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Abstract

本发明涉及一种圆筒形干式氢气柜，属于氢气储存技术领域，包括筒体，筒体内设有活塞，活塞通过设置在其周向的活塞导轮沿筒体侧板上下运动；活塞通过设置在其周向的活塞密封装置实现与筒体侧板的可动密封，活塞密封装置通过杠杆配重机构加力将密封橡胶压紧筒体侧板，并向位于由活塞、活塞密封装置和活塞侧板围成的活塞油沟内灌注一定高度的稀油以实现无水密封。本发明的储气压力由活塞和活塞密封装置的自重自动产生，实现了氢气的低压储存，且不会给氢气增湿，储气压力可达20kPa，同时具有安全性高、耗能低的特点。

Description

一种圆筒形干式氢气柜
技术领域
本发明属于氢气储存技术领域，涉及一种圆筒形干式氢气柜。
背景技术
在全球降低碳排放的大背景下，新型的替代能源呼之欲出。氢能是一种高效、清洁的能源，又是一种优质的还原剂，随着氢气的发展以及应用领域的扩大，氢气在传统工业领域的大规模应用成为研究的前沿。
以传统的钢铁联合企业为例：传统高炉炼铁采用焦炭提供热量和还原剂，碳排放很高，如果能够在高炉炼铁工序部分或全部采用氢气为还原剂，碳排放将大幅降低；钢铁联合企业还有各种炉窑等用约10kpa压力级别的氢气作为燃料。此外，钢铁联合企业炼钢还需要大量的氧气。在风能和太阳能大规模利用的背景下，如果将偏远地区这些间断、不稳定的新能源采用电解水等方式制成氢气和氧气分别储存起来，供给需要大量使用氢气和氧气的钢铁联合企业使用，或许是传统钢铁制造工艺大幅降低碳排放的有效手段。其中，氢气采用低压储存方式，就近满足炼铁和各种炉窑等钢铁联合企业各用户连续生产的氢气需求。譬如，在使用约10kpa压力级别的氢气做燃料、使用约0.6MPa氢气的竖炉炼铁或对约0.3MPa的传统高炉降低碳排放改造等应用场景下，氢气稍微加压就可使用，这相对于氢气高压储存和输送节省了不少电能。
氢气的低温液态储存和高压储存已有不少研究，但氢气的低压储存目前还局限在湿式柜储存。然而湿式柜存在以下缺陷：湿式柜储存的储气压力约3kpa；由于湿式柜采用水密封，会给氢气增湿；湿式柜大型化基础荷载很大；在北方寒冷地区，其防冻方面存在耗能突出的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种圆筒形干式氢气柜，以实现氢气的低压储存。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种圆筒形干式氢气柜，包括筒体，筒体内设有活塞，活塞通过设置在其周向的活塞导轮沿筒体侧板上下运动；活塞通过设置在其周向的活塞密封装置实现与筒体侧板的可动密封，活塞密封装置通过杠杆配重机构加力将密封橡胶压紧筒体侧板，并向位于由活塞、活塞密封装置和活塞侧板围成的活塞油沟内灌注一定高度的稀油以实现无水密封。
可选地，所述活塞包括穹型拱顶和绕穹型拱顶设置的活塞箱型梁；活塞密封装置包括绕活塞箱型梁设置的活塞油沟底板，活塞油沟底板与活塞活塞箱型梁的底板平齐。
可选地，所述活塞油沟内设有活塞油沟放净装置，活塞油沟放净装置包括对应于开设在活塞油沟底板上的卸油口设置的升降装置，升降装置包括能够堵住卸油口的阀板，阀板连接有阀杆，阀杆的另一端与固定在活塞上的杠杆机构连接，活塞油沟底板上还设有用于阀板导向的导向筒。
可选地，所述阀板为平面阀板，阀板通过设置在其下方的耐油橡胶垫实现卸油口的密封。
可选地，氢气柜底部油沟内的油水经位于地面上的油水分离器分离后，由循环油泵站打到侧板上部以实现沿侧板内壁自然溢流至活塞油沟。
可选地，所述柜体的储气压力为2～20kPa。
可选地，所述密封橡胶采用导静电材料。
可选地，还包括从稍低于活塞落底位置的下方水平接出的放空管，放空管的管口设有阻火器和/或防风雨帽。
可选地，还包括用于监控放空管出口处设备工作状态的工业电视监视器。
可选地，还包括从稍低于活塞落底位置的活塞密封装置下方的筒体侧板上水平接出的置换放散管和/或取样管。
可选地，所述活塞上设有取样管。
可选地，根据气候条件，在氢气柜底部油沟和/或活塞油沟内设置加热装置。
本发明的有益效果在于：储气压力由活塞和活塞密封装置的自重自动产生，实现了氢气的低压储存，且不会给氢气增湿，储气压力可达20kPa，同时具有安全性高、耗能低的特点。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明氢气柜立面示意图；
图2为本发明氢气柜活塞油沟放净装置立面示意图。
附图标记：氢气柜基础1、底板2、筒体侧板3、底部油沟挡板4、底部油沟水5-1、稀油5-2、底部油沟加热装置5-3、置换放散管6、活塞支架7、活塞油沟底板加劲8-1、活塞油沟底板8-2、活塞密封装置兜底帆布8-3、活塞油沟加热装置8-4、活塞密封橡胶及其夹持加力机构8-5、活塞油沟密封油8-6、活塞油沟放净装置8-7、杠杆机构8-71、阀杆8-72、限位件8-73、导向筒8-74、阀板8-75、耐油密封圈8-76、活塞箱形梁及其内的混凝土9-1、活塞导轮支架9-2、活塞配重9-3、活塞导轮及防回转装置9-4、穹顶活塞板9-5、取样管9-6、柜体回廊10、侧板T型钢11、立柱12、柜顶屋盖13、柜顶通风气楼14、放空管15、遥控阀门15-1、立管15-2、放空口平台15-3、阻火器15-4、防风雨帽15-5、工业电视监视器15-6。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。
请参阅图1～图2，一种圆筒形干式氢气柜，储气压力由活塞质量自动产生，包括筒体，筒体内设有活塞，活塞通过设置在其周向的活塞导轮沿筒体侧板上下运动；活塞通过设置在其周向的活塞密封装置实现与筒体侧板的可动密封，活塞密封装置通过杠杆配重机构加力将密封橡胶压紧筒体侧板，并向位于由活塞、活塞密封装置和活塞侧板围成的活塞油沟内灌注一定高度的稀油以实现无水常压密封。
活塞采用活塞箱型梁+穹型拱顶的形式密封氢气，活塞密封装置通过杠杆配重机构加力将密封橡胶压紧侧板并灌注超过所储氢气压力的稀油高度，以实现无水密封并保证密封安全。活塞油沟内稀油的灌注：氢气柜底部油沟的油水进入地面上的油水分离器，油水分离后，稀油5-2通过循环油泵站打到侧板上部从侧板内壁自然溢流至活塞油沟。活塞与筒体间设置导轮和防回转装置以实现通过活塞相对于筒体的垂直上下运动自动吞吐氢气；密封橡胶上表面以上的油位高度产生的静压力超过活塞下氢气压力即可实现氢气可靠密封，因此储气压力比湿式柜大有提高，可达20kPa，使得周边几公里范围内使用氢气为燃料的用户可以取得连续稳定的氢气供给。
活塞油沟内设有活塞油沟放净装置8-7，活塞油沟放净装置8-7包括对应于开设在活塞油沟底板8-2上的卸油口设置的升降装置，升降装置包括能够堵住卸油口的阀板8-75，阀板8-75连接有阀杆8-72，阀杆8-72的另一端与固定在活塞上的杠杆机构8-71连接，油沟底板2上还设有用于阀板8-75导向的导向筒8-74，导向筒8-74的顶部设有防止阀板8-75脱出的限位件8-73。
本发明由于不采用水为密封介质，不会给氢气增湿，相对于以水为密封介质的湿式柜，这种氢气柜为干式柜。
为防止静电集聚，活塞密封橡胶带胶料采用导静电耐油橡胶。
为氢气柜配置放空管15，并在放空管15管口设阻火器15-4，以便氢气柜事故时快速放空柜内氢气，避免事故扩大化；为防止异物进入，设防风雨帽15-5；为监控放空管15出口设备工作状态，为其配置带图像识别功能的工业电视监视器并报警到有人值守处。
为实现氢气吹扫置换方便，活塞密封装置的活塞油沟底板8-22与活塞活塞箱型梁底板2基本平齐。
还包括从稍低于活塞落底位置的活塞密封装置下方的筒体侧板上水平接出的置换放散管6和取样管，需要说明的是，氢气柜置换如采用活塞反复升降从放空管15放散混合气体的置换方法，则置换放散管6可用该取样管代替。
为排除活塞油沟给水或卸油方便并保持氢气置换方便，活塞油沟排液装置采用平板+耐油橡胶垫的密封型式。
气柜置换放散管6和放空管15从稍低于活塞落底位置的活塞密封装置的高度接出，便于置换吹扫。
在穹型拱顶的活塞板上设置取样管，抽样检查气柜活塞下空间气体置换效果。
本发明为一种低压储存氢气的干式氢气柜，能够满足氢气大规模工业化应用的需要，为氢气大规模工业化应用提供氢气低压储存的解决方案。
本发明中取样管阀门采用螺纹密封的管螺纹连接，取样管管口采用带螺纹密封的管螺纹管塞。
实施例
一种圆筒形干式氢气柜，结构如图1～图2所示，其中，S为活塞行程，a为空气区，H为氢气区，D为氢气柜直径。氢气柜包括由筒体侧板3、侧板T型钢11、立柱12组成的圆筒形的筒体、位于筒体底部的氢气柜基础1、设置在氢气柜基础1上的底板2、设置在底板2上的底部油沟挡板4和活塞支架7、设置在筒体上的柜体回廊10、位于筒体顶部的柜顶屋盖13和柜顶通风气楼14和沿筒体运动的活塞，以及绕活塞周向布置能够实现活塞和筒体侧板3可动密封的活塞密封装置。
由底部油沟挡板4、底板2、筒体围成的底部油沟，其内下层为底部油沟水5-1，上层为稀油5-2。底部油沟内还设有底部油沟加热装置5-3。
氢气的储气压力由活塞密封装置和活塞的重量自动产生，当氢气生产和消耗不平衡时氢气柜活塞自动在由筒体侧板3、侧板T型钢11、立柱12组成的圆筒形筒体内上下垂直运动吞吐氢气。圆筒形水平截面的筒体和拱顶的活塞板有利于氢气柜承受较高储气压力和大型化。
活塞，主要由活塞箱形梁及其内的混凝土9-1、活塞导轮支架9-2、活塞配重9-3、活塞导轮及防回转装置9-4、穹顶活塞板9-5组成。
活塞密封装置，主要由活塞油沟底板加劲8-1、活塞油沟底板8-2、活塞密封装置兜底帆布8-3、活塞油沟加热装置8-4、活塞密封橡胶及其夹持加力机构8-5、活塞油沟密封油8-6、活塞油沟放净装置8-7组成。活塞油沟底板8-2与活塞活塞箱型梁的底板基本平齐。
活塞密封装置采用橡胶带压紧侧板和稀油液柱高度组合的密封结构，密封安全可靠，活塞下氢气压力可达2～20kpa；采用导静电的密封橡胶材料，提高储存氢气的安全性；采用活塞油沟底板8-2基本与活塞箱形梁底板平齐的结构，方便氢气柜置换。活塞密封装置采用稀油密封，不会给氢气增湿。
氢气危险性高，故氢气柜设放空管15，放空管15从稍低于活塞落底位密封装置的高度上的气柜筒体上接出，在氢气柜事故情况下，遥控或手动打开遥控阀门15-1，通过立管15-2将氢气引至高于柜顶上方放空，避免事故扩大化。为防止雷击着火，管口设阻火器15-4和防风雨帽15-5，相应配备放空口平台15-3检修维护；为监控放空管15出口处设备工作状态，为其配置带图像识别功能的工业电视监视器15-6并报警到有人值守处。
氢气密度小，为便于置换和取样化验置换结果，在活塞板下方有死区的活塞板上配置取样管9-6；在稍低于活塞落底位置的密封装置下方的高度安装置换放散管6。
氢气柜底部油沟加热装置5-3和活塞油沟加热装置8-4，只是在北方结冰地区使用。
本发明的活塞油沟放净装置8-7在活塞油沟底板8-2上采用阀板8-75加耐油密封圈8-76的压紧结构，尽量减小活塞油沟底板8-2下部的死角区，便于活塞下部置换工作。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种圆筒形干式氢气柜，其特征在于：包括筒体，筒体内设有活塞，活塞通过设置在其周向的活塞导轮沿筒体侧板上下运动；活塞通过设置在其周向的活塞密封装置实现与筒体侧板的可动密封，活塞密封装置通过杠杆配重机构加力将密封橡胶压紧筒体侧板，并向位于由活塞、活塞密封装置和活塞侧板围成的活塞油沟内灌注一定高度的稀油以实现无水密封。
2.根据权利要求1所述的一种圆筒形干式氢气柜，其特征在于：所述活塞包括穹型拱顶和绕穹型拱顶设置的活塞箱型梁；活塞密封装置包括绕活塞箱型梁设置的活塞油沟底板，活塞油沟底板与活塞活塞箱型梁的底板平齐。
3.根据权利要求1所述的一种圆筒形干式氢气柜，其特征在于：所述活塞油沟内设有活塞油沟放净装置，活塞油沟放净装置包括对应于开设在活塞油沟底板上的卸油口设置的升降装置，升降装置包括能够堵住卸油口的阀板，阀板连接有阀杆，阀杆的另一端与固定在活塞上的杠杆机构连接，活塞油沟底板上还设有用于阀板导向的导向筒。
4.根据权利要求3所述的一种圆筒形干式氢气柜，其特征在于：所述阀板为平面阀板，阀板通过设置在其下方的耐油橡胶垫实现卸油口的密封。
5.根据权利要求1所述的一种圆筒形干式氢气柜，其特征在于：所述活塞密封装置的密封橡胶采用导静电材料。
6.根据权利要求1所述的一种圆筒形干式氢气柜，其特征在于：还包括从稍低于活塞落底位置的下方水平接出的放空管，放空管的管口设有阻火器和/或防风雨帽。
7.根据权利要求6所述的一种圆筒形干式氢气柜，其特征在于：还包括用于监控放空管出口处设备工作状态的工业电视监视器。
8.根据权利要求1所述的一种圆筒形干式氢.柜，其特征在于：还包括从稍低于活塞落底位置的活塞密封装置下方的筒体侧板上接出的置换放散管和/或取样管。
9.根据权利要求1所述的一种圆筒形干式氢气柜，其特征在于：所述活塞上设有取样管。
10.根据权利要求1所述的一种圆筒形干式氢气柜，其特征在于：所述氢气柜的储气压力为2～20kPa。
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