CN112393108A - 一种小微轻型深冷高压储氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小微轻型深冷高压储氢装置,包括:内胆和外筒体,内胆位于外筒体中,内胆被碳纤维全缠绕包裹,并且在碳纤维层的外侧还包裹有反射绝热层,在内胆和外筒体之间的夹层中设有通氢管,通氢管的一端从内胆的头部与内胆相连通,然后通氢管从内胆头部向着内胆尾部再向着内胆头部的方向绕着内胆布置一圈,接着通氢管的另一端穿过外筒体头部与外筒体头部外侧的供氢管一端相连通,供氢管上设有第一截止阀,在第一截止阀和外筒体之间的供氢管上连通有加注管,加注管上设有第二截止阀,在内胆和外筒体之间的夹层中还填充有气凝胶并且抽真空。上述装置能提高小型机器的续航能力,并且重量轻,成本低,安全可靠,储氢维持时间长。
Description
技术领域
本发明涉及储氢领域,具体涉及一种基于深冷高压储氢的小微轻型深冷高压储氢装置。
背景技术
目前国内的小型机器如小型无人机、无人船等均向着以氢能源供电的方向发展,从而在小型机器上通常会设置储氢供电系统,储氢供电系统由能为机器提供电能的氢燃料电池和能储氢并且能为氢燃料电池供氢的储氢装置组成。现有的储氢装置通常有高压储氢装置、液氢储氢装置、中型深冷高压储氢装置。
高压储氢装置由于储氢密度限制,其续航能力相对不足,并且在70MP高压力下对储氢容器的质量要求很高。
液氢储氢装置虽然在储氢密度上有很大的提升,但是液氢储氢装置小型化后,由于储氢容器的表体比增大,使得热量更容易传导至储氢容器中,从而液氢的蒸发速度会加快,产生的闪蒸汽会增多,如果为了利用闪蒸汽供电而增加设备,就会增加液氢储氢装置的整体重量,这样就会不利用小型机器的轻量化;若对空排放蒸发产生的闪蒸汽,由于外界环境的不确定性,易造成较大的风险以及安全隐患。另外,由于液氢属于液体,受到重力约束较大,在小型机器运动使用过程中,液氢在重力作用下可能会远离储氢容器出口,从而导致液氢无法流出的情况发生,为了保证液氢能流出而增加增压设备则会增加设备成本和重量。
中型深冷高压储氢装置,装置中用于储氢的深冷高压储氢瓶的内胆中需要添加进气换热器、外筒体上则需要多层隔热材料绝缘(MLI绝缘),在深冷高压储氢瓶外还需集成冷却液热交换器、二次真空模块、截止阀、安全阀、悬挂、辅助系统等装置,使得装置结构十分复杂,整体质量相对较重,由于其大重量,复杂等特点,无法直接缩小并移植至小型机器上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:将提供一种用于小型机器的能提高机器续航能力、重量轻、成本低、安全可靠、储氢维持时间长的小微轻型深冷高压储氢装置。
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案为:一种小微轻型深冷高压储氢装置,包括:内胆和外筒体,内胆位于外筒体中,内胆被碳纤维全缠绕包裹,并且在碳纤维层的外侧还包裹有反射绝热层,在内胆和外筒体之间的夹层中设置有通氢管,其特征在于:通氢管的一端从内胆的头部与内胆相连通,然后通氢管从内胆头部向着内胆尾部再向着内胆头部的方向绕着内胆布置一圈,接着通氢管的另一端穿过外筒体头部与外筒体头部外侧的供氢管一端相连通,在供氢管上设置有一个第一截止阀,在第一截止阀和外筒体之间的供氢管上连通有一个用于加注氢的加注管,在加注管上设置有一个第二截止阀,在内胆和外筒体之间的夹层中还填充有气凝胶并且抽真空。
进一步的,前述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其中:在外筒体的外侧还设置有一个包裹住外筒体的外壳体,供氢管向外穿过外壳体,在外壳体和外筒体之间的夹层中设置有一个缠绕于外筒体外侧的夹层管,夹层管的一端与外壳体和外筒体之间的供氢管相连通,在外壳体的外侧设置有一根输出管,夹层管的另一端穿过外壳体后与输出管一端相连通,在夹层管上设置有一个第三截止阀,在输出管上设置有一个第四截止阀,输出管的另一端与位于第一截止阀外侧的供氢管相连通。
进一步的,前述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其中:在外筒体和外壳体之间的夹层中通入有氦气。
进一步的,前述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其中:在第一截止阀和外筒体之间的供氢管上设置有一个用于检测内筒中氢压力和氢温度的压力检测器和第一温度传感器。
进一步的,前述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其中:在第一截止阀外侧的供氢管上设置有一个用于检测所供氢温度的第二温度传感器。
进一步的,前述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其中:第一、第三截止阀为可自动调节开关流量的自动阀门。
进一步的,前述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其中:内胆、外筒体、通氢管、供氢管、夹层管、输出管、加注管均采用相同的材质且均为奥氏体不锈钢材质。
本发明的优点为:本发明所述的小微轻型深冷高压储氢装置设备少、结构简单,从而大大降低了装置的重量和成本;另外,由于采用深冷高压的方式储氢,使得储氢密度大大提升、并且无液氢蒸发排放,从而能大大提高小型机器的续航能力,并且使氢能源能高效安全的使用;高压液氢泵从液氢储罐中将液氢抽取增压注入至深冷高压储氢装置中后,所述深冷高压储氢装置能使氢保持高压状态,使得后续供氢流程全部保持40MPa~45MPa的压力条件,从而无需另外增加加压设备;深冷高压储氢装置中的氢处于超临界态,超临界态氢具有分布均匀、压强适中、储氢密度大等特点,从而使深冷高压储氢装置中的超临界氢在小型机器运行过程中也能稳定供应;所述的深冷高压储氢装置储氢具有更大的耐热性,无排放储存时间能够从3-5天增加至10-15天,大大提升了储氢的维持时间,可实现机器的较长时间待机;另外,所述深冷高压储氢装置还能使氢流过外壳体和外筒体之间的夹层来使氢进行预热,氢能预热,一方面能降低深冷高压储氢装置的外表温度,使得深冷高压储氢装置适合在极端炎热的环境中使用,另一方面能节省后续加热气氢的电能。
附图说明
图1为本发明所述的一种小微轻型深冷高压储氢装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示,一种小微轻型深冷高压储氢装置,包括:内胆21和外筒体22,内胆21位于外筒体22中,内胆21被碳纤维全缠绕包裹,并且在碳纤维层的外侧还包裹有反射绝热层,在内胆21和外筒体22之间的夹层中设置有通氢管23,通氢管23的一端从内胆21的头部与内胆21相连通,然后通氢管23从内胆21头部向着内胆21尾部再向着内胆21头部的方向绕着内胆21布置一圈,接着通氢管23的另一端穿过外筒体22头部与外筒体22头部外侧的供氢管9一端相连通,通氢管23这样设置后能延长长度,从而提升温度梯度,使得外界温度对内胆21的影响能减小至最低,并且这样设置后还能对内胆21进行缓冲支撑,在供氢管9上设置有一个第一截止阀91,在第一截止阀91和外筒体22之间的供氢管9上连通有一个用于加注氢的加注管72,在加注管72上设置有一个第二截止阀92,在内胆21和外筒体22之间的夹层中还填充有气凝胶24并且抽真空,气凝胶24具有密度极小,隔热效果好,耐低温,强度高等特点,非常适合小微轻深冷高压容器的填充。在外筒体22的外侧还设置有一个包裹住外筒体22的外壳体2,供氢管9向外穿过外壳体2,在外壳体2和外筒体22之间的夹层中设置有一个螺旋缠绕于外筒体22外侧的夹层管7,夹层管7的一端与外壳体2和外筒体22之间的供氢管9相连通,在外壳体2的外侧设置有一根输出管71,夹层管7的另一端穿过外壳体2后与输出管71一端相连通,在夹层管7上设置有一个第三截止阀93,在输出管71上设置有一个第四截止阀94,输出管71的另一端与位于第一截止阀91外侧的供氢管9相连通。在外筒体22和外壳体2之间的夹层中还通入有氦气,氦气的导热性好,且为惰性气体,更安全。第二、第三、第四截止阀92、93、94均靠近供氢管9设置,这样才能避免大量气氢遗留于支路中。
本发明所述的小微轻型深冷高压储氢装置存在两种供氢方式;正常条件下的供氢方式为:第二、第三、第四截止阀92、93、94关闭,第一截止阀91打开,这样排出的气氢通过供氢管9直接供应;极端炎热或者蓄电池储电量不足等极端条件下的供氢方式为:第一、第二截止阀91、92关闭,第三、第四截止阀93、94打开,这样排出的气氢会进入至夹层管7中,从而使气氢在外筒体22和外壳体2之间的夹层中吸热,以便降低深冷高压储氢装置外表的温度,吸热后气氢会得到预热,这样就还能节省后续加热气氢的电能,气氢从夹层管7中出来后会进入至输出管71中,然后在从供氢管9的外端向外供应。
本实施例中,内胆21、外筒体22、通氢管23、供氢管9、夹层管7、输出管71、加注管72均为相同的材质且都为奥氏体不锈钢材质,在实际应用中,外壳体2也可以采用奥氏体不锈钢材质;奥氏体不锈钢抗低温、抗氢脆能力较强,强度很高,并且相同材质可使结构设备使用更稳定,传热,膨胀冷缩更统一,不易出现裂痕以及降低焊接难度,提高使用寿命。
在本实施例中,在第一截止阀91和外筒体22之间的供氢管9上设置有一个用于检测内筒21中氢压力和氢温度的压力检测器8和第一温度传感器81。在第一截止阀91外侧的供氢管9上设置有一个用于检测所供氢温度的第二温度传感器82。第一、第三截止阀91、93为可自动调节开关流量的自动阀门。实际使用中,压力检测器8、第一温度传感器81、第二温度传感器82、第一截止阀91、第三截止阀93均会与中控器通讯连接;压力检测器8检测深冷高压储氢装置中氢的压力后会产生一个数据信号发送到中控器,当氢压力过高时,中控器会使深冷高压储氢装置放出氢来降低压力;第一温度传感器81和第二温度传感器82检测到氢的温度后均会产生一个数据信号发送到中控器,中控器会根据第二温度传感器82检测到的氢温度来调整后续气氢的加热功率,使得通向氢燃料电池的氢气温度保持稳定。
工作时,使用高压低温泵从液氢容器中抽取液氢,然后通过加注管72将液氢加注至深冷高压储氢装置中,由于氢气特殊的热物理性质,液氢在深冷高压储氢装置的超低温(-230℃以下)和高压(20MPa以上)同时作用下会形成超临界氢,超临界氢除了在储氢密度上高于低温液氢,更能够延长储氢容器的维持时间,达到传统液氢储存技术的数倍,由于其高压特性,气化后还无需加压。
Claims (8)
1.一种小微轻型深冷高压储氢装置,包括:内胆和外筒体,内胆位于外筒体中,内胆被碳纤维全缠绕包裹,并且在碳纤维层的外侧还包裹有反射绝热层,在内胆和外筒体之间的夹层中设置有通氢管,其特征在于:通氢管的一端从内胆的头部与内胆相连通,然后通氢管从内胆头部向着内胆尾部再向着内胆头部的方向绕着内胆布置一圈,接着通氢管的另一端穿过外筒体头部与外筒体头部外侧的供氢管一端相连通,在供氢管上设置有一个第一截止阀,在第一截止阀和外筒体之间的供氢管上连通有一个用于加注氢的加注管,在加注管上设置有一个第二截止阀,在内胆和外筒体之间的夹层中还填充有气凝胶并且抽真空。
2.根据权利要求1所述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其特征在于:在外筒体的外侧还设置有一个包裹住外筒体的外壳体,供氢管向外穿过外壳体,在外壳体和外筒体之间的夹层中设置有一个缠绕于外筒体外侧的夹层管,夹层管的一端与外壳体和外筒体之间的供氢管相连通,在外壳体的外侧设置有一根输出管,夹层管的另一端穿过外壳体后与输出管一端相连通,在夹层管上设置有一个第三截止阀,在输出管上设置有一个第四截止阀,输出管的另一端与位于第一截止阀外侧的供氢管相连通。
3.根据权利要求2所述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其特征在于:在外筒体和外壳体之间的夹层中通入有氦气。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其特征在于:在第一截止阀和外筒体之间的供氢管上设置有一个用于检测内筒中氢压力和氢温度的压力检测器和第一温度传感器。
5.根据权利要求4所述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其特征在于:在第一截止阀外侧的供氢管上设置有一个用于检测所供氢温度的第二温度传感器。
6.根据权利要求2或3所述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其特征在于:第一、第三截止阀为可自动调节开关流量的自动阀门。
7.根据权利要求2所述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其特征在于:内胆、外筒体、通氢管、供氢管、夹层管、输出管、加注管均采用相同的材质。
8.根据权利要求7所述的一种小微轻型深冷高压储氢装置,其特征在于:内胆、外筒体、通氢管、供氢管、夹层管、输出管、加注管均采用奥氏体不锈钢材质。
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