CN113739061A - 一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐，本发明储罐包括：外罐(1)，内罐(2)，内外罐高真空夹层(3)，多层缠绕层(4)，次绝缘保冷层(5)，次屏蔽层(6)，主绝缘保冷层(7)，主屏蔽层(8)。储罐外罐(1)与内罐(2)之间布置有绝缘支撑块(9)。该发明以两层金属薄膜和高真空绝热罐作为设计基础，实现了一套独立的薄膜屏蔽层盛液系统，并采用高真空绝热的方式提高了传统薄膜型储罐的绝缘保冷性能，进一步降低蒸发率，提高储罐内液货氢气的存储时间；采用薄膜屏蔽层盛液，进一步降低了对内外罐材质的要求和施工要求；双层屏蔽和内罐的三层防护提高了储氢的安全性能，薄膜的柔韧性保证在突发事故下屏蔽的完整性，降低了内外罐破裂造成液氢大量泄漏的事故风险。本发明储罐即可以用于车载集装箱式液氢储罐的储运，也可以用于陆用大型立式液氢储罐，还可以用于液氢船舶燃料舱和液氢运输船液货舱的储运，是一种全新的，应用更为广泛的，更加安全、绿色、环保的液氢薄膜型储罐。

Description

一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐
技术领域
本发明涉及冷冻液化气体-液氢(LH2)低温储存装置技术领域，具体为一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐。
背景技术
氢气作为一种新兴能源，具有高效、清洁、无污染和可持续等优势，随着我国经济的快速发展和对环境治理要求的不断提高，氢气是当前最有前景的清洁能源之一。
而液氢作为氢的液化状态，早已作为宇航动力系统的燃料，广泛应用于航天和军事方面。随着国内发展趋势的影响以及政策的引导，液氢的使用日益趋近民用市场。液氢是一种深冷的氢气存储技术，深冷到21K以下使之变为液氢，然后存储到特制的容器中。液氢的体积能量密度很高，液氢的密度为常温、常压下气态氢气的845倍，是35Mpa高压氢气密度的3倍，是70Mpa 高压氢气密度的2倍，所以同一体积的储氢容器，其储氢质量大幅度提高。但由于氢自身的危险性和易挥发性，导致其运输和储存的局限性，所以如何更好、更安全地储存和运输液氢，是目前研究的一个重点方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐，该发明的理念是以两层金属薄膜和高真空绝热罐作为设计基础，实现了一套独立的薄膜屏蔽层盛液系统，并采用高真空绝热的方式提高了传统薄膜型储罐的绝缘保冷性能，进一步降低蒸发率，提高储罐内液货氢气的存储时间；采用薄膜屏蔽层盛液，进一步降低了对内外罐材质的要求和施工要求；双层屏蔽和内罐的三层防护提高了储氢的安全性能，薄膜的柔韧性保证在突发事故下屏蔽的完整性，降低了内外罐破裂造成液氢大量泄漏的事故风险。本发明储罐即可以用于车载集装箱式液氢储罐的储运，也可以用于大型立式液氢储罐，还可以用于液氢船舶燃料舱和液氢运输船液货舱的储运，是一种全新的，应用更为广泛的，更加安全、绿色、环保的液氢薄膜型储罐。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐，其特征在于：所述液氢薄膜型储罐从外道内一次设置有：外罐，内外罐间高真空夹层，多层缠绕层，内罐，次绝缘保冷层，次屏蔽层，主绝缘保冷层，主屏蔽层。储罐外罐与内罐之间夹层布置有绝缘支撑块，多层缠绕层与内罐外表面接触，所述次绝缘保冷层和主绝缘保冷层均由多个标准模块绝缘保冷箱拼接组成，相邻两个绝缘板间隙处的外围也填塞有柔性绝缘。次屏蔽层由多个标准屏蔽模块拼接，并通过焊接方式组成一个完整的屏蔽层。主屏蔽层由多个标准屏蔽模块拼接，并通过焊接方式组成一个完整的屏蔽层。所述次绝缘保冷层固定在内罐内表面，次屏蔽层通过焊接固定在次绝缘保冷层的固定锚板或异形卡固件上。所述主绝缘保冷层固定在次屏蔽层内表面，主屏蔽层通过焊接固定在主绝缘保冷层的固定锚板或异形卡固件。主屏蔽层内侧形成完整的容器，用于储存液化氢气。
作为上述技术方案的改进，所述外罐可以采用碳钢或不锈钢等材质，形状可以为矩形、圆柱形，也可以为球型。可以采用外部或内部加强筋进行加固，增加强度。由于外罐内含有不锈钢内罐和双层屏蔽和三层防护，可以降低外罐材质要求。同时可以根据不同储存方式，改变储存外罐的外形。如大型储罐，可以采用平底圆罐，如在船舶运输，可以采用矩形或船体结构型式，如车载运输，可以采用圆柱形等形状。
作为上述技术方案的改进，所述内罐可以采用不锈钢材质，形状同样可以为矩型、圆柱型，也可以为球型，需要与外罐匹配。可以采用外部加强筋进行加固，增加强度。由于内罐内焊有双层绝缘和双层屏蔽，内罐不用直接接触液体，使得内罐设计温度提高，可以采用低等级如304/304L/316L等材料。同时可以根据不同储存方式，改变储存内罐的外形。如大型储罐，可以采用平底圆罐，如在船舶运输，可以采用矩形或船体结构型式，如车载运输，可以采用圆柱形等形状。
作为上述技术方案的改进，所述内外罐高真空夹层是对内罐与外罐之间形成的夹层区域进行抽真空处理，真空度需要达到10-3pa以下。真空抽取过程可以采用夹层空间独立加热或高温氮气循环等辅助方式进行。所述多层缠绕层由多层铝箔+绝热材料制成的复合型反射屏，多层缠绕层捆扎在内罐外表面用于绝热，也可以采用珠光砂填充、或者内外罐夹层面抛光、涂反射漆等方式进行绝热。利用高真空绝热的方式，降低蒸发率，保证储罐内液货氢气的存储时间。
作为上述技术方案的改进，所述次屏蔽层和主屏蔽层的厚度均为 0.5mm-3.0mm且采用不锈钢板、殷瓦钢板或铝合金板制成。所述次屏蔽膜和主屏蔽膜形状可以为连续拱形波纹凸起状结构，也可以是带折边的殷瓦钢或铝合金板结构。
作为上述技术方案的改进，所述次绝缘保冷层和主绝缘保冷层是由绝缘保冷箱组成。次绝缘保冷层采用螺柱连接、或树脂胶水粘接在内罐内表面上。主绝缘保冷层采用螺柱连接、或树脂胶水粘接在次屏蔽层内表面上。所述绝缘保冷箱是由支撑板、绝缘材料、固定支撑、固定锚板或异形卡固件的复合型绝缘箱，绝缘预制模块可以制作成矩型、弧型，90°直角/135°斜角边型， 90°直角/135°斜角三面体型。
作为上述技术方案的改进，所述内罐与外罐之间通过绝缘支撑块进行连接，绝缘支撑块可以布置在储罐的四周。
作为上述技术方案的改进，所述次屏蔽层和主屏蔽层均由多个标准屏蔽模块拼接组成，分别采用连续搭接焊接的形式进行连接，并分别与绝缘预制模块中的固定锚板或异形卡固件进行焊接固定。所述固定锚板是厚度均为 1.2mm-3.0mm且采用不锈钢板、殷瓦钢板或铝合金板制成，可以是十字形钢板，可以是条形钢板，通过螺钉固定在保冷箱的支撑板上。所述异形卡固件是厚度均为0.5mm-1.5mm的殷瓦钢板或铝合金板制成的异形卡固件，可以是T型卡固件，或U型卡固件，连续或间断的卡固在保冷箱的支撑板中的开槽区域中。
作为上述技术方案的改进，所述次屏蔽层和内罐形成的夹层空间，以及主屏蔽层和次层屏蔽形成的夹层空间中填充氦气保护，并安装有泄露气体探测系统和压力监测系统。可以快的检测到屏蔽的完整性，进一步提高安全性。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的目的在于提供一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐，该发明的理念是以两层金属薄膜和高真空绝热罐作为设计基础，实现了一套独立的薄膜屏蔽层盛液系统，并采用高真空绝热的方式提高了传统薄膜型储罐的绝缘保冷性能，进一步降低蒸发率，提高储罐内液货氢气的存储时间；采用薄膜屏蔽层盛液，进一步降低了对内外罐材质的要求和施工要求；双层屏蔽和内罐的三层防护提高了储氢的安全性能，薄膜的柔韧性保证在突发事故下屏蔽的完整性，降低了内外罐破裂造成液氢大量泄漏的事故风险。本发明储罐即可以用于车载集装箱式液氢储罐的储运，也可以用于大型立式液氢储罐，还可以用于液氢船舶燃料舱和液氢运输船，是一种全新的，应用更为广泛的，更加安全、绿色、环保的液氢薄膜型储罐。
1、本发明中的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐是一种低压液氢容器，压力小于0.3Mpa，相比于70Mpa的高压储氢气瓶，更加安全，同样的体积下能存储更多质量的氢，能量密度较高，压力低进一步降低了氢脆对金属的损坏。
2、本发明中的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐，采用高真空绝热和固体导热结合，提高了绝热效率，进一步降低蒸发率，保证储罐内液货氢气的存储时间。
3、本发明中的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐采用薄膜屏蔽层盛液，薄膜屏蔽隔离的温度和液氢，避免液氢与内外罐直接接触，进一步降低了对内外罐材质的要求和施工要求。
4、本发明中的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐采用双层屏蔽的结构设计，保证了储存和气密功能的结构独立性，每层可以保证单独存储，当主层屏蔽损坏后，次层屏蔽仍然可以保证储罐的存储完整性，保证液氢不泄露。
5、本发明中的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐采用模块化设计方案，绝缘模块与屏蔽模块均采用模块化预制结构，适用于不同尺寸的储氢罐，降低成本，提高安装效率。
6、本发明中的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐采用双层屏蔽薄膜，其薄膜的柔韧性保证在低温下自然收缩，可以循环加载。当发生碰撞外罐变形时时，薄膜的柔韧性可以保证屏蔽的完整性，降低了内外罐破裂造成液氢大量泄漏的事故风险。
7、本发明中的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐，其绝热填充层始终处于惰性气体(氦气)环境中，而不是其他可燃气体，绝热填充层内安装有泄露气体探测系统和压力监测系统，可以快的检测到屏蔽的完整性，这样能进一步提高安全性。
附图说明
图1为本发明所述总体结构示意图；
图2为本发明的平板型-保冷绝缘箱(10)结构示意图；
图3为本发明所述90°角形/边形-保冷绝缘箱(10)结构示意图；
图4为本发明所述标准屏蔽模块(16)结构图；
图5为本发明所述由标准屏蔽模块组成的次屏蔽膜和主屏蔽膜的局部示意图；
图6为本发明所述条形-固定锚板(14)示意图。
图7为本发明所述十字形-固定锚板(14)示意图。
图8为本发明所述T型卡固件-异形卡固件(15)示意图。
图9为本发明所述U型卡固件-异形卡固件(15)示意图。
图中：1、外罐；2、内罐；3、内外罐高真空夹层；4、多层缠绕层；5、次绝缘保冷层；6、次屏蔽层；7、主绝缘保冷层；8、主屏蔽层；9、绝缘支撑块；10、绝缘保冷箱；11、支撑板；12、绝缘材料；13、固定支撑；14、固定锚板；15、异形卡固件；16、标准屏蔽模块；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1-6，该发明以两层金属薄膜和高真空绝热罐作为设计基础，实现了一套独立的薄膜屏蔽层盛液系统，并采用高真空绝热的方式提高了传统薄膜型储罐的绝缘保冷性能，进一步降低蒸发率，提高储罐内液货氢气的存储时间；采用薄膜屏蔽层盛液，进一步降低了对内外罐材质的要求和施工要求；双层屏蔽和内罐的三层防护提高了储氢的安全性能，薄膜的柔韧性保证在突发事故下屏蔽的完整性，降低了内外罐破裂造成液氢大量泄漏的事故风险。本发明储罐即可以用于车载集装箱式液氢储罐的储运，也可以用于大型立式液氢储罐，还可以用于液氢船舶燃料舱和液氢运输船液货舱的储运，是一种全新的，应用更为广泛的，更加安全、绿色、环保的液氢薄膜型储罐。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐，其特征在于：所述液氢薄膜型储罐从外道内一次设置有：外罐1，内外罐高真空夹层3，多层缠绕层4，内罐2，次绝缘保冷层5，次屏蔽层6，主绝缘保冷层7，主屏蔽层8。储罐外罐与内罐之间布置有绝缘支撑块 9，多层缠绕层与内罐外表面接触，所述次绝缘保冷层7和主绝缘保冷层9均由多个标准模块绝缘保冷箱10拼接组成，相邻两个绝缘保冷箱10间隙处的外围也填塞有柔性绝缘。次屏蔽层6由多个标准屏蔽模块16拼接，并通过焊接方式组成一个完整的屏蔽层。主屏蔽层8由多个标准屏蔽模块16拼接，并通过焊接方式组成一个完整的屏蔽层。所述次绝缘保冷层固定在内罐2内表面，次屏蔽层6通过焊接固定在次绝缘保冷层7的固定锚板14或异形卡固件 15上。所述主绝缘保冷层7固定在次屏蔽层6内表面，主屏蔽层8通过焊接固定在主绝缘保冷层8的固定锚板14或异形卡固件15。主屏蔽层9内侧形成完整的容器，用于储存液化氢气。
作为上述技术方案的改进，所述外罐1可以采用碳钢或不锈钢等材质，形状可以为矩形、圆柱形，也可以为球型。可以采用外部或内部加强筋进行加固，增加强度。由于外罐内含有不锈钢内罐2、次屏蔽层6和主屏蔽层8三层防护，可以降低外罐1材质要求。同时可以根据不同储存方式，改变储存外罐1的外形。如大型储罐，可以采用平底圆罐，如在船舶运输，可以采用矩形或船体结构型式，如车载运输，可以采用圆柱形等形状。
作为上述技术方案的改进，所述内罐2可以采用不锈钢材质，形状同样可以为矩型、圆柱型，也可以为球型，需要与外罐1匹配。可以采用外部加强筋进行加固，增加强度。由于内罐2内焊有双层绝缘和双层屏蔽，内罐2不用直接接触液体，使得内罐2设计温度提高，可以采用低等级如304/304L/316L 等材料。同时可以根据不同储存方式，改变储存内罐2的外形。如大型储罐，可以采用平底圆罐，如在船舶运输，可以采用矩形或船体结构型式，如车载运输，可以采用圆柱形等形状。
作为上述技术方案的改进，所述内外罐高真空夹层3是对内罐2与外罐1 之间形成的夹层区域进行抽真空处理，真空度需要达到10-3pa以下。真空抽取过程可以采用夹层空间独立加热或高温氮气循环等辅助方式进行抽取。所述多层缠绕层4由多层铝箔+绝热材料制成的复合型反射屏，多层缠绕层4捆扎在内罐外表面用于绝热，也可以采用珠光砂填充、或者内外罐夹层面抛光、涂反射漆等方式进行绝热。利用高真空绝热的方式，降低蒸发率，保证储罐内液货氢气存储时间。
作为上述技术方案的改进，所述次屏蔽层6和主屏蔽层8的厚度均为 0.5mm-3.0mm且采用不锈钢板、殷瓦钢板或铝合金板制成。所述次屏蔽层6和主屏蔽层8形状可以为连续拱形波纹凸起状结构，也可以是带折边的殷瓦钢或铝合金板结构。
作为上述技术方案的改进，所述次绝缘保冷层6和主绝缘保冷层8是由绝缘保冷箱10组成。次绝缘保冷层5采用螺柱连接、或树脂胶水粘接在内罐2 内表面上。主绝缘保冷层7采用螺柱连接、或树脂胶水粘接在次屏蔽层内表面上。所述绝缘保冷箱10是由支撑板11、绝缘材料12、固定支撑13、固定锚板14或异形卡固件15的复合型绝缘箱，绝缘保冷预制模块10可以制作成矩型、弧型，90°直角/135°斜角边型，90°直角/135°斜角三面体型。
作为上述技术方案的改进，所述内罐2与外罐1之间通过绝缘保冷支撑块 9进行连接，绝缘支撑块9可以布置在储罐的四周。
作为上述技术方案的改进，所述次屏蔽层6和主屏蔽层8均由多个标准屏蔽模块16拼接组成，分别采用连续搭接焊接的形式进行连接，并分别与绝缘预制模块10中的固定锚板14或异形卡固件15进行焊接固定。所述固定锚板 14或异形卡固件15是厚度均为1.2mm-3.0mm且采用不锈钢板、殷瓦钢板或铝合金板制成，可以是十字形钢板，可以是条形钢板，通过螺钉固定在保冷箱 10的支撑板11上。所述异形卡固件15可以是厚度均为0.5mm-1.5mm的殷瓦钢板或铝合金板制成，可以是T型卡固件，或U型卡固件，连续或间断的卡固在保冷箱10的支撑板11中的开槽区域中。
作为上述技术方案的改进，所述次屏蔽层6和内罐2形成的夹层空间，以及主屏蔽层8和次层屏蔽6形成的夹层空间中填充氦气保护，并安装有泄露气体探测系统和压力监测系统。可以快的检测到屏蔽的完整性，进一步提高安全性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐，其特征在于：所述液氢薄膜型储罐从外道内一次设置有：外罐(1)，内外罐高真空夹层(3)，多层缠绕层(4)，内罐(2)，次绝缘保冷层(5)，次屏蔽层(6)，主绝缘保冷层(7)，主屏蔽层(8)。储罐外罐(1)与内罐(2)之间布置有绝缘支撑块(9)，多层缠绕层(4)与内罐(2)外表面接触，所述次绝缘保冷层(5)和主绝缘保冷层(7)均由多个标准模块绝缘保冷箱(10)拼接组成，相邻两个绝缘保冷箱(10)间隙处的外围也填塞有柔性绝缘。次屏蔽层(6)由多个标准屏蔽模块(16)拼接，并通过焊接方式组成一个完整的屏蔽层。主屏蔽层(8)由多个标准屏蔽模块(16)拼接，并通过焊接方式组成一个完整的屏蔽层。所述次绝缘保冷层(5)固定在内罐(2)内表面，次屏蔽层(6)通过焊接固定在次绝缘保冷层(5)的固定锚板(14)或异形卡固件(15)上。所述主绝缘保冷层(7)固定在次屏蔽层(6)内表面，主屏蔽层(8)通过焊接固定在主绝缘保冷层(7)的固定锚板(14)或异形卡固件(15)上。主屏蔽层(8)内侧形成完整的容器，用于储存液化氢气。
2.根据权利要求1所述的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐其特征在于：所述外罐(1)可以采用碳钢或不锈钢等材质，形状可以为矩形、圆柱形，也可以为球型。可以采用外部或内部加强筋进行加固，增加强度。
3.根据权利要求1所述的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐其特征在于：所述内罐(2)可以采用不锈钢材质，形状同样可以为矩型、圆柱型，也可以为球型，需要与外罐(1)匹配。可以采用外部加强筋进行加固，增加强度。
4.根据权利要求1所述的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐其特征在于：所述内外罐高真空夹层(3)是对内罐与外罐之间形成的夹层区域进行抽真空处理，真空度需要达到10-3pa以下。真空抽取过程可以采用夹层空间独立加热或高温氮气循环等辅助方式进行。
5.根据权利要求1所述的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐其特征在于：所述多层缠绕层(4)由多层铝箔+绝热材料制成的复合型反射屏，多层缠绕层捆扎在内罐外表面用于绝热，也可以采用珠光砂填充、或者内外罐夹层面抛光、涂反射漆等方式进行绝热。
6.根据权利要求1所述的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐其特征在于：所述次屏蔽层(6)和主屏蔽层(8)的厚度均为0.5mm-3.0mm且采用不锈钢板、殷瓦钢板或铝合金板制成。所述次屏蔽膜(6)和主屏蔽膜(10)形状为连续拱形波纹凸起状的不锈钢结构，也可以是带折边的殷瓦钢或铝合金板结构。
7.根据权利要求1所述的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐其特征在于：所述次绝缘保冷层(5)和主绝缘保冷层(7)是由绝缘保冷箱拼装(10)组成。次绝缘保冷层(5)采用螺柱连接、或树脂胶水粘接在内罐(2)内表面上。主绝缘保冷层(7)采用螺柱连接、或树脂胶水粘接在次屏蔽层(6)内表面上。所述绝缘保冷箱(10)是由支撑板(11)、绝缘材料(12)、固定支撑(13)、固定锚板(14)或异形卡固件(15)的复合型绝缘箱，相邻两个绝缘保冷箱(10)间隙处的外围也填塞有柔性绝缘。绝缘预制模块(10)可以制作成矩型、弧型，90°直角/135°斜角边型，90°直角/135°斜角三面体型。
8.根据权利要求1所述的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐其特征在于：所述内罐(2)与外罐(1)之间通过绝缘支撑块(9)进行连接，绝缘支撑块(9)可以布置在储罐的四周。
9.根据权利要求1所述的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐其特征在于：所述次屏蔽层(6)和主屏蔽层(8)均由多个标准金属屏蔽模块(16)拼接组成，相邻两个金属屏蔽膜块之间采用连续搭接焊接的形式进行连接，单片金属屏蔽膜块通过与绝缘预制模块(10)中的固定锚板(14)或异形卡固件(15)进行焊接固定。所述固定锚板(14)是厚度均为0.5mm-3.0mm且采用不锈钢板、殷瓦钢板或铝合金板制成，可以是十字形钢板，可以是条形钢板，通过螺钉或胶水固定在保冷箱(10)的支撑板(11)上。所述异形卡固件(15)是厚度均为0.5mm-1.5mm的殷瓦钢板或铝合金板制成，可以是T型卡固件，或U型卡固件，连续或间断的卡固在保冷箱(10)的支撑板(11)中的开槽区域中。
10.根据权利要求1所述的一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐其特征在于：所述次屏蔽层(6)和内罐(2)形成的夹层空间，以及主屏蔽层(8)和次层屏蔽(6)形成的夹层空间中填充氦气保护，并安装有泄露气体探测系统和压力监测系统。
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