一种液氢储运罐系统技术方案

本发明专利技术公开了一种液氢储运罐系统，包括底座、与底座焊接在一起的第一真空外容器、安装在底座上位于第一真空外容器内的安装座组件、安装在安装座组件上的液氢罐组件、液氢输入输出管道、设置在液氢罐组件上的氢输入输出接头组件、与氢输入输出接头组件连接的气态氢输出管道；以及设置在底座上的气态氢输出接口法兰组件、液氢输入输出接口法兰组件和氦气输出输入连接法兰；以及与气态氢输出管道连接的氢燃料电池系统，车载液氢储运系统控制系统，由氢燃料电池系统驱动制冷系统。本发明专利技术解决了液氢储罐结构钢的氢脆损伤问题，提高了低温隔热功能，降低了液氢储运罐的“热漏”损失，提升了液氢储罐的本质安全。氢储罐的本质安全。氢储罐的本质安全。

【技术实现步骤摘要】
一种液氢储运罐系统


[0001]本专利技术属于化工机械装备设计制造领域，具体涉及一种液氢储运罐系统。

技术介绍

[0002]在氢能的大规模应用领域，对大规模液氢转运和存储有非常明确的需求。
[0003]为实现液氢储运的规模化经济应用，作为液氢储运的罐体和管道至少应该达到以下技术指标：液氢温区管道的漏热率≤2瓦/米(管路内径≥80毫米)，使用寿命≥20年；液氢运输槽罐，容积≥50立方米，液氢静态日蒸发率≤0.7％，维持时间≥20天；加氢站用液氢储罐，容积≥30立方米，液氢静态日蒸发率≤0.5％。
[0004]由于氢属于易爆物质，对液氢储罐的安全性方面也有严格要求。在安全要求方面，必须解决：
①
真空容器真空密封性丧失可能导致的液氢罐的隔热丧失，导致大规模氢的事故释放事故。
②
罐体金属结构材料的氢脆损伤带来的安全风险的问题。氢脆损伤可能导致结构材料的强度指标下降，导致液氢储罐体的强度达不到设计指标要求。氢脆可能造成设备的服役寿命短，影响经济性指标。
③
液氢储罐体氢的微泄漏问题。这些都是液氢储运过程中可信的安全风险因素。
[0005]由于液氢的低温和容易挥发性，在大体积液氢储运系统的结构设计方面，要解决因热漏导致的液氢的挥发损失问题。对于大体积液氢槽罐运输，设计上还需要考虑运输遭遇振动、碰撞等事件发生时，液氢储存的罐体的安全、可靠固定问题。实现液氢储存罐的可靠固定，必然会形成新的“热漏”点，给液氢槽罐的低温隔热设计技术提出挑战。
专利技术内容
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种液氢储运罐系统。
[0007]本专利技术的一种液氢储运罐系统，包括底座、与底座焊接在一起的第一真空外容器、安装在底座上位于第一真空外容器内的安装座组件、安装在安装座组件上的液氢罐组件、液氢输入输出管道、设置在液氢罐组件上的氢输入输出接头组件、与氢输入输出接头组件连接的气态氢输出管道；以及设置在底座上的气态氢输出接口法兰组件、液氢输入输出接口法兰组件和氦气输出输入连接法兰；以及与气态氢输出管道连接的氢燃料电池系统，车载液氢储运系统控制系统，由氢燃料电池系统驱动的制冷系统。
[0008]安装座组件通过焊接在底盘上的安装法兰安装，同时在底盘的直柱段缠绕螺旋管换热组件，在底盘底部设置制冷头安装腔室。螺旋管换热组件的一端与液氢罐组件的氢排出口连接的气态氢输出管道连接，另一端与气态氢输出接口法兰组件连接。
[0009]液氢罐组件为多层“胶囊”结构，中间层为钢制液氢罐体，在钢制液氢罐体的内壁依次设置的中间壳体、与中间壳体紧密贴合的铝内衬容器；在钢制液氢罐体的外壁设置隔热层和第二真空容器壁；在钢制液氢罐体的上部设置瓶口。
[0010]钢制液氢罐体由高强度钢制造，设计工作压力在>1Ma。
[0011]中间壳体为高密度聚四氟乙烯微粉与玻璃微球混合物制成的高密度复合阻氢、隔
热层，厚度在20mm
‑
50mm之间；玻璃空心微球的直径250μm，强度>65MPa；聚四氟乙烯微粉的直径250μm；聚四氟乙烯微粉与空心玻璃微球的混合比例在1：4.0
‑
4.5之间。
[0012]隔热层为空心玻璃微球充填层，充填后抽真空；空心玻璃微球的直径250μm，强度>10MPa。
[0013]第二真空容器由铝或容易塑性变形的材料制造，厚度为2
‑
3mm；空心玻璃微球充填后，对由第二真空容器壁和钢制液氢罐体之间形成的隔热层抽真空。
[0014]液氢输入输出管道主体为钢管，在钢管上焊接连接法兰A，通过密封垫连接真空隔热管道，钢管内设置连接在一起的内管，在钢管与内管夹层之中充填隔热材料层。
[0015]隔热材料层为高密度聚四氟乙烯与空心玻璃微球混合物制成的高密度复合阻氢、隔热层，厚度在20mm
‑
50mm之间；空心玻璃微球的直径250μm，强度>65MPa；聚四氟乙烯微粉的直径250μm；聚四氟乙烯微粉与空心玻璃微球的混合比例在1：4.0
‑
4.5之间。
[0016]气态氢输出接口法兰组件包括与底座焊接在一起的筒体，通过隔热真空密封垫A与筒体连接在一起的焊接波纹管组件A，设置在焊接波纹管组件的连接法兰B，以及安装在气态氢输出管道上的阀门A。
[0017]液氢输入输出接口法兰组件包括与底座焊接在一起的安装座，通过隔热真空密封垫B连接在一起的真空保护盖，通过隔热真空密封垫C与安装座连接的焊接波纹管组件B，设置在焊接波纹管组件B的连接法兰C；安装在液氢输入输出管上的阀门B；设置在保护盖上的抽真空接口；向液氢储罐充注或卸载液氢时，卸下真空保护盖，完成向液氢储罐充注或卸载液氢后，连接真空保护盖并通过抽真空接口抽真空。
[0018]本专利技术的一种液氢储运罐系统的中间壳体的制造方法，包括以下步骤：
[0019]1)加工制造铝内衬容器的端头、筒体段，壁厚在3
‑
5mm之间；加工制造钢制压力容器封头、钢制压力容器中间柱段，满足GB150
‑
2011系列标准设计要求。
[0020]2)将铝内衬容器的端头、筒体段焊接成内衬容器成品，铝内衬容器成品检漏，合格。
[0021]3)在铝内衬容器成品的外表面制备聚四氟乙烯微粉与玻璃微球隔热材料层，厚度10mm
‑
20mm；聚四氟乙烯微粉与玻璃微球的体积比为1：4
‑
4.5；玻璃微球的直径250μm，强度>65MPa；聚四氟乙烯微粉的直径250μm。
[0022]4)将外表面制备了聚四氟乙烯微粉与玻璃微球混合材料层的铝内衬容器与钢制压力容器中间柱段进行装配；装配间隙控制在0.1mm
‑
0.5mm之间。
[0023]5)将铝内衬容器与钢制压力容器中间柱段装配体；将钢制压力容器封头与中间柱段焊接为压力容器壳体。
[0024]6)按GB150
‑
2011系列标准进行压力容器钢壳体的缠绕、焊接、检验。
[0025]7)在装配液氢储罐瓶口装配焊接氢输入输出接口组件，检漏合格。
[0026]8)在真空密封状态下对压力容器壳体加热抽真空，加热温度在200℃
‑
250℃之间。
[0027]9)在铝内衬容器与压力容器壳体处于密封状态下，向压力容器壳体内充注高压惰性气体；高压惰性气体压力在10MPa
‑
30MPa之间，保压时间大于30min；借助高温和高压使制备在铝内衬容器外表面的玻璃微球聚四氟乙烯微粉层实现致密化，在铝内衬容器和外容器之间形成一种密实的具有隔热和防止氢渗透功能的复合层。
[0028]本专利技术的有益技术效果为：
[0029](1)采用在液氢储罐的内壁内衬隔热与阻氢双功能层，与传统的液氢储罐比较具有以下两方面优势：
①
在“高密度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液氢储运罐系统，其特征在于，包括底座(1)、与底座(1)焊接在一起的第一真空外容器(2)、安装在底座(1)上位于第一真空外容器(2)内的安装座组件(3)、安装在安装座组件(3)上的液氢罐组件(4)、液氢输入输出管道(5)、设置在液氢罐组件(4)上的氢输入输出接头组件(6)、与氢输入输出接头组件(6)连接的气态氢输出管道(7)；以及设置在底座(1)上的气态氢输出接口法兰组件(8)、液氢输入输出接口法兰组件(9)和氦气输出输入连接法兰(10)；以及与气态氢输出管道(7)连接的氢燃料电池系统，车载液氢储运系统控制系统，由氢燃料电池系统驱动的制冷系统。2.根据权利要求1所述的一种液氢储运罐系统，其特征在于，所述安装座组件(3)通过焊接在底盘(31)上的安装法兰(32)安装，同时在底盘(31)的直柱段缠绕螺旋管换热组件(33)，在底盘(31)底部设置制冷头安装腔室(34)；所述螺旋管换热组件(33)的一端与液氢罐组件(4)的氢排出口连接的气态氢输出管道(7)连接，另一端与气态氢输出接口法兰组件(8)连接。3.根据权利要求1所述的一种液氢储运罐系统，其特征在于，所述液氢罐组件(4)为多层“胶囊”结构，中间层为，在钢制液氢罐体(43)的内壁依次设置的中间壳体(44)、与中间壳体(44)紧密贴合的铝内衬容器(45)；在钢制液氢罐体(43)的外壁设置隔热层(42)和第二真空容器壁(41)；在钢制液氢罐体(43)的上部设置瓶口(46)；所述铝内衬容器(45)与钢制液氢罐体(43)之间不接触，它们之间没有直接接触的热传导。4.根据权利要求3所述的一种液氢储运罐系统，其特征在于，所述钢制液氢罐体(43)由高强度钢制造，设计工作压力>1.0MPa；所述中间壳体(44)为高密度聚四氟乙烯微粉与玻璃微球混合物制成的高密度复合阻氢、隔热层，厚度在20mm
‑
50mm之间；玻璃空心微球的直径250μm，强度>65MPa；聚四氟乙烯微粉的直径250μm；聚四氟乙烯微粉与空心玻璃微球的混合比例在1：4.0
‑
4.5之间；所述隔热层(42)为空心玻璃微球充填层，充填后抽真空；空心玻璃微球的直径250μm，强度>10MPa；所述第二真空容器(41)由塑性变形良好的材料制造，厚度为2
‑
3mm；空心玻璃微球充填后，对由第二真空容器壁(41)和钢制液氢罐体(43)之间形成的隔热层(42)抽真空。5.根据权利要求1所述的一种液氢储运罐系统，其特征在于，所述液氢输入输出管道(5)主体为钢管(51)，在钢管(51)上焊接连接法兰A(52)，通过密封垫(53)连接的真空隔热管道(54)，钢管(51)内设置连接在一起的内管(55)，在钢管(51)与内管(55)夹层之中充填隔热材料层(56)。6.根据权利要求5所述的一种液氢储运罐系统，其特征在于，所述隔热材料层(56)为高密度聚四氟乙烯与空心玻璃微球混...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗德礼，罗杰，
申请(专利权)人：绵阳科大久创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：