CN217503324U - 一种具有快速装卸能力的液氢罐箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，主要内容为：所述的罐体安装在罐箱框架内，罐体内部分为下部的液相区域和上部的气相区域，罐体中的液相区域通过潜液泵进液管与潜液泵连接，潜液泵进液管外包裹有第一真空绝热夹层，罐体中的气相区域通过潜液泵回气管与潜液泵连接，潜液泵回气管外包裹有第二真空绝热夹层，潜液泵安装在罐箱框架内，潜液泵内中心处设有泵池且泵池外安装有第三真空绝热夹层。本实用新型通过卧式潜液低温泵实现液氢罐箱的快速装卸功能，既可以降低罐箱罐体的设计压力，又避免了不带泵低温罐箱储运液氢的缺点，同时消除了现有带泵罐箱低温泵工作时的冷泵时间，大大提高了罐箱使用时的快速装卸能力。

Description

一种具有快速装卸能力的液氢罐箱

技术领域

本实用新型属于液氢贮箱技术领域，具体涉及一种具有快速装卸能力的液氢罐箱。

背景技术

这几年，国内低温罐箱得到飞速发展，但目前低温罐箱所储运的介质多为液化天然气、液氧、液氮、液氩等常规介质，随着我国氢能源的进一步发展，液氢罐箱必然会越来越多的在民用工程中得以应用。现有的低温罐箱技术方案，一般分为带泵和不带泵两种方案。

现有的低温不带泵罐箱，为了保证其充卸液能力，需要保证较高的设计压力，在卸液和使用过程中，通过自增压功能，将罐箱本体的压力提高，从而得到一个较高的压差，通过维持这个压差将罐体内的低温液体排出卸液或使用。首先，这种技术方案为了提高设计压力，必然的增加了罐体内容器的壁厚以及支撑结构的强度，使得罐箱的整备质量增加，降低了装载能力；其次，不带泵罐箱的自增压过程，是通过罐体内本身的液柱静压力促使罐体底部的液体流出，流出的低温液体通过自增压管路吸热汽化后回流入罐体内，依靠低温液体较大的气液比，回流入罐体内的气体在罐体内气相空间被压缩从而升高罐体压力，当罐箱初始液位较低，液柱静压差较小时，液体很难从罐体流出进行汽化增压，且增压后的压力不是液体的饱和压力，这种压力不稳定，很容易降低，从而使得罐箱的出液、卸液效率偏低；再次，当使用自增压功能对罐箱增压后，会缩短罐箱安全阀的起跳时间，当这种罐箱技术方案延用到液氢罐箱时，会增加液氢罐箱排放的机率，由于氢气的爆炸极限是4.0％～75.6％，属于易燃易爆介质，液氢罐箱的安全阀排放机率偏高，为了避免安全阀随机排放，采用差压输送法，卸液完成后，需要对罐箱内高压氢气进行放空操作，氢气的排放增加了安全隐患以及液氢介质的损耗。

现有的低温液体带泵罐箱，通常都是采用成本较低的非潜液低温泵，由于带泵罐箱可以通过泵来泵取液体介质，不需要罐体承受过高的压力，通常带泵罐箱的设计压力较低，整备质量较轻，避免了不带泵罐箱的缺陷。当这种非潜液低温泵罐箱技术延用到易燃易爆的液氢罐箱方案时，考虑到液氢介质的特殊性，泵体电机需要选择体积更大的防爆电机。罐箱的外管路布局原本就相对复杂，且要求所有管路不得超出罐箱框架范围。带防爆电机的非潜液低温泵体积过大，对管路系统的布局设计造成了困难，管路布局走向需要在限定的空间里避开体积较大的低温泵，必然造成管路走向曲折，流体阻力增加，影响系统使用体验。且非潜液低温泵是连接在罐箱外部管路的液相管路部分，没有保温设计，当使用时，需要较长的预冷时间，由于液氢的温度为-252℃左右，要远低于液氮、LNG等介质，其与环境温度的温差更大，所需要的预冷时间就更长，容易造成更多的氢气损耗以及延长装卸液时间。并且，这种非潜液低温泵需要较大的可利用的吸入静压头，这就对罐箱内液体介质的温度稳定性有较高的要求。而液氢介质温度远低于常规低温介质温度，相对于其他低温液体介质，液氢在罐体内更容易吸热提高饱和温度，难于稳定维持温度，这也使得带泵罐箱系统难于实现自动化控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，其通过卧式潜液低温泵实现液氢罐箱的快速装卸功能，既可以降低罐箱罐体的设计压力，又避免了不带泵低温罐箱储运液氢的缺点，同时消除了现有带泵罐箱低温泵工作时的冷泵时间，大大提高了罐箱使用时的快速装卸能力。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，其中：包括罐体、罐箱框架、潜液泵进液管、潜液泵、潜液泵回气管、潜液泵出液管、第一真空绝热夹层、第二真空绝热夹层、第三真空绝热夹层和泵池，所述的罐体固定安装在罐箱框架内，所述的罐体内部分为下部的液相区域和上部的气相区域，所述的罐体中的液相区域通过潜液泵进液管与潜液泵连接，所述的潜液泵进液管外包裹有第一真空绝热夹层，所述的罐体中的气相区域通过潜液泵回气管与潜液泵连接，所述的潜液泵回气管外包裹有第二真空绝热夹层，所述的潜液泵固定安装在罐箱框架内，所述的潜液泵内中心处设有泵池且泵池外安装有第三真空绝热夹层。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的潜液泵进液管和潜液泵回气管都为真空管道。

上述的第一真空绝热夹层、第二真空绝热夹层和第三真空绝热夹层都是采用铝箔纤维绝热材料制作而成。

上所述的潜液泵上安装有出液管且出液管上安装有阀门。

上述的潜液泵上上安装的出液管采用不锈钢管制作而成。

上述的潜液泵采用卧式潜液泵。

本实用新型在罐体引出的液相管路段接入一台潜液泵，潜液泵采用卧式结构布置在罐箱框架的最底部，液氢通过卧式潜液泵实现液氢罐体的快速装卸功能，即可以降低罐体的设计压力，避免了不带泵低温罐体储运液氢的缺点，同时由于潜液泵的结构功能特点，消除了现有带泵罐体低温泵工作时的冷泵时间，大大提高了罐体使用时的快速装卸能力，由于潜液泵将泵浸入在泵池中，使用过程中对介质温度变化要求不高，通过传感器、变送器等元件更容易实现系统控制的自动化功能。

本实用新型在液氢罐体液相空间引出一根液相管路(潜液泵进液管)接入潜液泵，将罐体内液氢介质通过潜液泵进液管引入潜液泵中，潜液泵与液氢罐体的气相空间连接一根潜液泵回气管保证潜液泵泵池内压力与液氢罐体内压力一致，便于罐体内液氢介质通过液位差流入潜液泵内，潜液泵进液管与潜液泵回气管为真空管道，潜液泵进液管外设计有第一真空绝热夹层，潜液泵回气管外设计有第二真空绝热夹层，防止外界热量通过管路对液氢低温介质进行导热；潜液泵与液氢罐体集成在罐箱框架内，潜液泵的泵池外同样设计有第三真空绝热夹层，保证泵池内液氢介质的低温绝热状态；潜液泵定位安装在罐箱框架内部空间的最低处，以增加潜液泵与液氢罐体之间的液柱静压差，方便液氢介质从液氢罐体流入潜液泵；潜液泵应尽可能靠近液氢罐体，减少潜液泵与液氢罐体之间管路的漏热量；在液氢罐体的装卸液使用过程中，液氢通过潜液泵泵出，经潜液泵出液管流经后端管线，实现液氢罐体快速装卸液的功能；采用卧式潜液泵泵取液氢介质，与不带泵低温液体罐体相比，其设计压力更低，整备质量更轻，卸放速度更快，液氢损耗更少，安全性能更高；与带防爆电机的非潜液泵低温液体罐体相比，其保持冷态并准备运行状态，无泵体运行预冷时间，卸放速度更快，泵体使用寿命更长，对液体温度不敏感，运行更稳定，更容易实现自动控制功能。

本实用新型的优点在于以下几点：通过卧式潜液低温泵实现液氢罐箱的快速装卸功能，既可以降低罐箱罐体的设计压力，又避免了不带泵低温罐箱储运液氢的缺点，同时消除了现有带泵罐箱低温泵工作时的冷泵时间，大大提高了罐箱使用时的装卸能力。

附图说明

图1是本实用新型的结构主视图；

图2是本实用新型的结构左视图；

图3是本实用新型的A处局部放大图；

图4是本实用新型的B处局部放大图。

其中的附图标记为：罐体1、罐箱框架2、潜液泵进液管3、潜液泵4、潜液泵回气管5、潜液泵出液管6、第一真空绝热夹层7、第二真空绝热夹层8、第三真空绝热夹层9、泵池10、液相区域11、气相区域12。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，其中：包括罐体1、罐箱框架2、潜液泵进液管3、潜液泵4、潜液泵回气管5、潜液泵出液管6、第一真空绝热夹层7、第二真空绝热夹层8、第三真空绝热夹层9和泵池10，所述的罐体1固定安装在罐箱框架2内，所述的罐体1内部分为下部的液相区域11和上部的气相区域12，所述的罐体1中的液相区域11通过潜液泵进液管3与潜液泵4连接，所述的潜液泵进液管3外包裹有第一真空绝热夹层7，所述的罐体1中的气相区域12通过潜液泵回气管5与潜液泵4连接，所述的潜液泵回气管5外包裹有第二真空绝热夹层8，所述的潜液泵4固定安装在罐箱框架2内，所述的潜液泵4内中心处设有泵池10且泵池10外安装有第三真空绝热夹层9。

实施例中，潜液泵进液管3和潜液泵回气管5都为真空管道。

实施例中，第一真空绝热夹层7、第二真空绝热夹层8和第三真空绝热夹层9都是采用铝箔纤维绝热材料制作而成。

实施例中，潜液泵4上安装有出液管且出液管上安装有阀门。

实施例中，潜液泵4上上安装的出液管采用不锈钢管制作而成。

实施例中，潜液泵4采用卧式潜液泵。

本实用新型在罐体1引出的液相管路段接入一台潜液泵4，潜液泵4采用卧式结构布置在罐箱框架2的最底部，液氢通过卧式潜液泵4实现液氢罐体1的快速装卸功能，即可以降低罐体1的设计压力，避免了不带泵低温罐体1储运液氢的缺点，同时由于潜液泵4的结构功能特点，消除了现有带泵罐箱低温泵工作时的冷泵时间，大大提高了罐体1使用时的装卸能力，由于潜液泵4将泵浸入在泵池10中，使用过程中对介质温度变化要求不高，通过传感器、变送器等元件更容易实现系统控制的自动化功能。

本实用新型在液氢罐体1液相空间11引出一根液相管路(潜液泵进液管3)接入潜液泵4，将罐体1内液氢介质通过潜液泵进液管3引入潜液泵4中，潜液泵4与液氢罐体1的气相空间12连接一根潜液泵回气管5保证潜液泵4泵池10内压力与液氢罐体1内压力一致，便于罐体1内液氢介质通过液位差流入潜液泵4内，潜液泵进液管3与潜液泵回气管5为真空管道，潜液泵进液管3外设计有第一真空绝热夹层7，潜液泵回气管5外设计有第二真空绝热夹层8，防止外界热量通过管路对液氢低温介质进行导热；潜液泵4与液氢罐体1集成在罐箱框架2内，潜液泵4的泵池10外同样设计有第三真空绝热夹层9，保证泵池10内液氢介质的低温绝热状态；潜液泵4定位安装在罐箱框架2内部空间的最低处，以增加潜液泵4与液氢罐体1之间的液柱静压差，方便液氢介质从液氢罐体1流入潜液泵4；潜液泵4应尽可能靠近液氢罐体1，减少潜液泵4与液氢罐体1之间管路的漏热量；在液氢罐体1的装卸液使用过程中，液氢通过潜液泵4泵出，经潜液泵出液管3流经后端管线，实现液氢罐体1快速装卸液的功能；采用卧式潜液泵4泵取液氢介质，与不带泵低温液体罐体1相比，其设计压力更低，整备质量更轻，卸放速度更快，液氢损耗更少，安全性能更高；与带防爆电机的非潜液泵低温液体罐体1相比，其保持冷态并准备运行状态，无泵体运行预冷时间，卸放速度更快，泵体使用寿命更长，对液体温度不敏感，运行更稳定，更容易实现自动控制功能。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，其特征在于：包括罐体(1)、罐箱框架(2)、潜液泵进液管(3)、潜液泵(4)、潜液泵回气管(5)、潜液泵出液管(6)、第一真空绝热夹层(7)、第二真空绝热夹层(8)、第三真空绝热夹层(9)和泵池(10)，所述的罐体(1)固定安装在罐箱框架(2)内，所述的罐体(1)内部分为下部的液相区域(11)和上部的气相区域(12)，所述的罐体(1)中的液相区域(11)通过潜液泵进液管(3)与潜液泵(4)连接，所述的潜液泵进液管(3)外包裹有第一真空绝热夹层(7)，所述的罐体(1)中的气相区域(12)通过潜液泵回气管(5)与潜液泵(4)连接，所述的潜液泵回气管(5)外包裹有第二真空绝热夹层(8)，所述的潜液泵(4)固定安装在罐箱框架(2)内，所述的潜液泵(4)内中心处设有泵池(10)且泵池(10)外安装有第三真空绝热夹层(9)。

2.根据权利要求1所述的一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，其特征在于：所述的潜液泵进液管(3)和潜液泵回气管(5)都为真空管道。

3.根据权利要求1所述的一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，其特征在于：所述的第一真空绝热夹层(7)、第二真空绝热夹层(8)和第三真空绝热夹层(9)都是采用铝箔纤维绝热材料制作而成。

4.根据权利要求1所述的一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，其特征在于：所述的潜液泵(4)上安装有出液管且出液管上安装有阀门。

5.根据权利要求4所述的一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，其特征在于：所述的潜液泵(4)上安装的出液管采用不锈钢管制作而成。

6.根据权利要求1所述的一种具有快速装卸能力的液氢罐箱，其特征在于：所述的潜液泵(4)采用卧式潜液泵。

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