CN114962978A - 超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构及液氢储运气瓶 - Google Patents

超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构及液氢储运气瓶 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构及液氢储运气瓶，属于绝热节能领域，在液氢储运气瓶的气瓶内胆和气瓶外壳之间设置多屏绝热结构，多屏绝热结构包括环状反射冷却绝热结构、环状多层保温绝热结构；环状反射冷却绝热结构从外到内依次包括的镜面反射屏、蒸汽冷却屏和盘管；环状多层保温绝热结构从外到内依次包括的辐射层、混合层和保温层；环状反射冷却绝热结构和环状多层保温绝热结构配合以降低辐射换热；环状反射冷却绝热结构内通入低温载体，降低夹层热边界温度，减少漏热损耗；环状多层保温绝热结构各金属层打孔，置换抽空能够加速层间气体的释放，提高夹层真空度，减少残余气体导热的影响，液氢储运气瓶的保温性能得到提高。

Description

超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构及液氢储运气瓶
技术领域
本发明属于绝热节能技术领域，尤其涉及一种超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构及液氢储运气瓶。
背景技术
氢能源凭借其资源丰富、使用过程唯一产物为水、真正实现了燃料的“零排放”的特点，在新的替代能源中具有显著的优势。采用氢能作为解决日趋严重的能源问题已迫在眉睫，开展规模储氢技术的研究，解决相关的技术瓶颈问题，对于促进氢能源的应用将具有十分重要的意义。液氢作为理想的新型能源和含能体能源，唯一满足国际能源署（IEA）对储氢密度的要求。液氢已广泛应用于航天、军事、高科技领域，随着氢能源汽车、氢燃料电池和电网储能等应用领域的发展，液氢的使用日益趋近民用市场。
制约氢能源实用化、规模化的关键是储氢。氢能的利用离不开氢的储存和运输，目前亟待解决的关键问题是提高储氢密度、储氢安全性和降低储氢成本。液氢的密度是常温常压下氢气的800余倍，低温液态储氢凭借其储氢能量密度最高、储运成本低、储存压力低、更安全的优势，优于高压气体储氢、固体材料储氢，更适用于氢能源的大量储存。
液氢的储运一般采用车辆或船舶运输，把液氢装在专用低温绝热气瓶或者槽罐内，使液氢在长距离运输过程中保持液态，具有很强的竞争力，能够满足高效经济的要求，是长距离大规模储运氢的方向之一。更好、更安全地贮存和运输液氢，扩大液氢的运输范围。
液氢气瓶内胆与外壳间夹层抽高真空环境，并包裹多层绝热材料形成高真空多层绝热，热量传递方式有三种，热传导、热对流及热辐射。由于气瓶绝热结构的不同，每种方式漏入的热量也会有所不同，且三种热量传递方式也相互影响。接近绝对零度的超低温，使在深冷低温区适用的理论模型、材料、结构等成熟技术发生了重大变化，超低温区介质储运的低温容器与储运深冷温区介质的低温容器之间存在较大的、甚至在某些方面截然不同的区别。普通的高真空多层绝热，已不能满足超低温区液体储存了，研究一种更高效的高多屏绝热方式更有利于超低温区液体的存储。常规储运冷冻液化气体如液氮、LNG的罐箱中由辐射导致的漏热占总漏热的比例低于50%，但是，在液氢储运中由辐射引起的漏热占总漏热的比例达到了80%。这就需要更优异的高真空绝热性能。
目前也有一些专门用来存储液氢的气瓶，比如申请公布号为CN112361204A的中国专利申请一种低温车载液氢瓶的绝热保冷结构，包括：内胆和外壳体，在内胆外壁上缠绕有绝热夹层，绝热夹层与外壳体之间形成真空夹层；所述的绝热夹层由内而外依次由低密度绝热夹层、中密度绝热夹层和高密度绝热夹层构成，低密度绝热夹层为由厚度为3mm的玻璃纤维棉和叠加于玻璃纤维棉上的厚度为0.5mm的光洁铝箔组成的铝箔复合玻璃纤维布缠绕而成，中密度绝热夹层为由厚度为2mm的玻璃纤维棉和叠加于玻璃纤维棉上的厚度为0.5mm的光洁铝箔组成的铝箔复合玻璃纤维布缠绕而成，高密度绝热夹层为由厚度为1mm的玻璃纤维棉和叠加于玻璃纤维棉上的厚度为0.5mm的光洁铝箔组成的铝箔复合玻璃纤维布缠绕而成。上述液氢气瓶的结构与传统液氮气瓶的结构类似，对于温度更低的液氢而言，其保温绝热性能还需要进一步加强。
发明内容
本发明提供了一种超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构及液氢储运气瓶，通过减少夹层辐射换热、提高液氢储运气瓶的真空绝热性能等方式，以解决传统液氢气瓶保温绝热性能差，储运效率低，液氢储运过程中的过程损耗大等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
本发明涉及一种用于超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构，其包括位于外层的环状反射冷却绝热结构、位于内层的环状多层保温绝热结构；所述的环状反射冷却绝热结构包括从外到内依次设置的镜面反射屏、蒸汽冷却屏和盘管；所述的环状多层保温绝热结构包括从外到内依次设置的辐射层、混合层和保温层；所述的环状反射冷却绝热结构和环状多层保温绝热结构均处于真空层内。
优选地，所述的镜面反射屏和蒸汽冷却屏间隔设置，镜面反射屏和蒸汽冷却屏之间通过环氧玻璃钢支撑环支承。环氧玻璃钢支撑环对镜面反射屏和蒸汽冷却屏进行限位固定，并且起到隔热的作用。
优选地，所述的盘管焊接于蒸汽冷却屏的内表面，盘管的进气端设有进气阀门，盘管的出气端设有压力表、一级安全阀和二级安全阀。该结构便于低温气体充入，所述的压力表用于检测盘管内低温气体的气压，当盘管内低温气体的气压高于一级安全阀设定的阈值，一级安全阀起跳；所述二级安全阀为一级安全阀的备用安全阀，起跳压力略高于一级安全阀，当压力升高后，若一级安全阀出现故障，则二级安全阀起跳，避免发生安全事故。
优选地，所述的保温层的外侧、保温层和混合层之间、混合层和辐射层之间以及辐射层的内侧均设有玻璃纤维纸。
优选地，所述的保温层包括多层第一金属材料层，各层第一金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第一金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为4:1；所述的混合层包括多层第二金属材料层，各层第二金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第二金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为2:1；所述的辐射层包括多层第三金属材料层，各层第三金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第三金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为1:1；所述的第一金属材料层、第二金属材料层、第三金属材料层上均开设有小孔；所述第一金属材料层的层密度小于第二金属材料层的层密度，第二金属材料层的层密度小于第三金属材料层的层密度；所述的玻璃纤维纸呈瓦楞状。
第一金属材料层、第二金属材料层、第三金属材料层上均开设有小孔，且玻璃纤维纸呈瓦楞状，便于真空层抽真空的过程中，环状多层保温绝热结构气体的释放，缩短夹层抽真空时间，提高气瓶夹层真空性能，减少了其它气体分子的热传导。
各金属材料层之间设置有热导率很小的玻璃纤维纸作为间隔层，增大层间的热阻和减少固体导热，更利于内胆的温度的保持。
本发明还涉及一种液氢储运气瓶，包括气瓶外壳和固定在气瓶外壳内部的气瓶内胆，其特征在于：其还包括多层绝热结构，多层绝热结构包括位于外层的环状反射冷却绝热结构、位于内层的环状多层保温绝热结构；所述的环状反射冷却绝热结构设置在气瓶外壳的内表面，环状反射冷却绝热结构包括从外到内依次设置的镜面反射屏、蒸汽冷却屏和盘管；所述的环状多层保温绝热结构设置在气瓶内胆的外表面，环状多层保温绝热结构包括从外到内依次设置的辐射层、混合层和保温层；所述的环状反射冷却绝热结构和环状多层保温绝热结构之间存在间隙，间隙抽真空形成所述的真空层。
优选地，所述的气瓶外壳包括气瓶直线段、气瓶上封头和气瓶下封头，气瓶上封头和气瓶下封头分别固定在气瓶直线段的上下两端，进而形成密闭结构；所述的环状反射冷却绝热结构设置在气瓶直线段的内表面。
优选地，所述的气瓶上封头和气瓶下封头的内表面设有第一封头镜面反射屏，第一封头镜面反射屏的内表面设有第二封头镜面反射屏。第一封头镜面反射屏和第二封头镜面反射屏用于降低气瓶上封头、气瓶下封头位置的热辐射。
优选地，所述的盘管的两端均从气瓶上封头处延伸至气瓶外壳的外部，便于向盘管内充入低温气体，以降低气瓶夹层热边界温度，减少漏热损耗。
优选地，所述的环状反射冷却绝热结构通过若干多屏固定装置固定于气瓶外壳的内表面；所述的多屏固定装置包括带孔螺栓、环氧玻璃钢支撑环、开槽螺母和开口销；所述的带孔螺栓焊接于气瓶外壳的内表面，带孔螺栓的端部设有通孔；所述的镜面反射屏和蒸汽冷却屏均通过环氧玻璃钢支撑环固定在带孔螺栓上，每个带孔螺栓处配有三个环氧玻璃钢支撑环，三个环氧玻璃钢支撑环分别位于镜面反射屏与气瓶外壳之间、镜面反射屏和蒸汽冷却屏之间、蒸汽冷却屏的内侧；所述的开槽螺母旋拧在带孔螺栓上，并锁紧三个环氧玻璃钢支撑环，开槽螺母上设有与带孔螺栓的通孔对应的开槽；所述的开口销插入开槽螺母的开槽以及带孔螺栓的通孔中。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明涉及的低温液氢气瓶不仅在气瓶内胆的外表面设置了环状多层保温绝热结构，还在气瓶外壳的内表面设置了环状反射冷却绝热结构，热量经过环状反射冷却绝热结构时被反射和吸收，只有一小部分热量穿过，再经过环状多层保温绝热结构的多次反射和吸收，使环状多层保温绝热结构的保温区几乎没有温度梯度的存在，减低了辐射换热，提高了保温效果。
2.本发明涉及的低温液氢气瓶在气瓶外壳的内表面设置了多层绝热结构，环状反射冷却绝热结构从外到内依次设置的镜面反射屏、蒸汽冷却屏和盘管，镜面反射屏、蒸汽冷却屏都具有高反射率，可以降低辐射换热；蒸汽冷却屏和盘管的配合降低了气瓶夹层热边界温度，减少了漏热损耗，以此提高气瓶的保温性能。
3.本发明涉及的低温液氢气瓶的环状多层保温绝热结构包括从内到外依次设置的保温层、混合层和辐射层，保温层、混合层和辐射层分别由不同厚度的金属铝箔材料组成，铝箔得辐射性比其他材料要好，铝的不透视厚度约为1000Å，金属铝箔材料上开设有小孔，铝箔材料层之间通过瓦楞状的玻璃纤维纸隔开，瓦楞状的玻璃纤维纸与小孔组成气体通道，便于真空层抽空过程中各金属材料层间的气体释放，缩短抽真空时间，提高真空层的真空度，进而减少其它气体分子的热传导。
4.本发明涉及的低温液氢气瓶的环状多层保温绝热结构包括从内到外依次设置的保温层、混合层和辐射层，保温层、混合层和辐射层分别由不同的金属环状多层保温绝热结构组成，保温层、混合层和辐射层的层密度逐渐增加，以提高绝热保温性能，各金属材料层之间设置有热导率很小的玻璃纤维纸作为间隔层，增大层间的热阻和减少固体导热，更利于内胆的温度的保持。
附图说明
图1为本发明涉及的用于液化气体保温瓶的多层绝热结构的示意图；
图2为盘管焊接局部放大示意图；
图3为环状多层保温绝热结构的局部放大示意图；
图4为环状多层保温绝热结构中各金属材料层开孔示意图；
图5为本发明中一种低温液氢气瓶的剖面示意图；
图6为附图2所示的低温液氢气瓶的A-A剖面示意图；
图7为低温液氢气瓶的俯视图；
图8为蒸汽冷却屏展开示意图；
图9为环状反射冷却绝热结构与气瓶外壳的安装结构图。
图示说明：1-气瓶外壳；10-气瓶直线段；11-气瓶上封头；12-气瓶下封头；2-环状反射冷却绝热结构；21-镜面反射屏；22-蒸汽冷却屏；23-盘管；24-进气阀门；25-压力表；26-一级安全阀；27-二级安全阀；28-第一封头镜面反射屏；29-第二封头镜面反射屏；3-环状多层保温绝热结构；31-保温层；32-混合层；33-辐射层；34-玻璃纤维纸，35-小孔；4-多屏固定装置；41-带孔螺栓；42-环氧玻璃钢支撑环；45-开槽螺母；46-开口销； 5-气瓶内胆；6-真空层。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
参照附图1所示，本实施例涉及一种低温液氢气瓶的多层绝热结构，其包括位于外层的环状反射冷却绝热结构2、位于中间层的真空层6和位于内层的环状多层保温绝热结构3。
参照附图1和2所示，所述的环状反射冷却绝热结构2包括从外到内依次设置的镜面反射屏21、蒸汽冷却屏22和盘管23；镜面反射屏21采用8K镜面不锈钢薄板卷制成型，蒸汽冷却屏22采用8K镜面不锈钢薄板卷制成型，盘管23呈“之”字形焊接于蒸汽冷却屏22的内表面，盘管23采用紫铜盘管，盘管23内充入冷却气体或冷却液体，如液氮等。
参照附图1、3和4所示，所述的环状多层保温绝热结构包括从外到内依次设置的辐射层33、混合层32和保温层31；保温层31包括多层第一金属材料层，各层第一金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第一金属材料层采用厚度6.5μm的铝箔，第一金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为4:1，第一金属材料层层数控制在10层左右，层密度控制在6~8层/cm；所述的混合层32包括多层第二金属材料层，第二金属材料层采用采用厚度9μm的铝箔，各层第二金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第二金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为2:1，第二金属材料层层数控制在20层左右，层密度控制在15~18层/cm；所述的辐射层33包括多层第三金属材料层，第三金属材料层采用厚度20μm的铝箔，各层第三金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第三金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为1:1，第三金属材料层层数控制在20层左右，层密度控制在25~30层/cm；保温层的外侧、保温层和混合层之间、混合层和辐射层之间以及辐射层的内侧也均设有玻璃纤维纸34，玻璃纤维纸34采用瓦楞状布置，玻璃纤维纸34有助于增大层间的热阻和减少固体导热，更利于气瓶内胆的温度的保持。所述的第一金属材料层、第二金属材料层、第三金属材料层上均开设有小孔35，小孔35直径约1~2mm，小孔35位置尽可能的密集，间距20mm×20mm，小孔35面积≯材料总面积的3%，当夹层内加热置换时，瓦楞状布置的玻璃纤维纸34以及第一金属材料层、第二金属材料层、第三金属材料层上开设的小孔35为气体分子的运动提供了流通通道，加速了气体分子的运动，能够加速层间气体的释放，提高夹层内真空度，减少残余气体导热的影响。
所述的环状反射冷却绝热结构2和环状多层保温绝热结构3之间存在间隙，间隙抽真空形成所述的真空层6，真空层6的真空度优于10-3Pa。
实施例2
参照附图5和6所示，一种液氢储运气瓶包括气瓶外壳1和固定在气瓶外壳1内部的气瓶内胆5，其还包括设置于气瓶外壳1和气瓶内胆5之间的多层绝热结构，多层绝热结构包括包括位于外层的环状反射冷却绝热结构2、位于中间层的真空层6和位于内层的环状多层保温绝热结构3。气瓶外壳1包括气瓶直线段10、气瓶上封头11和气瓶下封头12，气瓶上封头11和气瓶下封头12分别固定在气瓶直线段10的上下两端，进而形成密闭结构；所述的环状反射冷却绝热结构2设置在气瓶直线段10的内表面，所述的环状多层保温绝热结构3设置在气瓶内胆5的外表面。
参照附图1、2、8和9所示，所述的环状反射冷却绝热结构2包括从外到内依次设置的镜面反射屏21、蒸汽冷却屏22和盘管23；镜面反射屏21采用8K镜面不锈钢薄板卷制成型，蒸汽冷却屏22采用8K镜面不锈钢薄板卷制成型。
参照附图9所示，环状反射冷却绝热结构2与气瓶外壳直线段10的具体连接结构为：环状反射冷却绝热结构2通过若干多屏固定装置4固定于气瓶外壳的内表面，所述的多屏固定装置4包括带孔螺栓41、环氧玻璃钢支撑环42、开槽螺母45和开口销46；所述的带孔螺栓41焊接于气瓶外壳1的内表面，带孔螺栓41的端部设有通孔；所述的镜面反射屏21和蒸汽冷却屏22均通过环氧玻璃钢支撑环42固定在带孔螺栓上，每个带孔螺栓41处配有三个环氧玻璃钢支撑环42，三个环氧玻璃钢支撑环42分别位于镜面反射屏21与气瓶外壳之间1、镜面反射屏21和蒸汽冷却屏22之间、蒸汽冷却屏21的内侧，使得镜面反射屏21和蒸汽冷却屏22间隔设置；所述开槽螺母45旋拧在带孔螺栓41上，并锁紧三个环氧玻璃钢支撑环42，开槽螺母45上设有与带孔螺栓41的通孔对应的开槽；所述的开口销46插入开槽螺母的开槽以及带孔螺栓的通孔中。镜面反射屏21和蒸汽冷却屏22之间通过环氧玻璃钢支撑环支承42，环氧玻璃钢支撑环42对镜面反射屏21和蒸汽冷却屏22进行限位固定，并起到隔热作用。
参照附图2、5、7和8所示，所述的盘管23呈“之”字形焊接于蒸汽冷却屏22的内表面，盘管23采用紫铜盘管，盘管23的两端均从气瓶上封头11处延伸至气瓶外壳的外部，便于向盘管内充入低温气体或低温液体，如液氮，以降低气瓶夹层热边界温度，减少漏热损耗。盘管23的进气端设有进气阀门24，盘管23的出气端设有压力表25、一级安全阀26和二级安全阀27，进气阀门24便于低温气体充入，压力表25用于检测盘管内介质的压强，当盘管介质的压强高于一级安全阀26设定的阈值，一级安全阀26起跳，二级安全阀27为一级安全阀26的备用安全阀，二级安全阀27起跳压力略高于一级安全阀26，当压力升高后，若一级安全阀26出现故障，二级安全阀27起跳，避免发生安全事故。
参照附图5所示，所述的气瓶下封头12的内表面设有第一封头镜面反射屏28，第一封头镜面反射屏28的内表面设有第二封头镜面反射屏29。第一封头镜面反射屏28和第二封头镜面反射屏29用于降低气瓶下封头位置的热辐射。
参照附图3和4所示，所述的环状多层保温绝热结构包括从外到内依次设置的辐射层33、混合层32和保温层31；所述的保温层31包括多层第一金属材料层，各层第一金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第一金属材料层采用厚度6.5μm的铝箔，第一金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为4:1，第一金属材料层层数控制在10层左右，层密度控制在6~8层/cm；所述的混合层32包括多层第二金属材料层，第二金属材料层采用采用厚度9μm的铝箔，各层第二金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第二金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为2:1，第二金属材料层层数控制在20层左右，层密度控制在15~18层/cm；所述的辐射层33包括多层第三金属材料层，第三金属材料层采用厚度20μm的铝箔，各层第三金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第三金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为1:1，第三金属材料层层数控制在20层左右，层密度控制在25~30层/cm；保温层的外侧、保温层和混合层之间、混合层和辐射层之间以及辐射层的内侧也均设有玻璃纤维纸34，玻璃纤维纸34采用瓦楞状布置，玻璃纤维纸34有助于增大层间的热阻和减少固体导热，更利于气瓶内胆的温度的保持。所述的第一金属材料层、第二金属材料层、第三金属材料层上均开设有小孔35，小孔35直径约1~2mm，小孔35位置尽可能的密集，间距20mm×20mm，小孔35面积≯材料总面积的3%，当夹层内加热置换时，瓦楞状布置的玻璃纤维纸34以及第一金属材料层、第二金属材料层、第三金属材料层上开设的小孔35为气体分子的运动提供了流通通道，加速了气体分子的运动，能够加速层间气体的释放，提高夹层内真空度，减少残余气体导热的影响。
所述的环状反射冷却绝热结构2和环状多层保温绝热结构3之间存在间隙，间隙抽真空形成所述的真空层6，真空层6的真空度优于10-3Pa。
参照附图5所示，上述低温液氢气瓶的加工步骤及工作原理为：
1）卷制焊接成型后的气瓶直线段10、气瓶上封头11、气瓶下封头12，按照镜面反射屏21和蒸汽冷却屏22设计要求反向焊接带孔螺栓41，要求焊接牢固，角度与焊接面垂直，气瓶直线段10共焊接十个带孔螺栓41；气瓶上封头11、气瓶下封头12各焊接四个带孔螺栓41。
2）环状反射冷却绝热结构2的安装：将第一封头镜面反射屏28和第二封头镜面反射屏29按照气瓶上封头11、气瓶下封头12标准椭圆封头尺寸进行压制，按带孔螺栓41的位置开安装孔位，待制作完成后，先将环氧玻璃钢支撑环42放置在带孔螺栓41上，缺口端朝内向，其次将第一封头镜面反射屏28铺一层孔位穿过带孔螺栓41，将环氧玻璃钢垫环43穿过每个带孔螺栓41，再将第二封头镜面反射屏29铺一层孔位穿过带孔螺栓41，环氧玻璃钢限位环伸进第二封头镜面反射屏29并压紧封第二封头镜面反射屏29，防止松动，此时，将开槽螺母拧在带孔螺栓41，并进行紧固，压紧为止，最后将开口销穿过带孔螺栓41端部孔位，弯制防止掉落。
将镜面反射屏21和蒸汽冷却屏22按照设计尺寸进行卷圆筒，并焊接对接缝，加工过程中注意保护表面，不要有划伤及磕碰以免影响反射效果，将盘管23进行预弯制，并贴合在蒸汽冷却屏22内表面，盘管23与蒸汽冷却屏22表面尽量贴合，盘管23与蒸汽冷却屏22表面贴合处采用锡焊焊接的方式进行焊接，参照图2焊接焊缝高度与盘管23表面齐平，以增加传热面积，增大传热效果，使蒸汽冷却屏22有足够低的温度。
3）气瓶外壳1中环状反射冷却绝热结构2的安装，焊接带孔螺栓41后，先将环氧玻璃钢支撑环42放置在带孔螺栓41上，缺口端朝内向，其次将镜面反射屏21套进带孔螺栓41，将环氧玻璃钢垫环42穿过每个带孔螺栓41，再将蒸汽冷却屏22按孔位穿过带孔螺栓41，环氧玻璃钢限位环伸进蒸汽冷却屏22孔位并压紧蒸汽冷却屏22，此时，将开槽螺母45拧在带孔螺栓41，并进行紧固，压紧为止，最后将开口销46穿过带孔螺栓41端部孔位，弯制防止掉落。
此时，气瓶外壳1的环状反射冷却绝热结构2的安装完成，带孔螺栓41长度计算需要准确，不能太长，太长将与多层绝热材料区3有接触，增大了传导漏热，因此，带孔螺栓41不能与多层绝热材料区3有接触。为了减少热传导及辐射换热，多屏固定装置4中环氧玻璃钢支撑环42采用环氧玻璃钢材质，增大热阻，减少夹层内与热边界温度的热量交换。
4）盘管23端部设置，蒸汽冷却屏22固定牢固后，盘管23两端接口与穿过气瓶上封头11的不锈钢管利用套管对接焊接，此处采用银焊，便于后期液氢气瓶需要维修的时候方便拆卸，盘管23进气口端连接的不锈钢管穿过气瓶上封头11后，焊接一只进气阀门24，进气阀门24采用低温截止阀，低温气体充入时打开阀门，充气完成后关闭阀门；盘管23出气口端连接的不锈钢管穿过气瓶上封头11后，焊接在一只四通接头的一端，四通接头的其余三端分别连接压力表25、一级安全阀26和二级安全阀27，对盘管23内气体进行安全控制，当压力大于盘管23设计压力时，一级安全阀26起跳，保证盘管23内压力安全；二级安全阀27为备用安全阀，起跳压力略高于一级安全阀，当压力升高后，若一级安全阀26出现故障，则二级安全阀27起跳，发生安全事故。
液氢气瓶每次充液前，可先给盘管23充入氮气冷却，冷却完成后，可充入液氮，降低夹层内热边界温度，在液氢储运周期3-5天内，降低夹层内热边界温度，减少了辐射换热，使得液氢储运更长时间。
5）参照附图3、5和6所示，气瓶内胆5裹上环状多层保温绝热结构3，通过环状多层保温绝热结构3的包裹可大幅度减缓液氢气瓶的辐射换热，提升绝热保温性能。环状多层保温绝热结构3根据其工作作用及辐射原理，分为三个区，即为保温层31、混合层32和辐射层33；气瓶内胆5为最低温端，需对其进行保温处理，减少热量损失，所以包裹气瓶内胆5的最底层绝热材料组合设置为保温层31；保温层31组成最底层为第一金属材料层作为最底层的反射层，第一金属材料层采用厚度6.5μm的铝箔；间隔层采用热导率很小的玻璃纤维纸，由于层间温差较大，保温层31设置了多层玻璃纤维纸，为了增大层间的热阻和减少固体导热，这样更利于气瓶内胆5的温度的保持。间隔层与第一金属材料层的厚度比为4:1，第一金属材料层的层数控制在10层左右，层密度控制在6~8层/cm；混合层32包裹在保温层31外侧，混合层32主要是对保温层31温度的再次保持以及从辐射层33穿透过来的热量进行再次反射，保温层31以多层第二金属材料层为反射层，第二金属材料层采用厚度9μm的铝箔，各第二金属层之间设置玻璃纤维纸作为间隔层，玻璃纤维纸与第二金属材料层的厚度比为2:1，第二金属材料层的层数控制在20层左右，层密度控制在15~18层/cm；辐射层33包裹在混合层32层外侧，辐射层33主要作用是对从环状反射冷却绝热结构2穿透过来的热量进行再次反射，辐射层33以多层第三金属材料层为反射层，第三金属材料层采用厚度20μm的铝箔，各第三金属层之前设置玻璃纤维纸作为间层，玻璃纤维纸与第三金属层的厚度比为1:1，第三金属材料层的层数控制在20层左右，层密度控制在25~30层/cm。
在实际高真空多层绝热结构的传热过程中，除了相邻两个反射屏间存在辐射换热之外，多层绝热结构所处真空环境的残余气体导热、反射屏与间隔物的接触导热与固体导热都是不容忽视的。随着夹层内真空度的提高和残余气体的减少，残余气体导热所占的比例可明显下降。选择合理的工艺来控制层密度和压紧力，可以有效减少反射屏与间隔物的接触导热。然而，无论怎么改变工艺和选择材料，辐射换热在高真空多层绝热结构的传热结构的传热过程中始终占主导地位，且不可能无限制的减少。因此，解决辐射换热是高真空多层绝热传热过程的重点。
本实施例在将保温层31、混合层32和辐射层33中的各金属层及间隔层贴紧包扎，为了加速层间气体的释放，防止层间压力过高而影响绝热效果，将作为间隔层的玻璃纤维纸进行瓦楞状特殊处理，瓦楞状提供了气体流通的通道；同时对各金属层进行打孔处理，当多层绝热材料的层数较多时，较高的层间压力使得残余气体换热在整个传热过程中占比上升，多层绝热性能下降，多层绝热材料的合理开孔可以建立良好的气流通道和层间压力平衡。打孔直径尽可能的小，开孔直径约1~2mm，开孔位置尽可能的密集，间距20mm×20mm，打孔面积≯材料总面积的3%。当夹层内加热置换时，加速了气体分子的运动，玻璃纤维纸瓦楞状和铝箔开孔为气体分子的运动提供了流通通道，能够加速层间气体的释放，提高夹层内真空度，减少残余气体导热的影响。
6）将气瓶内胆5与气瓶外壳1的气瓶上封头11进行固定，然后将气瓶内胆5至于气瓶直线段10内，将气瓶直线段10、气瓶上封头11和气瓶下封头12进行焊接和密封处理，即可得到低温液氢气瓶。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构，其特征在于：其包括位于外层的环状反射冷却绝热结构、位于内层的环状多层保温绝热结构；所述的环状反射冷却绝热结构包括从外到内依次设置的镜面反射屏、蒸汽冷却屏和盘管；所述的环状多层保温绝热结构包括从外到内依次设置的辐射层、混合层和保温层；所述的环状反射冷却绝热结构和环状多层保温绝热结构均处于真空层内。
2.根据权利要求1所述的超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构，其特征在于：所述的镜面反射屏和蒸汽冷却屏间隔设置，镜面反射屏和蒸汽冷却屏之间通过环氧玻璃钢支撑环支承。
3.根据权利要求1所述的超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构，其特征在于：所述的盘管焊接于蒸汽冷却屏的内表面，盘管的进气端设有进气阀门，盘管的出气端设有压力表、一级安全阀和二级安全阀。
4.根据权利要求1所述的超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构，其特征在于：所述的保温层的外侧、保温层和混合层之间、混合层和辐射层之间以及辐射层的内侧均设有玻璃纤维纸。
5.根据权利要求4所述的超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构，其特征在于：所述的保温层包括多层第一金属材料层，各层第一金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第一金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为4:1；所述的混合层包括多层第二金属材料层，各层第二金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第二金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为2:1；所述的辐射层包括多层第三金属材料层，各层第三金属材料层之间通过玻璃纤维纸隔开，第三金属材料层与玻璃纤维纸的厚度比为1:1；所述的第一金属材料层、第二金属材料层、第三金属材料层上均开设有小孔；所述第一金属材料层的层密度小于第二金属材料层的层密度，第二金属材料层的层密度小于第三金属材料层的层密度；所述的玻璃纤维纸呈瓦楞状。
6.一种基于权利要求1~5任意一项所述的超低温液氢储运气瓶的多屏绝热结构的液氢储运气瓶，包括气瓶外壳和固定在气瓶外壳内部的气瓶内胆，其特征在于：其还包括多层绝热结构，多层绝热结构包括位于外层的环状反射冷却绝热结构、位于内层的环状多层保温绝热结构；所述的环状反射冷却绝热结构设置在气瓶外壳的内表面，环状反射冷却绝热结构包括从外到内依次设置的镜面反射屏、蒸汽冷却屏和盘管；所述的环状多层保温绝热结构设置在气瓶内胆的外表面，环状多层保温绝热结构包括从外到内依次设置的辐射层、混合层和保温层；所述的环状反射冷却绝热结构和环状多层保温绝热结构均处于真空层内。
7.根据权利要求6所述的液氢储运气瓶，其特征在于：所述的气瓶外壳包括气瓶直线段、气瓶上封头和气瓶下封头，气瓶上封头和气瓶下封头分别固定在气瓶直线段的上下两端，进而形成密闭结构；所述的环状反射冷却绝热结构设置在气瓶直线段的内表面。
8.根据权利要求7所述的液氢储运气瓶，其特征在于：所述的气瓶上封头和气瓶下封头的内表面设有第一封头镜面反射屏，第一封头镜面反射屏的内表面设有第二封头镜面反射屏。
9.根据权利要求7所述的液氢储运气瓶，其特征在于：所述的盘管的两端均从气瓶上封头处延伸至气瓶外壳的外部。
10.根据权利要求6所述的液氢储运气瓶，其特征在于：所述的环状反射冷却绝热结构通过若干多屏固定装置固定于气瓶外壳的内表面；所述的多屏固定装置包括带孔螺栓、环氧玻璃钢支撑环、开槽螺母和开口销；所述的带孔螺栓焊接于气瓶外壳的内表面，带孔螺栓的端部设有通孔；所述的镜面反射屏和蒸汽冷却屏均通过环氧玻璃钢支撑环固定在带孔螺栓上，每个带孔螺栓处配有三个环氧玻璃钢支撑环，三个环氧玻璃钢支撑环分别位于镜面反射屏与气瓶外壳之间、镜面反射屏和蒸汽冷却屏之间、蒸汽冷却屏的内侧；所述的开槽螺母旋拧在带孔螺栓上，并锁紧三个环氧玻璃钢支撑环，开槽螺母上设有与带孔螺栓的通孔对应的开槽；所述的开口销插入开槽螺母的开槽以及带孔螺栓的通孔中。
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