三维编织深冷高压储氢罐制造技术

本发明专利技术提供了一种三维编织深冷高压储氢罐，包括：内胆(包括压力编织层)、外胆、1

【技术实现步骤摘要】
三维编织深冷高压储氢罐


[0001]本专利技术涉及氢能储存设备
，具体而言，涉及一种三维编织深冷高压储氢罐。

技术介绍

[0002]现有技术中液氢(或氢浆)的储存成本较高，这个成本并不是建设和材料成本，因为无论巨型船载球体液氢罐还是车载小型液氢瓶都只需要铝合金或不锈钢就能制作，比起气氢储氢罐使用的大量碳纤维拥有绝对制造成本优势。额外成本的增加绝大多数是由液氢挥发造成的，一个绝热粗糙设计的液氢罐可以每天挥发5％以上甚至可以达到20％(某些运载火箭，因为用时极短因此无需挥发设计只进行减重)。因此解决液氢储氢的挥发性成为整个液氢产业的合理关注，如果设计得当，可以将额外成本控制的比较低。
[0003]有大量的试验证明使用深冷高压技术可以将液氢罐的冬眠期延长到8天(然后的挥发系数也极小)，即新注满的液氢罐可以有8天0挥发，这是一个宝贵的数字，因为加氢站有机会在8天里卖光一整罐液氢，由此可以将额外成本降为0。负责支线运输液氢的卡车也是如此，它们可以在8天内抵达目的地，即便跨国运输也是如此，而一槽车液氢的总量是同运输动力和运费的卡车运输气氢的10倍左右，由此液氢加氢站可将综合成本和零售价降到远低于气氢加氢站的水平。
[0004]然而，现有的储氢罐难以满足深冷高压液氢的储存需求，解决深冷高压罐的技术难关要远高于单纯液氢罐或高压气氢罐，因为会同时面临22～30k的超低温问题和35～70mpa的高压问题以及氢脆问题。传统高压气氢罐或深冷高压储氢罐采用铝合金内胆和碳纤维编织层设计，其裂纹的产生是造成储氢罐失效的终极原因。传统的储氢罐用于深冷高压液氢储存时，高温差乘以不同材料热膨胀系数之差带来的巨大应力会很容易使罐体内胆产生裂纹、变形、漏液、然后外胆产生裂纹、破裂直至失效。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种三维编织深冷高压储氢罐，以解决现有技术中的储氢罐容易产生裂纹而失效的问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种三维编织深冷高压储氢罐，包括：内胆，内胆具有容纳腔，内胆包括从内到外依次设置的玻璃纤维熔融层、三维编织层和柔性气凝胶层，三维编织层由玻璃纤维编织成；外胆，包裹住内胆，外胆由同材料玻璃纤维粉熔融制成，外胆和内胆之间具有第一真空层；支撑结构，支撑结构和外胆的内壁连接，支撑结构支撑内胆；真空泵，安装在外胆上，真空泵伸入第一真空层内；注氢阀门，安装在外胆上，注氢阀门和容纳腔可连通或断开，注氢阀门的材料为不锈殷钢；压力控制阀门，安装在外胆上，压力控制阀门和容纳腔可连通或断开，压力控制阀门的材料为不锈殷钢。
[0007]进一步地，支撑结构包括间隔设置的多个柱形支撑体和多个伪锥形支撑体，其中，多个柱形支撑体分布在内胆的底部，柱形支撑体的径向尺寸大于伪锥形支撑体的径向尺
寸。
[0008]进一步地，柱形支撑体尺寸大的一端和外胆的内壁连接，柱形支撑体尺寸小的一端设置有刚性气凝胶，伪锥形支撑体尺寸大的一端和外胆的内壁连接，伪锥形支撑体尺寸小的一端设置有刚性气凝胶，刚性气凝胶和柔性气凝胶层抵接。
[0009]进一步地，支撑结构和外胆材料相同，支撑结构和外胆为一体结构。
[0010]进一步地，玻璃纤维熔融层浸入三维编织层的孔隙内，容纳腔内用于容纳液氢或氢浆。
[0011]进一步地，外胆包括多个片状结构，片状结构通过热压和致密工艺成型，多个片状结构的周缘通过激光熔覆或高温等离子熔融工艺和玻璃纤维粉焊接连接。
[0012]进一步地，真空泵和内胆之间具有间隙，真空泵的一部分位于外胆外，真空泵和外胆的连接处密封处理；三维编织深冷高压储氢罐还包括压力传感器，压力传感器用于检测第一真空层内的压力，第一真空层内的压力高于设定值的情况下真空泵运行。
[0013]进一步地，玻璃纤维熔融层、三维编织层、外胆、支撑结构的材料为S玻璃纤维或E玻璃纤维或D玻璃纤维。
[0014]进一步地，外胆的外表面设置有耐磨层或防腐层或反光层或防潮层。
[0015]进一步地，三维编织深冷高压储氢罐用于车载或飞行器，注氢阀门和压力控制阀门分别位于外胆的两端，容纳腔的容积为0.188～1.178m3，三维编织层的厚度为10～20mm，第一真空层的厚度为20～30mm。
[0016]或者，三维编织深冷高压储氢罐用于公路或铁路槽车，内胆和外胆均为柱状结构，注氢阀门和压力控制阀门均位于外胆的同一端，容纳腔的容积为65～300m3，三维编织层的厚度为30～50mm，第一真空层的厚度大于30mm。
[0017]或者，外胆和内胆之间还具有第二真空层，第一真空层和第二真空层通过玻璃纤维材质的实体结构间隔开，真空泵伸入第二真空层内。
[0018]或者，三维编织深冷高压储氢罐用于大型储氢站，内胆和外胆均为球形结构，注氢阀门和压力控制阀门位于外胆的上端或下端，容纳腔的容积为300～5000m3，三维编织层的厚度为50～420mm，第一真空层、第二真空层的厚度均大于40mm。
[0019]或者，三维编织深冷高压储氢罐用于海洋运输，内胆和外胆均为球形结构，注氢阀门和压力控制阀门均位于外胆的下端，容纳腔的容积为7000～19000m3，三维编织层的厚度为400～700mm，第一真空层、第二真空层的厚度均大于60mm。
[0020]应用本专利技术的技术方案，提供了一种三维编织深冷高压储氢罐，包括：内胆，内胆具有容纳腔，内胆包括从内到外依次设置的玻璃纤维熔融层、三维编织层和柔性气凝胶层，三维编织层由玻璃纤维制成；外胆，包裹住内胆，外胆由玻璃纤维制成，外胆和内胆之间具有第一真空层；支撑结构，支撑结构和外胆的内壁连接，支撑结构支撑内胆；真空泵，安装在外胆上，真空泵伸入第一真空层内；注氢阀门，安装在外胆上，注氢阀门和容纳腔可连通或断开；压力控制阀门，安装在外胆上，压力控制阀门和容纳腔可连通或断开。采用该方案，将三维编织深冷高压储氢罐的玻璃纤维熔融层、三维编织层和外胆设置为了实质相同的玻璃纤维材料，实现了不同的材料层保持相同的整体热膨胀系数，从而可严格控制裂纹的滋生和成长，并且三维编织层采用三维编织结构而不是简单的缠绕，这样可保证储氢罐有高抗拉强度和高比强度，并且玻璃材料没有氢脆和腐蚀反应，保证了储氢罐的结构强度和使用
寿命。并且，通过第一真空层、支撑结构和真空泵可实现绝热，保证容纳腔内的低温环境，注氢阀门用于向容纳腔内注入氢气，压力控制阀门用于控制容纳腔内的压力。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0022]图1示出了本专利技术的实施例一应用于车载或飞行器的三维编织深冷高压储氢罐的示意图；
[0023]图2示出了图1中的三维编织深冷高压储氢罐的局部剖视图；
[0024]图3示出了图1中的三维编织深冷高压储氢罐的径向剖视图；
[0025]图4示出了本专利技术的实施例二应用于槽车的三维编织深冷高压储氢罐的示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维编织深冷高压储氢罐，其特征在于，包括：内胆(10)，所述内胆(10)具有容纳腔，所述内胆(10)包括从内到外依次设置的玻璃纤维熔融层(11)、三维编织层(12)和柔性气凝胶层(13)，所述三维编织层(12)由玻璃纤维编织成；外胆(20)，包裹住所述内胆(10)，所述外胆(20)由同材料玻璃纤维粉熔融制成，所述外胆(20)和所述内胆(10)之间具有第一真空层(31)；支撑结构，所述支撑结构和所述外胆(20)的内壁连接，所述支撑结构支撑所述内胆(10)；真空泵(50)，安装在所述外胆(20)上，所述真空泵(50)伸入所述第一真空层(31)内；注氢阀门(61)，安装在所述外胆(20)上，所述注氢阀门(61)和所述容纳腔可连通或断开，所述注氢阀门(61)的材料为不锈殷钢；压力控制阀门(62)，安装在所述外胆(20)上，所述压力控制阀门(62)和所述容纳腔可连通或断开，所述压力控制阀门(62)的材料为不锈殷钢。2.根据权利要求1所述的三维编织深冷高压储氢罐，其特征在于，所述支撑结构包括间隔设置的多个柱形支撑体(41)和多个伪锥形支撑体(42)，其中，多个所述柱形支撑体(41)分布在所述内胆(10)的底部，所述柱形支撑体(41)的径向尺寸大于所述伪锥形支撑体(42)的径向尺寸。3.根据权利要求2所述的三维编织深冷高压储氢罐，其特征在于，所述柱形支撑体(41)尺寸大的一端和所述外胆(20)的内壁连接，所述柱形支撑体(41)尺寸小的一端设置有刚性气凝胶(43)，所述伪锥形支撑体(42)尺寸大的一端和所述外胆(20)的内壁连接，所述伪锥形支撑体(42)尺寸小的一端设置有所述刚性气凝胶(43)，所述刚性气凝胶(43)和所述柔性气凝胶层(13)抵接。4.根据权利要求1所述的三维编织深冷高压储氢罐，其特征在于，所述支撑结构和所述外胆(20)材料相同，所述支撑结构和所述外胆(20)为一体结构。5.根据权利要求1所述的三维编织深冷高压储氢罐，其特征在于，所述玻璃纤维熔融层(11)浸入所述三维编织层(12)的孔隙内，所述容纳腔内用于容纳液氢或氢浆。6.根据权利要求1所述的三维编织深冷高压储氢罐，其特征在于，所述外胆(20)包括多个片状结构，所述片状结构通过热压和致密工艺成型，多个所述片状结构的周缘通过激光熔覆或高温等离子熔融工艺和玻璃纤维粉焊接连接。7.根据权利要求1所述的三维编织深冷高压储氢罐，其特征在于，所述真空泵(50)和所述内胆(10)之间具有间隙，所述真空泵(50)的一部分位于所述外胆(20)外，所述真空泵(50)和所述外胆(20)的连接处密封处理；所述三维编织深冷高压储氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁宗立，林晓斌，袁宗正，
申请(专利权)人：北京海神动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：