一种液氮辅助式低温高压氢气瓶及其使用方法

本发明属于氢气瓶，涉及一种液氮辅助式低温高压氢气瓶及其使用方法。

背景技术：

1、氢能作为一种零碳能源，具有来源丰富、环保无污染等一系列优点，被誉为21世纪最具发展潜力的二次能源。在各个领域被广泛使用，氢能的高效利用对解决世界面临的能源和环境问题具有重要意义。

2、高压储氢技术在氢能储存与输送领域占据主导地位。这种技术不仅设备结构简单，而且在压缩氧气制备方面的能耗相对较低，同时充装和排放速度也较快，这些特点使其非常适合于现代能源系统的需求。在高压氢气瓶的分类中，我们可以将其主要分为四种类型：ⅰ型、ⅱ型、ⅲ型和ⅳ型。不同类型的氢气瓶在设计和性能上有所差异，从而适用于不同的应用场景。

3、ⅰ型和ⅱ型氢气瓶，虽然在一定程度上满足了高压储氢的基本需求，但它们的重容比较大。这意味着在相同储氢量的条件下，这两种类型的氢气瓶需要更多的材料来制造，从而增加了整体重量，难以满足氢燃料电池汽车对储氢密度的严格要求。ⅲ型和ⅳ型氢气瓶则采用了更为先进的纤维全缠绕结构。不仅降低了氢气瓶的重容比，还提高了单位质量的储氢密度，因此可以储存更多的氢气，从而提高了氢燃料电池汽车的续航能力。

4、氢气瓶液氢存储压力为70-90mpa，一旦压力过大或者发生碰撞，容易泄露或发生爆炸存在很大的安全隐患，同时，现有的氢气瓶中保温层和承压层容易发生功能干扰，氢气瓶无法正常工作导致意外发生。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种液氮辅助式低温高压氢气瓶及其使用方法，在氢气瓶外屏胆上设置真空开口，用于装填隔热材料并确保真空隔热层处于真空状态，内层氢气和外层液氮采用两个进出口分别装填以及释放，避免相互干扰，解决现有技术中氢气瓶存在安全隐患而发生意外的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种液氮辅助式低温高压氢气瓶，包括自上而下依次设置的内瓶胆集成阀、瓶体、外瓶胆集成阀；所述瓶体包括外瓶体、内瓶体、内胆瓶口和外胆瓶口，所述内瓶体设置于外瓶体内部，所述内瓶体外壁与所述外瓶体内壁分离形成外胆腔，所述内胆瓶口设置在外瓶体一端与内瓶体连通，所述外胆瓶口设置在外瓶体另一端与外胆腔连通；所述内瓶胆集成阀与内胆瓶口固定连接，所述外瓶胆集成阀与外胆瓶口固定连接。

4、进一步地，所述外瓶体包括外瓶胆和设置在外瓶胆内的真空隔热层；所述真空隔热层用于填充隔热材料，所述外瓶胆与外屏胆口固定连接。

5、进一步地，所述外胆腔内设置有金属网状，所述外胆腔用于存储液氮。

6、进一步地，所述内瓶体包括由内而外依次粘合的阻气内胆层、抗电化腐蚀层、碳纤维缠绕层和玻璃纤维保护层；所述阻气内胆层远离抗电化腐蚀层的一侧为内胆腔，所述内胆腔用于存储氢气。

7、进一步地，所述外瓶胆靠近外胆瓶口一侧设置有真空层开口；所述真空层开口与真空隔热层相互连通。

8、进一步地，所述内胆瓶口包括自上而下固定连接的第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件；所述第一连接件与外瓶胆固定连接，所述第二连接件与外胆腔、玻璃纤维保护层固定连接；所述第三连接件与抗电化腐蚀层、碳纤维缠绕层固定连接；所述第四连接件与阻气内胆层固定连接。

9、进一步地，所述内瓶胆集成阀包括集成阀阀体，所述集成阀阀体一端设置有氢气出气管，另一端设置有第一固定件，所述氢气出气管和第一固定件均与集成阀阀体固定连接。

10、进一步地，所述内瓶胆集成阀还包括泄放装置、温压传感器，所述泄放装置和温压传感器相对设置在集成阀阀体侧壁，所述泄放装置和温压传感器之间设置有氢气充装口；所述泄放装置温压传感器和氢气充装口与集成阀阀体固定连接。

11、进一步地，所述第一固定件上设置有环形凹槽，环形凹槽通过密封件与内胆瓶口密封连接。

12、本发明还提供了一种液氮辅助式低温高压氢气瓶使用方法，基于上述一种液氮辅助式低温高压氢气瓶，包括以下步骤：将内瓶胆集成阀、瓶体、外瓶胆集成阀依次连接；存储氢气时，通过外胆瓶口先向外胆腔内充入低温的液氮，使内瓶体温度降低，然后通过内胆瓶口向内瓶体内充入氢气；使用时，通过内胆瓶口将内瓶体内的氢气流经管道进入所需设备。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

14、本发明一种液氮辅助式低温高压氢气瓶，内瓶体为承载高压的碳纤维缠绕复合气瓶，外瓶体为保温隔热气瓶，内瓶体以ⅳ型高压氢气瓶为原型，采用内而外依次粘合的阻气内胆层、抗电化腐蚀层、碳纤维缠绕层和玻璃纤维保护层组成，内胆腔用于储存高压的氢气；内瓶体与外瓶体通过液氮对内瓶体低温保藏，同时用金属网状对外瓶体和内瓶体进行支撑，液氮在金属网状之间流动，起到支撑的作用，避免因轻微碰撞或倾斜影响正常工作。

15、本发明一种液氮辅助式低温高压氢气瓶，外胆腔通过真空层开口填装隔热层材料并进行真空处理，外瓶体作为保温层保证内胆腔为低温环境，避免氢气瓶因压力过大而发生危险。

16、本发明一种液氮辅助式低温高压氢气瓶，内瓶体与外瓶体采用高压深冷的方式存储车载氢气，若发生碰撞，外层的液氮能够稀释高压氢气，避免燃爆的问题，与现有的氢气瓶相比，在保留ⅳ型高压氢气瓶装载大的优点的同时，还解决了一碰撞发生爆燃的问题，大大提高了安全性。

17、本发明一种液氮辅助式低温高压氢气瓶，外瓶体采用氮气充装口和氮气出气管进行填装和释放，内瓶体采用氢气充装口和氢气出气管进行填装和释放，且内瓶胆集成阀上设置有温压传感器，以实时监测低温高压氢气的状态；外瓶胆集成阀上设置有温度传感器、压力传感传感器、氢气传感器，以监控液氮的状态、有无氢气泄露，避免了相互干扰。

技术特征：

1.一种液氮辅助式低温高压氢气瓶，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的液氮辅助式低温高压氢气瓶，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的液氮辅助式低温高压氢气瓶，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的液氮辅助式低温高压氢气瓶，其特征在于：

5.根据权利要求2所述的液氮辅助式低温高压氢气瓶，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的液氮辅助式低温高压氢气瓶，其特征在于：

7.根据权利要求2所述的液氮辅助式低温高压氢气瓶，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的液氮辅助式低温高压氢气瓶，其特征在于：

9.根据权利要求7所述的液氮辅助式低温高压氢气瓶，其特征在于：

10.一种液氮辅助式低温高压氢气瓶使用方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一所述的液氮辅助式低温高压氢气瓶，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于氢气瓶技术领域，公开了一种液氮辅助式低温高压氢气瓶及其使用方法，该装置包括自上而下依次设置的内瓶胆集成阀、瓶体、外瓶胆集成阀；瓶体包括外瓶体、内瓶体、内胆瓶口和外胆瓶口，内瓶体设置于外瓶体内部，内瓶体外壁与所述外瓶体内壁分离形成外胆腔，所述内胆瓶口设置在外瓶体一端与内瓶体连通，外胆瓶口设置在外瓶体另一端与外胆腔连通；内瓶胆集成阀与内胆瓶口固定连接，外瓶胆集成阀与外胆瓶口固定连接，内瓶体与外瓶体采用高压深冷的方式存储车载氢气，若发生碰撞，外层的液氮能够稀释高压氢气，解决现有技术中氢气瓶存储氢气压力过大发生爆炸以及保温层和承压层发生功能干扰，氢气瓶无法正常工作。

技术研发人员：朱成成,王思齐,董渊哲,孟德安,景梓轩,梁浩杰,王在民
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30