一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐制造技术

本发明专利技术公开了一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐，包括：储罐主体及与储罐主体连接的自增压系统、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；所述储罐主体的内壁面覆盖安装有若干磁环；所述磁环的内孔为圆台形通孔；所述磁环的内孔形成梯度磁场；若干磁环呈陈列方式覆盖安装在储罐主体的内壁面；且每个磁环的轴线与所在储罐主体的内壁面垂直，每个磁环的内孔的小径端与储罐主体的内壁面紧贴接触。本发明专利技术能够通过磁场改变液氢储罐中的固空氧氮分布规律，延长液氢储罐复温周期。延长液氢储罐复温周期。延长液氢储罐复温周期。

【技术实现步骤摘要】
一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐


[0001]本专利技术属于液氢储运
，具体涉及一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐。

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，进入后的空气迅速液化为液空，随后由于密度差异，液化后空气会逐渐沉积在液氢储罐的内壁面，并在液氢的冷却下固化，形成固空。由于液氧的凝固点低于液氮，首先凝固的氮会逐渐将液氧向外部挤压，所以在固化过程中，固空颗粒的氧含量会随着颗粒半径增大而增加。因此，最终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]由于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，所以若能通过磁场减少固空中的氧氮分布规律(即固空颗粒的氧含量随着颗粒半径增加而上升)，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采用贴壁阵列磁环的液氢储罐，能够通过磁场改变液氢储罐中的固空氧氮分布规律，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]一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐，包括：储罐主体及与储罐主体连接的自增压系统、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]所述储罐主体的内壁面覆盖安装有若干磁环；所述磁环的内孔为圆台形通孔；所述磁环的内孔形成梯度磁场；若干磁环呈陈列方式覆盖安装在储罐主体的内壁面；且每个磁环的轴线与所在储罐主体的内壁面垂直，每个磁环的内孔的小径端与储罐主体的内壁面紧贴接触。
[0013]进一步的，每个磁环均通过固定支架定位并安装在内罐的内壁面。
[0014]进一步的，每个磁环均采用永磁体。
[0015]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。
[0016]进一步的，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。
[0017]进一步的，所述泄压系统包括：泄压管路和第二低温调节阀；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；第二低温调节阀安装在所述泄压管路上。
[0018]进一步的，所述加注系统包括：加注管路和第三低温调节阀；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；第三低温调节阀安装在所述加注管路上。
[0019]进一步的，所述排放系统包括：排放管路和第四低温调节阀；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；第四低温调节阀安装在所述排放管路上。
[0020]进一步的，所述自增压系统、泄压系统、加注系统和排放系统内的管路及调节阀均采用绝热材料。
[0021]有益效果：
[0022](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，
‑
0.11)、氮气(逆磁性，
‑
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，所以在液氢温区下，氧气的顺磁磁化率会大幅提升，因此，本专利技术根据液氢中固空颗粒的氧含量分布特征及氧气的顺磁性(即磁场富集氧气)的原理，设计了可用于液氢储罐的阵列磁环，即通过在内罐的内壁面增加阵列磁环，根据液氢中固空颗粒的氧含量分布特征以及低温氧的强顺磁性，来改变常规液氢储罐固空的氧含量分布规律，使形成的固空颗粒具有“氮包覆氧”的特征，改变常规固空颗粒氧含量随颗粒半径增加而上升的规律，大幅降低液氢储罐中的固空危险性。
[0023](2)本专利技术通过降低固空危险性来延长液氢储罐复温周期，大幅减少氢气或氮气等换热介质气的消耗，同时，弱化了复温操作对液氢生产、使用及试验进程的不利影响。
[0024](3)本专利技术的阵列磁环不会对液氢储罐的整体结构产生影响，只需安装在常规液氢储罐的内罐的内壁面即可，同时磁场的特性符合液氢应用工况的安全性需求。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的结构组成示意图；
[0026]图2为阵列磁环的结构示意图；
[0027]其中，1
‑
外罐，2
‑
内罐，3
‑
高真空绝热层，4
‑
罐体支架，5
‑
自增压管路，6
‑
汽化换热器，7
‑
第一低温调节阀，8
‑
泄压管路，9
‑
第二低温调节阀，10
‑
加注管路，11
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐，其特征在于，包括：储罐主体及与储罐主体连接的自增压系统、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；所述储罐主体的内壁面覆盖安装有若干磁环(15)；所述磁环(15)的内孔为圆台形通孔；所述磁环(15)的内孔形成梯度磁场；若干磁环(15)呈陈列方式覆盖安装在储罐主体的内壁面；且每个磁环(15)的轴线与所在储罐主体的内壁面垂直，每个磁环(15)的内孔的小径端与储罐主体的内壁面紧贴接触。2.如权利要求1所述的一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐，其特征在于，每个磁环(15)均通过固定支架(16)定位并安装在内罐(2)的内壁面。3.如权利要求1所述的一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐，其特征在于，每个磁环(15)均采用永磁体。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐，其特征在于，所述储罐主体包括：外罐(1)、内罐(2)及罐体支架(4)；内罐(2)安装在外罐(1)内部，内罐(2)的外表面和外罐(1)的内表面之间的空腔形成高真空绝热层(3)；罐体支架(4)安装在外罐(1)外部；所述储罐主体通过所述罐体支架(4)支撑在地面或平台上。5.如权利要求1
‑
3任一项所述的一种采用贴壁阵列磁环的液氢储罐，其特征在于，所述自增压系统包括：自增压管路(5)、汽化换热器(6)及第一低温调节阀(7)；所述自增压管路(5)位于所述储罐主体的外部，自增压管路(5)的两端均穿过外罐(1)和内罐(2)的壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，陈静，李山峰，齐向阳，刘康娜，郭嘉翔，景卓，武文涛，张雪涛，瞿骞，
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：