阅读说明：本技术 一种迷宫支撑管式车载低温绝热气瓶 (Labyrinth supporting tube type vehicle-mounted low-temperature heat insulation gas cylinder ) 是由 刘培启 许海洋 胡大鹏 范海贵 王泽武 于洋 阎琨 于 2019-11-20 设计创作，主要内容包括：一种迷宫支撑管式车载低温绝热气瓶,属于移动式低温绝热压力容器领域。这种车载低温绝热气瓶主要结构特点在于其前支撑结构和后支撑结构。在不改变气瓶结构的前提下,前后支撑的内管和外管均设计成内外交错的迷宫式圆管结构,该结构可以在保证支撑结构强度的同时有效加长导热路径,相对于传统的圆管可大幅度降低漏热量。为了消除热胀冷缩引起的热应力,前后支撑结构采用前端固定、后端滑动的形式。其中,前端支撑固定可以方便气瓶与外侧进出口接管有效连接；后端采用支撑管滑移结构,克服了常规气瓶的后支撑圆柱体直径小、径向晃动大等问题。本发明还具有焊点少、结构简单和强度易保证等优点,该结构可用于存装其他类似的低温液化气。(A labyrinth support tube type vehicle-mounted low-temperature heat insulation gas cylinder belongs to the field of mobile low-temperature heat insulation pressure vessels. The main structural characteristics of the vehicle-mounted low-temperature heat insulation gas cylinder are a front support structure and a rear support structure. Under the prerequisite that does not change the gas cylinder structure, the inner tube and the outer tube of front and back support all design into inside and outside crisscross labyrinth pipe structure, and this structure can effectively lengthen heat conduction route when guaranteeing bearing structure intensity, can reduce the heat leakage quantity by a wide margin for traditional pipe. In order to eliminate thermal stress caused by thermal expansion and cold contraction, the front and rear supporting structures are fixed at the front ends and slide at the rear ends. The front end of the air cylinder is supported and fixed, so that the air cylinder can be conveniently and effectively connected with an inlet and outlet connecting pipe at the outer side; the rear end adopts a supporting tube sliding structure, and the problems of small diameter, large radial shaking and the like of a rear supporting cylinder of a conventional gas cylinder are solved. The invention also has the advantages of less welding spots, simple structure, easy strength guarantee and the like, and the structure can be used for storing other similar low-temperature liquefied gases.)

一种迷宫支撑管式车载低温绝热气瓶

技术领域

本发明涉及一种迷宫支撑管式车载低温绝热气瓶，属于移动式低温压力容器领域，特别是目前快速发展的低温绝热气瓶。

背景技术

气瓶等移动式压力容器主要用于工业原料、民用燃料的储运，是国民经济发展重要的基础装备和人们生活重要的基础设施。据统计，我国气瓶等移动式压力容器年产量3000万台（只），在用量近1.4亿台（只），均居世界第一，具有量大面广、可移动性、介质易燃易爆等特性。因此，近年来国家特别重视气瓶等移动式压力容器相关技术研究。

随着传统能源石油、煤日渐枯竭，加上石油、煤燃烧产物产生的温室效应和酸雨，使人类面临能源、资源和环境危机的严峻挑战，人类越来越需要洁净的新能源。而氢能以其可再生的优势和丰富的资源引起了人们广泛的兴趣，而且氢不会造成环境污染，是一种非常理想、清洁的能源。为了减少车辆排放的二氧化碳，以氢作为燃料的燃氢汽车开发盛行，对低温液氢气瓶的研究也随之不断发展。和传统的车载低温绝热气瓶相比，液氢由于其介质温度极低（设计温度为-253℃），在同等条件下的漏热量远高于传统气瓶，因此对液氢介质的低温绝热气瓶结构设计的研究，需要注意降低气瓶整体的导热量提升绝热性能。

低温绝热气瓶的支撑管是气瓶漏热结构设计的关键，它不仅要有足够的强度来承受车载时的各种载荷，还要尽可能地减少漏热。传统的支撑管结构，在保障强度的前提下，壁厚太大引起传热损失过高，研究表明支撑结构的热流比例高达30-50%，无法满足车载液氢气瓶的需求。相反，若通过减小壁厚降低热损失，则无法满足支撑强度和机械加工等方面的要求。因此，研制一种结构可靠、传热量小、加工便捷的车载低温绝热气瓶是很有必要的。

本发明提供一种迷宫支撑管式车载低温绝热气瓶，在不改变气瓶结构复杂程度的前提下，前后支撑的内管和外管均设计成内外交错的迷宫式圆管结构，该结构可以在保证支撑结构强度的同时有效加长导热路径，相对于传统的圆管可大幅度降低漏热量，保证气瓶长周期稳定运行。

本发明采用的技术方案是：一种迷宫支撑管式车载低温绝热气瓶，它包括内胆、外壳、端部管路和支撑结构，所述外壳内设有包裹内胆的绝热层，所述端部管路包括穿过外壳进入内胆的进液管、增压管、出液管和回气管，所述支撑结构采用卧式支撑或立式支撑；所述卧式支撑包括前支撑结构和后支撑结构，采用前支撑结构固定、后支撑结构滑移的形式，所述前支撑结构包含外壳前封头、内胆前封头、前焊接法兰、迷宫式前支撑内管、迷宫式前支撑外管和前支撑连接盖，前焊接法兰一端与外壳前封头固定相连，另一端与迷宫式前支撑内管焊接在一起，迷宫式前支撑内管通过端部的前支撑连接盖与迷宫式前支撑外管的一端连接在一起，迷宫式前支撑外管的另一端和内胆前封头焊接在一起，前支撑结构通过前隔套和外界环境隔开；所述后支撑结构包含外壳后封头、内胆后封头、后滑套法兰、迷宫式后支撑内管、迷宫式后支撑外管和后支撑连接盖，后滑套法兰一端与外壳后封头固定相连，另一端的滑套内壁与迷宫式后支撑内管的外壁成滑动配合，迷宫式后支撑内管通过后支撑连接盖与迷宫式后支撑外管的一端连接在一起，迷宫式后支撑外管的另一端与内胆后封头焊接在一起，后支撑结构通过后隔套和外界环境隔开。

所述迷宫式前支撑内管、迷宫式前支撑外管、迷宫式后支撑内管和迷宫式后支撑外管根据漏热率设计成不同的内外交错的迷宫式结构，对于方形锯齿型迷宫结构的内管和外管，其管壁厚度为3-30 mm，每个方形锯齿的轴向长度为1-10 mm，形成内外交错的结构。

所述迷宫式前支撑内管、迷宫式前支撑外管、迷宫式后支撑内管和迷宫式后支撑外管采用梯形、圆形、三角形或螺旋形状的迷宫式结构。

所述绝热气瓶用于存装LNG、液氮、液氧或液氢。

所述立式支撑只采用前支撑结构，把绝热气瓶立式放置并固定。

本发明的有益效果是：一种迷宫支撑管式车载低温绝热气瓶，卧式支撑结构包括前支撑结构和后支撑结构两部分，为了消除热胀冷缩引起的热应力，前后支撑结构采用前端固定、后端滑动的形式。其中，前端支撑固定可以方便气瓶与外侧进出口接管的有效连接；后端支撑滑动选择支撑管滑移结构，克服了常规低温瓶的后支撑圆柱体直径小、径向晃动大、与外壳连接的支撑结构精度难保证等问题。不同于传统的直圆管，本发明中的前支撑内管和后支撑内管设计成内外交错的迷宫式结构或者其他类似的锯齿型结构，在有限的长度条件下，采用这种内外交错的结构延长了导热路径，可使该处漏热量减少1/3以上。而且，这种颈管样式可通过机械加工方法实现，具有焊点少、缺陷少和强度易保证的优点。本发明的气瓶不仅能够用于存装液化氢气，同样可用于存装LNG、液氮、液氧等其他低温液化气体，使用范围不受介质限制。若去掉本气瓶的后支撑部分，包括后支撑连接盖、迷宫式后支撑外管、迷宫式后支撑内管、后滑套法兰和后隔套，立式放置，还可变为立式低温绝热气瓶。

附图说明

图1是一种迷宫支撑管式车载低温绝热气瓶的结构图。

图2是图1中绝热气瓶端部管路的管口方位图。

图3是图1中的A放大图。

图4是图1中的B放大图。

图5是图3中的C放大图。

图中：1、外壳前封头，2、前焊接法兰，3、迷宫式前支撑内管，4、内胆前封头，5、迷宫式前支撑外管，6、前支撑连接盖，7、前隔套， 8、后支撑连接盖，9、迷宫式后支撑外管，10、迷宫式后支撑内管，11、内胆后封头，12、后滑套法兰，13、外壳后封头， 14、后隔套，15、绝热层，16、进液管， 17、增压管， 18、出液管， 19、回气管。

具体实施方案

下面结合附图对本装置做详细的说明。

图1示出了一种迷宫支撑管式车载低温绝热气瓶的结构图。该绝热气瓶包括内胆、外壳、端部管路、绝热层15、设置在前隔套7中的前支撑结构以及设置在后隔套14中的后支撑结构。

图2是图1中绝热气瓶端部管路的管口方位图。进液管16、增压管17、出液管18和回气管19均穿过外壳前封头1和内胆前封头4进入内胆里面。

图3示出了前支撑组件的结构图（图1中的A放大图）。前支撑组件包含外壳前封头1、内胆前封头4、前焊接法兰2、迷宫式前支撑内管3、迷宫式前支撑外管5和前支撑连接盖6。前焊接法兰2一端和外壳前封头1通过焊接固定相连，另一端与迷宫式前支撑内管3焊接在一起，迷宫式前支撑内管3通过端部的前支撑连接盖6与迷宫式前支撑外管5固定连接，迷宫式前支撑外管5的另一端与内胆前封头4焊接在一起。

图4示出了后支撑组件的结构图（图1中的B放大图）。后支撑结构包含外壳后封头13、内胆后封头11、后滑套法兰12、迷宫式后支撑内管10、迷宫式后支撑外管9和后支撑连接盖8，后滑套法兰12一端与外壳后封头13固定相连，另一端的滑套内壁与迷宫式后支撑内管10的外壁成滑动配合，迷宫式后支撑内管10通过后支撑连接盖8与迷宫式后支撑外管9的一端连接在一起，迷宫式后支撑外管9的另一端与内胆后封头11焊接在一起。

图5示出了迷宫式支撑的详细结构图（图4中的C放大图）。颈管整体加工成这种内外交错的形式，根据气瓶对颈管强度和漏热量要求的不同，图中迷宫式支撑管和倒角的具体尺寸可以随之变化。

采用上述技术方案，车载低温绝热气瓶支撑结构保留了足够的支撑强度，可以承受住车载时产生的各种载荷。该支撑结构采用前部固定、后部滑移的支撑形式，有效地降低了气瓶内部的热应力，提高了气瓶使用寿命。前后支撑的内管和外管均设计成内外交错的迷宫式圆管结构，与传统圆管相比，大大增加了导热路径，减小了漏热量，达到了低温绝热目的。同理，在车载低温绝热气瓶的介质或应用场合发生变化时，前后支撑的内管和外管还可采用梯形、圆形、三角形等不同形状的交错锯齿型结构，其原理和迷宫式结构相同，最终可获得相同的技术效果。

本发明的气瓶不仅能够用于存装液化氢气，同样可用于存装LNG、液氮、液氧等其他低温液化气体，使用范围不受介质限制。在上述方案的基础上，若去掉本气瓶的后支撑部分，包括后支撑连接盖8、迷宫式后支撑外管9、迷宫式后支撑内管10、后滑套法兰12和后隔套14，立式放置，该方案则变为立式低温绝热气瓶。