低温高压复合材料储氢容器

本发明涉及一种低温高压复合材料储氢容器，特别是一种氢气无相变的低温高压复合材料储氢容器。

背景技术：

1、当前，常见的商用车载储氢方式主要为常温高压氢(cgh2)和低温液氢(lh2)，常温高压氢，即存储温度为室温，存储压力为350bar或者700bar。日本的miria氢燃料电池车存储系统采用700bar的ⅳ型瓶，系统体积与质量储氢密度分别为30g/l，5.7％，显然与doe的最终目标存在较大差距；而国内目前多采用350bar的ⅲ型瓶，系统体积储氢密度仅在10～20g/l。仅考虑氢气本身密度达到50g/l时，压力需1 020bar，而要达到系统储氢目标，压力则需远高于1 020bar，这就对材料提出了更高难度的挑战，增加制造成本，运行安全性也令人担忧。液氢储存形式(～20k，＜4bar)储氢密度相对较高，但由于氢的汽化潜热值低，热稳定性较差，一旦有外界热输入，液氢会迅速汽化导致容器内压力急剧上升，因此在液氢容器设计中通常留有5％～15％的水容积余隙，目前车载液氢容器的无排放存储时间较短，仅为2～5天。因此，传统的氢能存储无论从技术层面还是从实际车载应用的性能要求方面均还无法达到满意的要求。

2、低温高压氢(cch2)介于cgh2和lh2之间混合解决方案，采用较低的压缩压力(相较于常温高压)和较高的冷却温度(相较于液氢温度)，从而实现较低能耗和较高储氢密度的目标，本发明即是该方案的具体实现方法。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的液氢容易挥发和常温高压储氢密度偏低的问题，本发明的目的在于提供一种介于cgh2和lh2之间混合解决方案，采用较低的压缩压力(相较于常温高压)和较高的冷却温度(相较于液氢温度)，从而实现较低能耗和较高储氢密度的目标。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

3、所述储氢容器主要由金属内衬、缠绕在金属内衬外的碳纤维复合材料增强层以及包覆在碳纤维复合材料增强层外的隔热层组成，所述隔热层外还包覆有真空外壳，在真空外壳的下端设有抽真空接管，在真空外壳上端内周开设有o形圈槽，o形圈槽内布置多级o形圈，使得真空外壳与金属内衬的瓶口之间用多级o形圈形成密封，金属内衬的瓶口设有瓶口系统；

4、瓶口系统上有低压氢气出口管、冷却液进口管、冷却液出口管，冷却液进口管与冷却液出口管通过管道连接到温度补偿器。

5、所述瓶口系统主要由置于隔热罩内的瓶口阀系统以及穿设过瓶口阀系统和隔热罩的低压氢气出口管、冷却液进口管、冷却液出口管构成，低压氢气出口管、冷却液进口管、冷却液出口管上端均穿出隔热罩后与温度补偿器连接，冷却液进口管和冷却液出口管下端穿过瓶口阀系统后在金属内衬内通过换热管联通。

6、所述的换热管为u形换热管，换热管上设置有换热翅片，换热管的两个端口朝上且分别和冷却液进口管、冷却液出口管连通。

7、所述瓶口阀系统主要由瓶口阀座和安装于瓶口阀座上的减压阀、截止阀、加注口覆盖门和安全阀，瓶口阀座装于金属内衬的瓶口内，减压阀、截止阀的上端分别与低压氢气出口管、低温高压氢气加注口下端连通，减压阀、截止阀的下端经瓶口阀座的内部管道后一起连通到金属内衬的瓶内，低温高压氢气加注口上端不穿出于隔热罩，低温高压氢气加注口上方的隔热罩开口并设置有加注口覆盖门；安全阀上端穿出于金属内衬的瓶口外且隔热罩内，安全阀下端连通到金属内衬的瓶内。

8、所述的温度补偿器主要由绝热保温箱和置于绝热保温箱内的冷却液体组成，绝热保温箱内设有液位仪，绝热保温箱上设有液相出口管、气相管和进出口管，进出口管上设有可控电磁阀，冷却液通过液相管下端伸入到绝热保温箱底部，气相管和进出口管的下端伸入到绝热保温箱顶部，冷却液通过液相管和气相管的上端穿出绝热保温箱后分别与冷却液进口管、冷却液出口管联通，进出口管穿出于绝热保温箱。

9、所述的瓶口阀座的下端通过螺纹方式旋入安装于金属内衬的瓶口；所述的瓶口阀座的下端外周面设有隔热膜，隔热膜将瓶口阀座和金属内衬瓶口的上端面隔开；所述的瓶口阀座的下端台阶底面设有隔热垫片，隔热垫片将瓶口阀座和金属内衬瓶口内周的螺纹面隔开。

10、本发明具有的有益的效果是：

11、1.本技术方案采用了低温氢气的高密度和压缩氢气的易于实现的优点，解决了目前常温高压储氢的储氢密度偏低和液氢易于挥发、能耗高的缺点。

12、2.将金属内衬通过隔热材料物理隔开和抽真空的方法，减少冷量的损失，延长保温时间。

13、3、采用特定的温度补偿器，可以确保高压储氢气瓶内部温度恒定。

技术特征：

1.一种低温高压复合材料储氢容器，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种低温高压复合材料储氢容器，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种低温高压复合材料储氢容器，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种低温高压复合材料储氢容器，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种低温高压复合材料储氢容器，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种高压低温复合材料储氢容器，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种低温高压复合材料储氢容器。包括金属内衬、碳纤维复合材料增强层和隔热层，隔热层外还包覆有真空外壳，在真空外壳的下端设有抽真空接管，在真空外壳上端内周开设有O形圈槽，O形圈槽内布置多级O形圈，使得真空外壳与金属内衬的瓶口之间用多级O形圈形成密封，金属内衬的瓶口设有瓶口系统；瓶口系统上有低压氢气出口管、冷却液进口管、冷却液出口管，冷却液进口管与冷却液出口管通过管道连接到温度补偿器。本发明解决了目前常温高压储氢的储氢密度偏低和液氢易于挥发、能耗高的缺点，将金属内衬通过隔热材料物理隔开和抽真空的方法，减少冷量的损失，延长保温时间，用特定温度补偿器确保高压储氢气瓶内部温度恒定。技术研发人员：郑传祥,卢锦杰,宋兆波受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16