济的发展，对能源的需求量也日益增加，以石油、煤、天然气为代表的传统化石能源属于不可再生能源，面临着逐渐枯竭的困境。氢能因其燃烧热值高、零排放以及可以作为一种高密度能源存储的载体，受到世界各国研究人员和投资人的广泛关注。
要想高效率稳定的存储氢，就要使得同样的存储空间装下更多的氢，也就是要高密度存储氢，并且要保证存储过程中的稳定与安全。然而，氢是所有元素中最轻的，其在常温常压下为气态，密度只有水的万分之一，因此高密度储存氢的难度非常大。当前，氢能的存储方式主要有低温液态储氢、高压气态储氢、金属氢化物储氢和有机液态储氢等，这几种储氢方式有各自的优点和缺点，其中高压气态储氢技术比较成熟，是目前最常用的储氢技术。
虽然高压气态储氢技术比较成熟，应用普遍，但是该技术有一个致命的弱点，就是体积比容量小，未达到美国能源部（DOE）制定的发展目标。除此之外，高压气态储氢存有泄漏、爆炸的安全隐患，因此安全性能有待提升，进而设计一种高强度大容量的储氢罐尤为必要。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，以解决上述背景技术中提出的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，包括罐体，所述罐体的侧端面两侧开设有排气口和进气口，所述排气口和进气口通过气阀进行密封，所述气阀的内部嵌设有泄压阀，所述罐体的上端面还开设有泄压口，所述罐体的下端面固定连接有支撑基座，所述罐体的前端面安装有监控显示装置，所述罐体包括罐体壳体、功能层、第二壳体和罐体内壁层，所述第二壳体和功能层之间形成真空层，所述真空层内部固定连接有多组连接柱，所述罐体内壁层和第二壳体之间形成缓冲层，所述泄压口的内部固定安装有真空阀，所述真空阀与真空层相连通，所述吸附装置至少设有一组，且所述吸附装置固定连接在罐体内壁层的内部，所述罐体内壁层的内壁和真空层的内部固定安装有至少一组检测传感器。
优选的，所述真空层通过泄压阀与罐体内壁层内部储氢空间相连通。
优选的，所述检测传感器包括两种，分别为压力传感器和温度传感器。
优选的，所述功能层包括保温层、绝缘支撑层和绝缘支撑层，所述绝缘支撑层位于与真空层相贴合的一侧，所述反射层位于与罐体壳体贴合的一侧。
优选的，所述缓冲层的内部穿插连接有多组弹性支撑杆，所述弹性支撑杆采用弹性材质，所述弹性支撑杆用于支撑罐体内壁层和第二壳体。
优选的，所述吸附装置包括支撑架、固定片、限位凸点和吸附层，所述支撑架的内部固定连接有吸附层，所述支撑架的侧端面两侧固定连接有固定片，所述支撑架的表面设置有至少一组限位凸点。
优选的，所述罐体内壁层的内壁设有与限位凸点相适配的槽。
优选的，所述吸附层具体为一种碳纤维吸附网。
优选的，所述碳纤维吸附网具体为以聚丙烯腈为原料通过静电纺丝技术纺织成纳米纤维经多级热牵伸，预氧化和炭化后形成。
优选的，所述进气口、真空阀和检测传感器均与监控显示装置电性相连。
（三）有益效果
本发明提供了一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，具备以下有益效果：通过设有多层式复合结构大大提高了储氢罐的结构强度和抗压效果，装置设有罐体壳体、第二壳体和罐体内壁层三层式支撑结构，同时在罐体壳体、第二壳体和罐体内壁层中穿插设置有功能层、真空层和缓冲层，进一步满足装置的不同结构需求，通过设有缓冲层，缓冲层内部通过穿插连接有多组弹性支撑杆支撑，且弹性支撑杆采用弹性材质，可对罐体内壁层的支撑提供一定缓冲，相交于传统的刚性支撑就有较好的抗压性和容错性，提高罐体运输时以及碰撞时的安全性，并且设有真空层，真空层分别与真空阀和泄压阀相连通，通过真空阀将真空层内空气抽真空后，可以有效防止外界环境对储氢罐内部气体的影响，同时真空层在储氢罐内部压力高于阕值时可作为一个有效的缓冲区，由于真空层内部处于真空状态，在泄压阀检测储氢罐内部气压高于临界值时可打开泄压阀，将多余气体疏导真空层中进而快速降压，避免高压对罐体的破坏，在真空层以及罐体内壁层的内壁设有多组检测传感器对其基本的温度和压力状态进行检测，同时检测结果在监控显示装置中进行显示，并且监控显示装置可以显示泄压阀和真空阀的状态，在泄压阀开启触发后，若压力持续升高为了保证罐体安全，则可进一步打开真空阀进行泄压，从而防止罐体高压爆炸的风险，且在第二壳体的另一侧设有功能层，功能层设有三层式结构，分别为保温层、绝缘支撑层和反射层具有抗磁、保温的效果，为了提高储氢罐的存储性能，在罐体内壁层的内部设有吸附装置，吸附装置先通过限位凸点与罐体内壁层内壁卡接限位后，通过固定片进行固定粘连或者焊接，吸附装置中的吸附层为碳纤维吸附层，纳米碳纤维对氢气具有很好的吸附效果，且该吸附方式相较于固体吸附反应更加温和可控，通过设有多组吸附装置，有效地提高了储氢罐内部单位空间内的储氢效率，提高储氢罐的储存容积。
附图说明
图1为本发明装置本体的结构示意图；
图2为本发明装置本体局部剖视结构示意图；
图3为本发明功能层结构示意图；
图4为本发明缓冲层结构示意图；
图5为本发明吸附装置结构示意图。
图中：1排气口、2罐体、3泄压口、4气阀、5进气口、6支撑基座、7监控显示装置、8罐体壳体、9功能层、10真空阀、11检测传感器、12泄压阀、13第二壳体、14真空层、15连接柱、16缓冲层、17吸附装置、18罐体内壁层、19保温层、20绝缘支撑层、21反射层、22弹性支撑杆、23支撑架、24固定片、25限位凸点、26吸附层。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本发明实施例提供一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐包括罐体2，罐体2的侧端面两侧开设有排气口1和进气口5，排气口1和进气口5通过气阀4进行密封，气阀4的内部嵌设有泄压阀12，罐体2的上端面还开设有泄压口3，罐体2的下端面固定连接有支撑基座6，罐体2的前端面安装有监控显示装置7，罐体2包括罐体壳体8、功能层9、第二壳体13和罐体内壁层18，第二壳体13和功能层9之间形成真空层14，真空层14内部固定连接有多组连接柱15，罐体内壁层18和第二壳体13之间形成缓冲层16，泄压口3的内部固定安装有真空阀10，真空阀10与真空层14相连通，吸附装置17至少设有一组，且吸附装置17固定连接在罐体内壁层18的内部，罐体内壁层18的内壁和真空层14的内部固定安装有至少一组检测传感器11。
真空层14通过泄压阀12与罐体内壁层18内部储氢空间相连通，检测传感器11包括两种，分别为压力传感器和温度传感器，功能层9包括保温层19、绝缘支撑层20和绝缘支撑层20，绝缘支撑层20位于与真空层14相贴合的一侧，反射层21位于与罐体壳体8贴合的一侧，缓冲层16的内部穿插连接有多组弹性支撑杆22，弹性支撑杆22采用弹性材质，弹性支撑杆22用于支撑罐体内壁层18和第二壳体13，吸附装置17包括支撑架23、固定片24、限位凸点25和吸附层26，支撑架23的内部固定连接有吸附层26，支撑架23的侧端面两侧固定连接有固定片24，支撑架23的表面设置有至少一组限位凸点25，罐体内壁层18的内壁设有与限位凸点25相适配的槽，吸附层26具体为一种碳纤维吸附网，碳纤维吸附网具体为以聚丙烯腈为原料通过静电纺丝技术纺织成的纳米纤维经多级热牵伸，预氧化和炭化后形成，进气口5、真空阀10和检测传感器11均与监控显示装置7电性相连。
综上，通过设有多层式复合结构大大提高了储氢罐的结构强度和抗压效果，装置设有罐体壳体8、第二壳体13和罐体内壁层18三层式支撑结构，同时在罐体壳体8、第二壳体13和罐体内壁层18中穿插设置有功能层9、真空层14和缓冲层16，进一步满足装置的不同结构需求，通过设有缓冲层16，缓冲层16内部通过穿插连接有多组弹性支撑杆22支撑，且弹性支撑杆22采用弹性材质，可对罐体内壁层18的支撑提供一定缓冲，相交于传统的刚性支撑就有较好的抗压性和容错性，提高罐体运输时以及碰撞时的安全性，并且设有真空层14，真空层14分别与真空阀10和泄压阀12相连通，通过真空阀10将真空层14内空气抽真空后，可以有效防止外界环境对储氢罐内部气体的影响，同时真空层14在储氢罐内部压力高于阕值时可作为一个有效的缓冲区，由于真空层14内部处于真空状态，在泄压阀12检测储氢罐内部气压高于临界值时可打开泄压阀12，将多余气体疏导真空层14中进而快速降压，避免高压对罐体的破坏，在真空层14以及罐体内壁层18的内壁设有多组检测传感器11对其基本的温度和压力状态进行检测，同时检测结果在监控显示装置7中进行显示，并且监控显示装置7可以显示泄压阀12和真空阀10的状态，在泄压阀12开启触发后，若压力持续升高为了保证罐体安全，则可进一步打开真空阀10进行泄压，从而防止罐体高压爆炸的风险，且在第二壳体13的另一侧设有功能层9，功能层9设有三层式结构，分别为保温层19、绝缘支撑层20和反射层21具有抗磁、保温的效果，为了提高储氢罐的存储性能，在罐体内壁层18的内部设有吸附装置17，吸附装置17先通过限位凸点25与罐体内壁层18内壁卡接限位后，通过固定片24进行固定粘连或者焊接，吸附装置17中的吸附层26为碳纤维吸附层，纳米碳纤维对氢气具有很好的吸附效果，且该吸附方式相较于固体吸附反应更加温和可控，通过设有多组吸附装置17，有效地提高了储氢罐内部单位空间内的储氢效率，提高储氢罐的储存容积。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，包括罐体（2），其特征在于：所述罐体（2）的侧端面两侧开设有排气口（1）和进气口（5），所述排气口（1）和进气口（5）通过气阀（4）进行密封，所述气阀（4）的内部嵌设有泄压阀（12），所述罐体（2）的上端面还开设有泄压口（3），所述罐体（2）的下端面固定连接有支撑基座（6），所述罐体（2）的前端面安装有监控显示装置（7），所述罐体（2）包括罐体壳体（8）、功能层（9）、第二壳体（13）和罐体内壁层（18），所述第二壳体（13）和功能层（9）之间形成真空层（14），所述真空层（14）内部固定连接有多组连接柱（15），所述罐体内壁层（18）和第二壳体（13）之间形成缓冲层（16），所述泄压口（3）的内部固定安装有真空阀（10），所述真空阀（10）与真空层（14）相连通，所述吸附装置（17）至少设有一组，且所述吸附装置（17）固定连接在罐体内壁层（18）的内部，所述罐体内壁层（18）的内壁和真空层（14）的内部固定安装有至少一组检测传感器（11）。
2.根据权利要求1所述的一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，其特征在于：所述真空层（14）通过泄压阀（12）与罐体内壁层（18）内部储氢空间相连通。
3.根据权利要求1所述的一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，其特征在于：所述检测传感器（11）包括两种，分别为压力传感器和温度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，其特征在于：所述功能层（9）包括保温层（19）、绝缘支撑层（20）和绝缘支撑层（20），所述绝缘支撑层（20）位于与真空层（14）相贴合的一侧，所述反射层（21）位于与罐体壳体（8）贴合的一侧。
5.根据权利要求1所述的一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，其特征在于：所述缓冲层（16）的内部穿插连接有多组弹性支撑杆（22），所述弹性支撑杆（22）采用弹性材质，所述弹性支撑杆（22）用于支撑罐体内壁层（18）和第二壳体（13）。
6.根据权利要求1所述的一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，其特征在于：所述吸附装置（17）包括支撑架（23）、固定片（24）、限位凸点（25）和吸附层（26），所述支撑架（23）的内部固定连接有吸附层（26），所述支撑架（23）的侧端面两侧固定连接有固定片（24），所述支撑架（23）的表面设置有至少一组限位凸点（25）。
7.根据权利要求6所述的一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，其特征在于：所述罐体内壁层（18）的内壁设有与限位凸点（25）相适配的槽。
8.根据权利要求6所述的一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，其特征在于：所述吸附层（26）具体为一种碳纤维吸附网。
9.根据权利要求8所述的一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，其特征在于：所述碳纤维吸附网具体为以聚丙烯腈为原料通过静电纺丝技术纺织成纳米纤维经多级热牵伸，预氧化和炭化后形成。
10.根据权利要求1所述的一种具有多层抗压型内胆的高压储氢罐，其特征在于：所述进气口（5）、真空阀（10）和检测传感器（11）均与监控显示装置（7）电性相连。
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