CN112413392A - 一种液氢保冷储存装置及存储方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液氢保冷储存装置及存储方法，包括若干密闭容器，所述密闭容器由内到外依次嵌套形成多层容器，所述相邻密闭容器之间形成间隙，所述若干密闭容器的夹层之间填充有变相介质，所述变相介质的真空凝固点低于氢气在常压下的沸点所述若干密闭容器之间设置有支撑，若干密闭容器之间通过支撑进行固定。所述最外层的密闭容器外设置有高真空缠绕保温层，所述高真空缠绕保温层外套设有外壳保护层。本装置采用双层保温结构方式储存液氢，其中外夹层采用高真空缠绕绝热保温，内夹层采用低压高纯洁净氮气预冷结冰成绝对真空绝热。本装置可以用于液氢的保存，便于氢气的使用和运输。

Description

一种液氢保冷储存装置及存储方法
技术领域
本发明涉及氢气保存领域，特别是涉及一种液氢保冷储存装置及存储方法。
背景技术
氢气，化学式为H2，分子量为2.01588，常温常压下，是一种极易燃烧。无色透明、无臭无味且难溶于水的气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体，氢气的密度只有空气的1/14，即在1标准大气压和0℃，氢气的密度为0.089g/L。所以氢气可作为飞艇、氢气球的填充气体。氢气是相对分子质量最小的物质，还原性较强，常作为还原剂参与化学反应。
在目前氢加注站应用技术领域，氢作为一种清洁、高效、安全、绿色环保、热值高、可持续的新能源，随着氢产业链的快速发展，氢的高效储存成为当前制约氢产业发展重大瓶颈之一。因此，液氢储存成为了氢储存和运输的必选方式。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种液氢保冷储存装置及存储方法，本方案提出了利用储存结构保冷方法可得到有效的保冷液氢，压力容器及管道具有相同的工艺实现绝热保冷。利用现有成熟的高真空缠绕方法作为外夹层方法，双夹层都采用耐低温材质的材料作为储气容器，夹层中充入不高于0.2MPa高纯氮气(惰性气体)进行变相绝热。可以调整不同容积的压力容器及管道，应用生产相对比较方便且安全可靠。
本发明采用的技术方案如下：
一种液氢保冷储存装置，包括若干密闭容器，所述密闭容器由内到外依次嵌套形成多层容器，所述相邻密闭容器之间形成间隙，所述若干密闭容器的夹层之间填充有变相介质，所述变相介质的真空凝固点低于氢气在常压下的沸点。
进一步地，本发明公开了一种液氢保冷储存装置的优选结构，所述若干密闭容器之间设置有支撑，若干密闭容器之间通过支撑进行固定。
进一步地，所述最外层的密闭容器外设置有高真空缠绕保温层，所述高真空缠绕保温层外套设有外壳保护层。
进一步地，所述密闭容器包括内胆，所述内胆用盛放液氢，包括保温夹层板，所述保温夹层板套设在内胆外，所述内胆与保温夹层板之间形成相变保温氮气层。
进一步地，所述相变保温氮气层中填充有氮气(惰性气体)，填充压力不高于0.2MPa。
进一步地，所述内胆的顶部内设置有喷淋管，所述喷淋管通过进气管道连接至整个装置外，所述进气管道上设置有充装气相阀；所述内胆的顶部内连接有气相管，所述气相管延伸至容器外，所述气相管山设置有气相阀。
进一步地，所述内胆的底部连接有出液管，所述出液管延伸至容器外，所述出液管上设置有出液阀；所述内胆的底部设置有液相充装口，所述液相充装口连接有液相管，所述液相管延伸至容器外，所述液相管上设置有出液阀。
进一步地，所述相变保温氮气层连接有夹层充装口，所述相变保温氮气层设置有真空口；所述内胆通过管道连接有安全阀。
一种液氢储存保冷方法，在多层容器的夹层中填充相变气体，气体的相变温度高于液氢的沸点，在填充液氢后，在液氢的低温作用下，相变气体变为固体，夹层中压强降低形成真空环境，通过真空的夹层对液氢实现保温。
储氢罐低温液氢内部有热量释放，夹层固体氮吸热，形成了更好的保证内部更进一步的绝热；
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本装置采用双层保温结构方式储存液氢，其中外夹层采用高真空缠绕绝热保温，内夹层采用低压高纯洁净氮气预冷结冰成绝对真空绝热；内夹层采用氮气做为变相介质，是因为氮气的熔点-209.86℃，与氢气的沸点-253℃比较接近，使氮气的相变更稳定，绝热程度更高。
2.本装置外夹层绝热可以采取任意接近绝热保温成熟工艺的保温方法，不影响内夹层的绝热方式；实现氢气的保藏和运输，提高氢气的使用范围；
3.本装置任意比列模式等不同容积或管道的绝热容器，灵活方便，可任意更改变化满足不同客户的需求；本产品可以内夹层的工艺相对比较简单，双夹层都采用耐低温材质的材料作为储气容器，夹层中充入不高于0.2MPa高纯氮气进行变相绝热。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中标记：1是外壳保护层；2是高真空缠绕保温层；3是保温夹层板；4是相变保温氮气层；5是内胆；6是支撑；7是出液管；8是出液阀；9是喷淋管；10是气相管；11是充装气相阀；12是真空口；13是夹层充装口；14是安全阀，15是液相充装口；16是液相充装阀；17是气相阀。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如附图1所示，本发明公开了一种液氢保冷储存装置的优选实施方式，包括内胆5，所述内胆5用盛放液氢，包括保温夹层板3，所述保温夹层板3套设在内胆5外，所述内胆5与保温夹层板3之间形成相变保温氮气层4。
所述相变保温氮气层4中填充有氮气，填充压力不高于0.2MPa。所述保温夹层板3外设置有高真空缠绕保温层2，所述高真空缠绕保温层2外套设有外壳保护层1。所述内胆5与保温夹层板3之间设置有支撑6，内胆5与保温夹层板3之间通过支撑6进行固定。
所述内胆5的顶部内设置有喷淋管9，所述喷淋管9通过进气管道连接至整个装置外，所述进气管道上设置有充装气相阀11；所述内胆5的顶部内连接有气相管10，所述气相管10延伸至容器外，所述气相管10山设置有气相阀17。所述内胆5的底部连接有出液管7，所述出液管7延伸至容器外，所述出液管7上设置有出液阀8。
所述内胆5的底部设置有液相充装口15，所述液相充装口15连接有液相管，所述液相管延伸至容器外，所述液相管上设置有出液阀8。所述相变保温氮气层4连接有夹层充装口13，所述相变保温氮气层4设置有真空口12；所述内胆5通过管道连接有安全阀14。
具体运行过程，首先真空口12连接抽真空设备，抽真空设备将相变保温氮气层4抽成真空，在抽真空时可以多次充入氮气。然后通过夹层充装口13在相变保温氮气层4中通入氮气，氮气的压力不大于0.2MPa，然后将低温的氢气通过进气管道进入内胆5，并通过喷淋管9喷出，对内胆5进行预冷。然后通过气相管10排出。
然后通过液相充装口15进行加注液氢，加注过程中产生的气体通过气相管10排出。液氢对真个内胆5进行降温，将相变保温氮气层4的氮气温度降低到其凝固点以下，氮气凝固，相变保温氮气层4中形成真空环境。实现对内胆5的绝热保温。出液管7用于排出液相氢，安全阀14用于保护罐体。
采用双层保温结构方式储存液氢，其中外夹层采用高真空缠绕绝热保温，内夹层采用低压高纯洁净氮气预冷结冰成绝对真空绝热。本装置任意比列模式等不同容积或管道的绝热容器，灵活方便，可任意更改变化满足不同客户的需求；本产品可以内夹层的工艺相对比较简单，双夹层都采用耐低温材质的材料作为储气容器。
实施例2：
在实施例1的基础上，本发明公开了一种液氢储存保冷方法，在多层容器的夹层中填充相变气体，气体的相变温度高于液氢的沸点，在填充液氢后，在液氢的低温作用下，相变气体变为固体，夹层中压强降低形成真空环境，通过真空的夹层对液氢实现保温。
实施例3；
在实施例2的基础上，本发明公开了一种优选的实施方案，容器设置为多层的密闭容器，每一层密闭容器之间都形成夹层，所述在每一种夹层中填充不同的相变气体。气体的相变温度由内到外逐渐升高，内层为氮气，然后为氩气，二氧化碳等气体。
在使用时，由外到内气体逐渐凝固，形成真空，最大化的保温，实现多层真空进行液氢的保温存储运输。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液氢保冷储存装置，其特征在于：包括若干密闭容器，所述密闭容器由内到外依次嵌套形成多层容器，所述相邻密闭容器之间形成间隙，所述若干密闭容器的夹层之间填充有变相介质，所述变相介质的真空凝固点低于氢气在常压下的沸点。
2.如权利要求1所述的一种液氢保冷储存装置，其特征在于：所述若干密闭容器之间设置有支撑(6)，若干密闭容器之间通过支撑(6)进行固定。
3.如权利要求2所述的一种液氢保冷储存装置，其特征在于：所述最外层的密闭容器外设置有高真空缠绕保温层(2)，所述高真空缠绕保温层(2)外套设有外壳保护层(1)。
4.如权利要求3所述的一种液氢保冷储存装置，其特征在于：所述密闭容器包括内胆(5)，所述内胆(5)用盛放液氢，包括保温夹层板(3)，所述保温夹层板(3)套设在内胆(5)外，所述内胆(5)与保温夹层板(3)之间形成相变保温氮气层(4)。
5.如权利要求4所述的一种液氢保冷储存装置，其特征在于：所述相变保温氮气层(4)中填充有氮气，填充压力不高于0.2MPa。
6.如权利要求5所述的一种液氢保冷储存装置，其特征在于：所述内胆(5)的顶部内设置有喷淋管(9)，所述喷淋管(9)通过进气管道连接至整个装置外，所述进气管道上设置有充装气相阀(11)；所述内胆(5)的顶部内连接有气相管(10)，所述气相管(10)延伸至容器外，所述气相管(10)山设置有气相阀(17)。
7.如权利要求6所述的一种液氢保冷储存装置，其特征在于：所述内胆(5)的底部连接有出液管(7)，所述出液管(7)延伸至容器外，所述出液管(7)上设置有出液阀(8)；所述内胆(5)的底部设置有液相充装口(15)，所述液相充装口(15)连接有液相管，所述液相管延伸至容器外，所述液相管上设置有出液阀(8)。
8.如权利要求5所述的一种液氢保冷储存装置，其特征在于：所述相变保温氮气层(4)连接有夹层充装口(13)，所述相变保温氮气层(4)设置有真空口(12)；所述内胆(5)通过管道连接有安全阀(14)。
9.一种基于权利要求1-9中任一项所述的液氢储存保冷方法，其特征在于：在多层容器的夹层中填充相变气体，气体的相变温度高于液氢的沸点，在填充液氢后，在液氢的低温作用下，相变气体变为固体，夹层中压强降低形成真空环境，通过真空的夹层对液氢实现保温。
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