一种双层低温液氢球罐设备

技术领域

本发明涉及液氢储罐技术领域，尤其涉及一种双层低温液氢球罐设备。

背景技术

尽管氢的液化是一项较为成熟的技术，但由于氢具有一些特殊物理性质，如存在焦耳—汤姆逊转变温度、沸点低（20.4K）、液态正—仲自发转化放热等，使得氢的液化成本增高，且液氢的储存及运输都有一定的困难。

液氢储罐主要有球形储罐（球形储罐又称球罐）和圆筒形储罐两种，球形储罐与圆筒形储罐相比，在相同容积和相同压力下，球罐的表面积最小，故球罐所需钢材面积少；在相同直径情况下，球罐壁内应力最小，而且均匀，故球罐的承载能力比圆筒形储罐大一倍，球罐的板厚只需相应圆筒形储罐壁板厚度的一半。目前国内大多数为单壁球罐，而双层球罐技术还不成熟，对于双层球罐的结构也还处于探索阶段。

发明内容

本发明所需解决的技术问题是：提供一种既能方便球罐的制造及检测又能提高球罐整体结构的稳固性的双层低温液氢球罐设备。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的一种双层低温液氢球罐设备，包括：带空腔的球状的外容器和带空腔的球状的内容器，内容器悬空设置于外容器的空腔中，且内容器外壁与外容器内壁之间形成真空夹层；带液位计的中轴管下端依次密封穿过外容器顶部连接口、内容器顶部连接口、内容器底部连接口、外容器底部连接口后伸出外容器外，且中轴管的轴线与内容器的竖向中心线重叠；在位于内容器的空腔中的中轴管上设置有内部旋转梯，内部旋转梯不与内容器接触，内部旋转梯的下端固定连接于中轴管的下段，内部旋转梯的上端固定连接于中轴管的上段，且内部旋转梯由下端向上端呈螺旋线状旋转至少360°；在外容器的内壁的中间位置上、围绕于内壁的水平圆周方向固定设置有固定座组，在真空夹层的下半部分设置有至少四个不与内容器及外容器接触的弧状直梯，各弧状直梯的下端固定连接于中轴管的下段，各弧状直梯的上端固定连接于固定座组上，各弧状直梯的弧度凸出方向朝向外容器，且各弧状直梯相对于中轴管的轴线呈旋转对称分布；在真空夹层的上半部分设置有N（N≥2）个不与内容器及外容器接触的外部旋转梯，各外部旋转梯的上端固定连接于中轴管的上段，各外部旋转梯的下端固定连接于固定座组上，各外部旋转梯由下端向上旋转至上端的总旋转角度β≤（360°/N），且各外部旋转梯相对于中轴管的轴线呈旋转对称分布。

进一步地，前述的一种双层低温液氢球罐设备，其中，在内容器顶部设置有一对用于测量内容器的内腔顶部区域温度的顶部温度计，在内容器底部设置有一对用于测量内容器的内腔底部区域温度的底部温度计，各顶部温度计、各底部温度计的信号线均连接于外容器侧壁上的仪表通讯接口上；在位于内容器的空腔中的中轴管上由上至下间隔设置有若干对内部温度计，各内部温度计的信号线穿于中轴管内后从中轴管顶部伸出。

进一步地，前述的一种双层低温液氢球罐设备，其中，位于内容器底部连接口处的内容器内壁上固定设置有圆台状支承座，圆台状支承座的上端直径小于圆台状支承座的下端直径，中轴管密封穿插于圆台状支承座的中心通孔中。

进一步地，前述的一种双层低温液氢球罐设备，其中，在内容器的外壁上固定设置有用于吸附真空夹层中的气体的吸附器。

进一步地，前述的一种双层低温液氢球罐设备，其中，在中轴管与外容器底部连接口之间设置有缓冲连接部，所述的缓冲连接部的具体结构为：双管结构的连接管从中轴管底部套入，连接管底部通过下连接固定部密封固定于中轴管底部外壁上，且连接管内壁与中轴管外壁之间形成中空夹层，在连接管上套设有波纹管，波纹管顶部通过上连接固定部密封固定于连接管外壁上，波纹管底部通过外容器连接部密封固定连接于外容器底部连接口上，且波纹管内壁与连接管外壁之间留有间隙。

进一步地，前述的一种双层低温液氢球罐设备，其中，所述的中轴管为由内管和外管构成的双管结构。

本发明的有益效果是：①各内部旋转梯的设置，既能方便内容器的制造及检修，以及提高球罐整体结构的稳固性，又能实现内容器内腔中温度的均匀传导，避免出现局部区域过热等情况；此外，呈螺旋线状旋转的内部旋转梯结构尤其适用于大容量（容积为3000～10000立方米）的球罐中使用；②各外部旋转梯及各弧状直梯的设置，既能方便球罐的制造及检修，又能提高球罐整体结构的稳固性；③缓冲连接部的设置，通过波纹管的形变，能缓冲大容器由于从常温到低温引起的形变，提高双层液氢球罐的安全稳定使用性能。

附图说明

图1是本发明所述的一种双层低温液氢球罐设备的结构示意图。

图2是缓冲连接部的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本发明所述的一种双层低温液氢球罐设备，包括：带空腔的球状的外容器1和带空腔的球状的内容器2，内容器2悬空设置于外容器1的空腔中，且内容器2的外壁与外容器1的内壁13之间形成真空夹层10。内容器2悬空设置于外容器1的空腔中的结构通常采用支撑结构，即：内容器2和外容器1上设置有若干组用以共同支撑内容器2和外容器1的支撑结构。带液位计的中轴管5下端依次密封穿过外容器顶部连接口11、内容器顶部连接口21、内容器底部连接口22、外容器底部连接口12后伸出外容器1外，且中轴管5的轴线与内容器2的竖向中心线重叠。

如图1所示，在位于内容器2的空腔中的中轴管5上设置有内部旋转梯3，内部旋转梯3不与内容器2直接接触，内部旋转梯3的下端固定连接于中轴管5的下段，内部旋转梯3的上端固定连接于中轴管5的上段，且内部旋转梯3由下端向上端呈螺旋线状旋转至少360°。各内部旋转梯3不与内容器2的内壁直接接触，因而可以大大降低漏热量。该结构的设置既能方便内容器2的制造及检修，以及提高球罐整体结构的稳固性，又能实现内容器内腔中温度的均匀传导，避免出现局部区域过热等情况。此外，呈螺旋线状旋转的内部旋转梯结构尤其适用于大容量（容积为3000～10000立方米）的球罐中使用。

在外容器1的内壁的中间位置上、围绕于内壁的水平圆周方向固定设置有固定座组6，在真空夹层10的下半部分设置有至少四个不与内容器2及外容器1直接接触的弧状直梯61，各弧状直梯61的下端固定连接于中轴管5的下段，各弧状直梯61的上端固定连接于固定座组6上，各弧状直梯61的弧度凸出方向朝向外容器1，且各弧状直梯61相对于中轴管5的轴线呈旋转对称分布。在真空夹层10的上半部分设置有N（N≥2）个不与内容器2及外容器1接触的外部旋转梯62，各外部旋转梯62的上端固定连接于中轴管5的上段，各外部旋转梯62的下端固定连接于固定座组6上，各外部旋转梯62由下端向上旋转至上端的总旋转角度β≤（360°/N），且各外部旋转梯62相对于中轴管5的轴线呈旋转对称分布。这里固定座组6可以设置成沿外容器1的内壁的水平圆周方向环绕一周的固定座支架结构，也可以由若干间隔设置的固定座构成，各固定座依次顺序间隔排列于外容器1的内壁的水平圆周方向一周。各外部旋转梯62及各弧状直梯61不与外容器1的内壁及内容器2的外壁直接接触，因而可以大大降低漏热量。此外，该结构的设置既能方便球罐的制造及检修，又能提高球罐整体结构的稳固性。

为提高中轴管5连接的稳固性，进而提高整个球罐整体结构的稳固性，如图1所示，本实施例中，在位于内容器底部连接口22处的内容器2的内壁上固定设置有圆台状支承座51，圆台状支承座51的上端直径小于圆台状支承座51的下端直径，中轴管5密封穿插于圆台状支承座51的中心通孔中。圆台状支承座51的设置还能进一步降低内容器底部连接口22处出现渗漏情况的概率。

如图1所示，本实施例中，在内容器2的顶部设置有一对用于测量内容器2的内腔顶部区域温度的顶部温度计41，在内容器2的底部设置有一对用于测量内容器2的内腔底部区域温度的底部温度计42，各顶部温度计41、各底部温度计42的信号线均连接于外容器1侧壁上的仪表通讯接口4上；在位于内容器2的空腔中的中轴管5上由上至下间隔设置有若干对内部温度计43，各内部温度计43的信号线穿于中轴管5内后从中轴管5的顶部伸出。在中轴管5由上至下各区域分别设置一对内部温度计43，通过一对内部温度计43检测相同区域的温度，可以提高该处区域温度检测的准确性。此外，当某一区域的其中一个内部温度计43失效无法检测温度时，该区域的另一个正常工作的内部温度计43依然能检测出该区域的温度。

由于氢分子非常小，运动速度较高，因此，在容器超长时间储存过程中，随着氢气分子不断运动，会有微量氢气移动至真空夹层10，影响容器真空度并造成容器蒸发增大，为保证真空夹层10的真空度，如图1所示，本实施例中，在内容器2的外壁上固定设置有用于吸附真空夹层10中的气体的吸附器23。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上进行进一步设计。

如图2所示，本实施例中，在中轴管5与外容器底部连接口12之间设置有缓冲连接部，所述的缓冲连接部的具体结构为：双管结构的连接管82从中轴管5底部套入，连接管82底部通过下连接固定部81密封固定于中轴管5底部外壁上，且连接管82的内壁与中轴管5的外壁之间形成中空夹层80，在连接管82上套设有波纹管84，波纹管84的顶部通过上连接固定部83密封固定于连接管82的外壁上，波纹管84的底部通过外容器连接部85密封固定连接于外容器底部连接口12上，且波纹管84的内壁与连接管82的外壁之间留有间隙。这里通过波纹管84的形变，能缓冲大容器由于从常温到低温引起的形变，提高球罐的安全稳定使用性能。

本实施例中,所述的中轴管5为由内管52和外管53构成的双管结构。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。