一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐制造技术

本发明专利技术公开了一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，包括：储罐主体、自增压系统、泄压系统、加注系统和排放系统；储罐主体的底部为液腔，顶部为气枕区；自增压系统的进口端与储罐主体的液腔相通，出口端与气枕区相通；泄压系统的进口端与储罐主体的气枕区相通，出口端与外界大气相通；加注系统的进口端与外部的液氢源连接，出口端与储罐主体的气枕区相通；排放系统的进口端与储罐主体的液腔相通，出口端与外界大气相通；其中，泄压系统、加注系统和排放系统的管路上均安装有磁场滤氧器，当外界空气进入储罐主体时，磁场滤氧器用于捕获进入储罐主体的空气中的氧气。本发明专利技术能够消除现有液氢储罐中的固空富氧累积，延长液氢储罐复温周期。期。期。

【技术实现步骤摘要】
一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐


[0001]本专利技术属于液氢储运
，具体涉及一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐。

技术介绍

[0002]随着国内航天事业和民用氢能产业的蓬勃发展，具有高比冲、无污染特性的液氢应用水平得到大幅提升，大规模的液氢生产和储运是未来的发展趋势。然而，液氢储罐内部液氢在进行加注、转注、排放等操作时，虽然内部理论上处于正压状态，但外部空气依然不可避免地进入储罐内部，由于内部温度约为20K左右，进入后的空气会首先液化为液空，随后沉积在储罐内壁，并逐渐形成固空，随着液氢储罐使用时长的增加，固空会不断累积，固空颗粒也会不断增大，因此，极易造成少量空气的渗入并在低温工况下凝固和累积。
[0003]相关研究表明，这种积累的固空是富氧的，当固空中的氧大于空气中氧组分的比例时，液氢系统易发生爆炸或爆轰。由于氧氮凝固点差异，固空颗粒的氧含量随着颗粒半径增加而上升，当氧含量大于21％后，固空导致的自燃或自动爆轰的危险性剧增，此时需要对储罐进行复温，消除固空带来的安全隐患。由于固空的危险性主要源于固空颗粒中的高氧含量，所以若能减少进入液氢储罐内部的氧气，则固空的危险性会迅速降低，进而可以增加液氢储罐的使用周期。所以，对于大型液氢生产、贮存系统，解决固空累积带来的安全隐患至关重要。
[0004]目前均采用定期复温方式消除液氢中沉积的固空，例如，航天标准QJ 3271《氢氧发动机试验用液氢生产安全规程》中规定：液氢容器在连续生产三个月后应进行升温吹除；国军标GJB－2645《液氢包装贮存运输要求》中规定：液氢贮罐应定期进行升温作业，以清除积存的固态挥发性杂质，至少每两年进行一次。通常作法是将常温氢气或者氮气快速填充至贮罐内并静置一段时间，待其充分换热之后将内部的气体排出，再进行下一次的换热。对于较大容量的液氢储罐，往往需要多次置换过程才能将整个储罐温度恢复至常温。
[0005]采用复温法消除固空的缺点主要体现在以下两方面：
[0006]1)为加速复温速度，通常需要对液氢储罐内充注常温氢气或者氮气，随着实际应用的液氢储罐数量急剧上升，将会造成大量的氢气或氮气等换热介质气的消耗；
[0007]2)复温需要较长的时间，液氢储罐不能继续使用，所以频繁进行复温操作将会影响液氢相关的生产、使用及试验进程。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，能够消除现有液氢储罐中的固空富氧累积，延长液氢储罐复温周期。
[0009]本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0010]一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，包括：储罐主体、自增压系统、泄压系统、加注系统和排放系统；
[0011]所述储罐主体内的底部设有液氢，储罐主体内的顶部充满氢气，液氢所在处为液腔，氢气所在处为气枕区；
[0012]所述自增压系统的进口端与储罐主体内的液腔相通，出口端与储罐主体内的气枕区相通，用于将储罐主体内的液氢汽化为氢气，以调整储罐主体内的压力；
[0013]所述泄压系统的进口端与储罐主体内的气枕区相通，出口端与外界大气相通，用于排放储罐主体内的氢气；
[0014]所述加注系统的进口端与外部的液氢源连接，出口端与储罐主体内的气枕区相通，用于给储罐主体内加注液氢；
[0015]所述排放系统的进口端与储罐主体内的液腔相通，出口端与外界大气相通，用于排放储罐主体内的液氢；
[0016]其中，所述泄压系统、加注系统和排放系统的管路上均安装有磁场滤氧器，当外界空气进入储罐主体内时，磁场滤氧器用于捕获进入储罐主体内的空气中的氧气。
[0017]进一步的，所述泄压系统、加注系统和排放系统的管路上均安装有两个以上串联的磁场滤氧器。
[0018]进一步的，所述磁场滤氧器包括：第一强磁体、第二强磁体及高磁导率多孔介质；
[0019]令泄压系统、加注系统和排放系统的管路的管壁均为绝热管道壳体；所述高磁导率多孔介质安装在所述绝热管道壳体内；第一强磁体和第二强磁体分别安装在绝热管道壳体外部，且第一强磁体与第二强磁体的安装位置异极相对，两者之间形成外部磁场；同时，第一强磁体和第二强磁体的安装位置均与高磁导率多孔介质的安装位置相对。
[0020]进一步的，高磁导率多孔介质、第一强磁体及第二强磁体的两端均安装有固定架。
[0021]进一步的，所述高磁导率多孔介质采用磁性金属丝或不锈钢钢毛。
[0022]进一步的，所述第一强磁体和第二强磁体为永磁体或电磁体，可通过拆卸永磁体或控制电磁体电源实现高磁导率多孔介质外部磁场的有无。
[0023]进一步的，所述储罐主体包括：外罐、内罐及罐体支架；内罐安装在外罐内部，内罐的外表面和外罐的内表面之间的空腔形成高真空绝热层；罐体支架安装在外罐外部；所述储罐主体通过所述罐体支架支撑在地面或平台上；
[0024]所述自增压系统包括：自增压管路、汽化换热器及第一低温调节阀；所述自增压管路位于所述储罐主体的外部，自增压管路的两端均穿过外罐和内罐的壁面后，其一端与所述内罐的液腔相通，另一端与内罐的气枕区相通；汽化换热器和第一低温调节阀均安装在所述自增压管路上；
[0025]令泄压系统上的磁场滤氧器为第一磁场滤氧器；所述泄压系统包括：泄压管路、第一磁场滤氧器及第二低温调节阀；所述泄压管路的一端穿过外罐和内罐的壁面后，与所述内罐的气枕区相通；泄压管路的另一端与外界大气相通；第一磁场滤氧器和第二低温调节阀均安装在所述泄压管路上；
[0026]令加注系统上的磁场滤氧器为第二磁场滤氧器；所述加注系统包括：加注管路、第二磁场滤氧器及第三低温调节阀；所述加注管路的一端穿过外罐和内罐的壁面后，与所述内罐的气枕区相通；加注管路的另一端与外部的液氢源连接；第二磁场滤氧器和第三低温调节阀均安装在所述加注管路；
[0027]令排放系统上的磁场滤氧器为第三磁场滤氧器；所述排放系统包括：排放管路、第
三磁场滤氧器及第四低温调节阀；所述排放管路的一端穿过外罐和内罐的壁面后，与所述内罐的液腔相通；排放管路的另一端与外界大气相通；第三磁场滤氧器和第四低温调节阀均安装在所述排放管路上。
[0028]进一步的，所述第一磁场滤氧器、第二磁场滤氧器、第三磁场滤氧器均在泄压管路、加注管路、排出管路远离内罐的外侧。
[0029]进一步的，所述自增压管路、泄压管路、加注管路、排出管路、第一低温调节阀、第二低温调节阀、第三低温调节阀及第四低温调节阀均采用绝热材料。
[0030]有益效果：
[0031](1)常见气体中，氧气具有相对较强的顺磁性，而氮气具有逆磁性，相对磁化率绝对值比氧气小三个数量级。常见气体相对于氧气的磁化率如下，氧气(顺磁性，100)、氢气(逆磁性，
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0.11)、氮气(逆磁性，
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0.40)。此外，对于顺磁性物质，分子热运动会干扰分子磁矩的规则排列，当温度降低时，分子热运动减弱，顺磁效应即会增强，所以在液氢温区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，其特征在于，包括：储罐主体、自增压系统、泄压系统、加注系统和排放系统；所述储罐主体内的底部设有液氢，储罐主体内的顶部充满氢气，液氢所在处为液腔，氢气所在处为气枕区；所述自增压系统的进口端与储罐主体内的液腔相通，出口端与储罐主体内的气枕区相通，用于将储罐主体内的液氢汽化为氢气，以调整储罐主体内的压力；所述泄压系统的进口端与储罐主体内的气枕区相通，出口端与外界大气相通，用于排放储罐主体内的氢气；所述加注系统的进口端与外部的液氢源连接，出口端与储罐主体内的气枕区相通，用于给储罐主体内加注液氢；所述排放系统的进口端与储罐主体内的液腔相通，出口端与外界大气相通，用于排放储罐主体内的液氢；其中，所述泄压系统、加注系统和排放系统的管路上均安装有磁场滤氧器，当外界空气进入储罐主体内时，磁场滤氧器用于捕获进入储罐主体内的空气中的氧气。2.如权利要求1所述的一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，其特征在于，所述泄压系统、加注系统和排放系统的管路上均安装有两个以上串联的磁场滤氧器。3.如权利要求1或2所述的一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，其特征在于，所述磁场滤氧器包括：第一强磁体(17)、第二强磁体(18)及高磁导率多孔介质(20)；令泄压系统、加注系统和排放系统的管路的管壁均为绝热管道壳体(19)；所述高磁导率多孔介质(20)安装在所述绝热管道壳体(19)内；第一强磁体(17)和第二强磁体(18)分别安装在绝热管道壳体(19)外部，且第一强磁体(17)与第二强磁体(18)的安装位置异极相对，两者之间形成外部磁场；同时，第一强磁体(17)和第二强磁体(18)的安装位置均与高磁导率多孔介质(20)的安装位置相对。4.如权利要求3所述的一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，其特征在于，高磁导率多孔介质(20)、第一强磁体(17)及第二强磁体(18)的两端均安装有固定架(21)。5.如权利要求3所述的一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，其特征在于，所述高磁导率多孔介质(20)采用磁性金属丝或不锈钢钢毛。6.如权利要求3所述的一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，其特征在于，所述第一强磁体(17)和第二强磁体(18)为永磁体或电磁体，可通过拆卸永磁体或控制电磁体电源实现高磁导率多孔介质(20)外部磁场的有无。7.如权利要求4
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6任一项所述的一种外置磁场滤氧器的防固空液氢储罐，其特征在于，所述储罐主体包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，宋建军，杨晓阳，谭周明，王淮英，赵康，杨行，郭永朝，宗铁城，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：