双层低温液氢球罐的支撑结构的制作方法

本实用新型涉及液氢储罐技术领域，尤其涉及一种双层低温液氢球罐的支撑结构。

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。

用于储存液氢的液氢储罐不论绝热性能多好，都会或多或少存在漏热点，而液氢极易受到外界漏热影响。由于液氢储罐必须有牢固的支撑结构，而支撑结构也是主要的热桥，其漏热量往往超过液氢储罐罐体总漏热量的30%，如何降低支撑结构的漏热量也是该领域比较棘手的问题。

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及支撑结构也还处于探索阶段。

技术实现要素：

本实用新型所需解决的技术问题是：提供一种结构简单、且能在保证支撑稳定的前提下大大降低支撑结构对外部环境的热传递的双层低温液氢球罐的支撑结构。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：所述的双层低温液氢球罐的支撑结构，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，在内容器和外容器上设置有若干组用以共同支撑内容器和外容器的支撑结构；每组支撑结构的具体结构为：在内容器的外壁上固定设置有壁耳，竖向设置的上支撑管顶部通过上部绝缘结构固定安装于壁耳上；在上支撑管的正下方的外容器上开设有上下贯通的连接孔，竖向设置的下支撑管顶部从连接孔底部穿过连接孔后通过中部绝缘结构固定连接于上支撑管底部，在中部绝缘结构与连接孔之间的下支撑管上套设有连接支撑管，在连接支撑管底部固定设置有与外容器的内壁轮廓匹配的内壁托板，连接支撑管底部通过内壁托板固定连接于外容器的内壁上，外支撑管从下支撑管底部套入下支撑管上，且外支撑管内壁与下支撑管外壁之间形成中空夹层，在外支撑管顶部固定设置有与外容器的外壁轮廓匹配的外壁托板，外支撑管顶部通过外壁托板固定连接于外容器的外壁上；在外支撑管底部固定设置有底部支撑座，下支撑管底部通过底部绝缘结构固定于外支撑管内壁上，且下支撑管底部不与底部支撑座直接接触。

进一步地，前述的双层低温液氢球罐的支撑结构，其中，上支撑管为由第一上支撑管和套于第一上支撑管上的第二上支撑管构成的双管结构；下支撑管为由第一下支撑管和套于第一下支撑管上的第二下支撑管构成的双管结构。

进一步地，前述的双层低温液氢球罐的支撑结构，其中，第一上支撑管的热传导能力低于第二上支撑管的热传导能力，第一上支撑管的强度低于第二上支撑管的强度；第一下支撑管的热传导能力低于第二下支撑管的热传导能力，第一下支撑管的强度低于第二下支撑管的强度。

进一步地，前述的双层低温液氢球罐的支撑结构，其中，所述的上部绝缘结构的具体结构为：在壁耳上开设有竖向安装孔，竖向安装孔位于连接孔的正上方；在上支撑管顶部固定设置有上支撑座，在上支撑座中开设有上下贯通的螺纹通孔，螺栓从螺纹通孔底部旋入后依次穿过下绝缘垫片、垫片、竖向安装孔、垫片组后与螺母旋紧；在螺栓与垫片组之间套设有使螺栓与垫片组不直接接触的上绝缘垫片，竖向安装孔孔径及垫片孔径均大于螺栓的外直径，从而使螺栓与竖向安装孔孔壁及垫片孔壁均不直接接触。

进一步地，前述的双层低温液氢球罐的支撑结构，其中，上支撑座底部向下延伸形成与螺纹通孔同轴线的圆筒状安装座，第一上支撑管固定于圆筒状安装座底部，第二上支撑管固定套于圆筒状安装座上；在圆筒状安装座底部固定设置有防止螺栓掉入第一上支撑管内的螺栓挡条。

进一步地，前述的双层低温液氢球罐的支撑结构，其中，所述的中部绝缘结构的具体结构为：在上支撑管底部固定设置有第一中部支撑座，第一中部支撑座顶部伸入支撑于上支撑管底部内壁上；在裸露于上支撑管外的第一中部支撑座上包裹有第一绝缘层，在下支撑管及连接支撑管顶部固定设置有第二中部支撑座，在第二中部支撑座顶部向内开设有容纳带第一绝缘层的第一中部支撑座的凹槽，带第一绝缘层的第一中部支撑座卡嵌于凹槽中。

进一步地，前述的双层低温液氢球罐的支撑结构，其中，在下支撑管内壁与第二中部支撑座底部之间固定设置有若干支撑用加强筋板。

进一步地，前述的双层低温液氢球罐的支撑结构，其中，所述的底部绝缘结构的具体结构为：在下支撑管底部固定设置有下支撑座，下支撑座顶部伸入支撑于下支撑管底部内壁上，在位于下支撑管外的下支撑座上包裹有第二绝缘层，带第二绝缘层的下支撑座固定支撑于外支撑管内壁上及底部支撑座上。

进一步地，前述的双层低温液氢球罐的支撑结构，其中，在内容器和外容器上设置有八组用以共同支撑内容器和外容器的支撑结构，各支撑结构相对于内容器的竖向中心轴线呈旋转对称分布。

进一步地，前述的双层低温液氢球罐的支撑结构，其中，穿过壁耳中心的水平面与穿过内容器中心的水平面均处于同一水平面上。

本实用新型的有益效果是：在保证支撑稳定的前提下大大降低了支撑结构对外部环境的热传递，从而大大降低双层低温液氢球罐中整体支撑结构的漏热量。

附图说明

图1是本实用新型所述的双层低温液氢球罐的支撑结构的结构示意图。

图2是图1中a部分的放大结构示意图。

图3是图1中b部分的放大结构示意图。

图4是图1中c部分的放大结构示意图。

图5是图1俯视方向围绕于内容器周围的支撑结构的分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本实用新型所述的技术方案作进一步详细的说明。

如图1和图5所示，本实施例中所述的双层低温液氢球罐的支撑结构，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的内壁之间形成真空夹层102，在内容器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10。

如图1、图2和图3所示，每组支撑结构10的具体结构为：在内容器2的外壁上固定设置有壁耳21，竖向设置的上支撑管3顶部通过上部绝缘结构5固定安装于壁耳21上。在上支撑管3的正下方的外容器1上开设有上下贯通的连接孔11，竖向设置的下支撑管4顶部从连接孔11的底部穿过连接孔11后通过中部绝缘结构6固定连接于上支撑管3底部，在中部绝缘结构6与连接孔11之间的下支撑管4上套设有连接支撑管8，在连接支撑管8底部固定设置有与外容器1的内壁轮廓匹配的内壁托板81，连接支撑管8底部通过内壁托板81固定连接于外容器1的内壁上，外支撑管9从下支撑管4底部套入下支撑管4上，且外支撑管9的内壁与下支撑管4的外壁之间形成中空夹层409，在外支撑管9顶部固定设置有与外容器1的外壁轮廓匹配的外壁托板91，外支撑管9顶部通过外壁托板91固定连接于外容器1的外壁上。在外支撑管9底部固定设置有底部支撑座92，下支撑管4底部通过底部绝缘结构7固定于外支撑管9的内壁上，且下支撑管4的底部不与底部支撑座92直接接触。内壁托板81和外壁托板91的设置主要起固定及结构加强作用。

这里采用上部绝缘结构5、中部绝缘结构6、底部绝缘结构7三段结构，最大化降低外界热量通过支撑结构进行热传递，提高双层低温液氢球罐的安全稳定使用性能。

如图2和图3所示，本实施例中，上支撑管3为由第一上支撑管31和套于第一上支撑管31上的第二上支撑管32构成的双管结构。第一上支撑管31可以采用热传导低的支撑管结构，主要起隔热作用，而第二上支撑管32可以采用热传导比较稳定且强度比较高的支撑管结构，主要起支撑作用，因而第一上支撑管31的热传导能力低于第二上支撑管32的热传导能力，第一上支撑管31的强度低于第二上支撑管32的强度。

如图3和图4所示，本实施例中，下支撑管4为由第一下支撑管41和套于第一下支撑管41上的第二下支撑管42构成的双管结构。第一下支撑管41可以采用热传导低的支撑管结构，主要起隔热作用，而第二下支撑管42可以采用热传导比较稳定且强度比较高的支撑管结构，主要起支撑作用，因而第一下支撑管41的热传导能力低于第二下支撑管42的热传导能力，第一下支撑管41的强度低于第二下支撑管42的强度。

如图2所示，本实施例中，所述的上部绝缘结构5的具体结构为：在壁耳21上开设有竖向安装孔210，竖向安装孔210位于连接孔11的正上方；在上支撑管3顶部固定设置有上支撑座51，在上支撑座51中开设有上下贯通的螺纹通孔511，螺栓57从螺纹通孔511底部旋入后依次穿过下绝缘垫片52、垫片53、竖向安装孔21、垫片组54后与螺母56旋紧，从而将上支撑座51固定于壁耳21上。在螺栓57与垫片组54之间套设有使螺栓57与垫片组54不直接接触的上绝缘垫片55，竖向安装孔21的孔径及垫片53的孔径均大于螺栓57的外直径，从而使螺栓57与竖向安装孔21的孔壁及垫片53的孔壁均不直接接触。上绝缘垫片55、下绝缘垫片52可以采用玻璃钢等材质。上述结构的设置能减少冷能向外界环境的传递。

如图2所示，上支撑座51与上支撑管3之间的具体连接结构为：上支撑座51底部向下延伸形成与螺纹通孔511同轴线的圆筒状安装座512，第一上支撑管31顶部固定于圆筒状安装座512底部，第二上支撑管32固定套于圆筒状安装座512上。在圆筒状安装座512底部固定设置有防止螺栓57掉入第一上支撑管31内的螺栓挡条58。螺栓挡条58是一根细的金属棒，作用是方便装配，对上支撑管21的破坏较小。

如图3所示，本实施例中，所述的中部绝缘结构6的具体结构为：在上支撑管3底部固定设置有第一中部支撑座61，第一中部支撑座61顶部伸入支撑于第一上支撑管31底部内壁上，在裸露于第二上支撑管32外的第一中部支撑座61上包裹有第一绝缘层62，在下支撑管4及连接支撑管8顶部固定设置有第二中部支撑座63，在第二中部支撑座63顶部向内开设有容纳带第一绝缘层62的第一中部支撑座61的凹槽631，带第一绝缘层62的第一中部支撑座61卡嵌支撑于凹槽631中。第一绝缘层62可以采用玻璃钢等材质。上述结构的设置能进一步减少冷能向外界环境的传递。

如图3所示，为提高中部绝缘结构6与下支撑管4之间的连接性能，本实施例中在第一下支撑管41的内壁与第二中部支撑座63的底部之间固定设置有若干支撑用加强筋板64。各支撑用加强筋板64可围绕于第一下支撑管41的内壁呈旋转对称分布。

如图4所示，本实施例中，所述的底部绝缘结构7的具体结构为：在下支撑管4底部固定设置有下支撑座71，下支撑座71顶部伸入支撑于第一下支撑管41底部内壁上，在位于第二下支撑管42外的下支撑座71上包裹有第二绝缘层72，带第二绝缘层72的下支撑座71固定支撑于外支撑管9的内壁上及底部支撑座92上。

通常支撑结构10的数量设置的越多，则整体支撑更加稳定，但支撑结构10的数量设置的越多，则漏热点就会增多。而本实施例中通过对支撑结构10的具体结构进行设计后，只需在内容器2和外容器1上设置有八组用以共同支撑内容器2和外容器1的支撑结构10即能很好地满足整体支撑稳定的要求。本实施例中各支撑结构10优选相对于内容器2的竖向中心轴线呈旋转对称分布。穿过壁耳21的中心的水平面与穿过内容器2的中心的水平面均处于同一水平面上。

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

上述对支撑结构的设计，在保证整体支撑稳定的前提下大大降低了支撑结构对外部环境的热传递，从而大大降低双层低温液氢球罐中整体支撑结构的漏热量。