带有多层真空绝热层和纤维增强复合材料层的液氧容器

摘要

带有多层真空绝热层和纤维增强复合材料层的液氧容器，它涉及一种液氧容器。本发明为解决现有的液氧容器采用不锈钢结构，存在重量过大、贮运效率低以及贮运成本高的问题。每个支撑圆筒上固套有一个第二支撑盘，每个第二支撑盘上固套有一个第三支撑盘，每个第三支撑盘沿圆周方向与容器外壳的内壁固接，所述内胆由内向外依次为金属内衬层、纤维增强复合材料层和多层真空绝热层，所述纤维增强复合材料层缠绕在金属内衬层的外壁上，多层真空绝热层包覆在纤维增强复合材料层的外表面上。本发明的带有多层真空绝热层和纤维增强复合材料层的液氧容器用于储运液氧。

说明书

技术领域

本发明涉及一种储运液氧的容器。

背景技术

液氧作为高效氧化剂广泛应用于国民经济的各个领域，如炼钢、医用氧站、清洁能源 交通、航空航天等领域。采用低温液化氧的贮运方式相比高压氧气的贮运方式可以有效解 决爆炸、贮运效率过低等问题，实现安全高效的贮运。

用于贮运低温液氧的容器需要有优良的绝热层结构。根据绝热形式不同，绝热层分为 以下几类：单层或错层真空层绝热、真空多孔绝热以及堆积绝热形式，对于需要长期贮运 的液氧容器，只有多层真空绝热结构能够满足要求。

多层真空绝热结构被普遍用在对绝热要求高的领域，主要结构形式是在内壳体与外壳 体之间形成一个压强小于10^-2Pa的高真空层，在真空层中铺设几层至几十层的铝箔或者镀 铝的塑料薄膜，作为热辐射反射屏，在每两层反射屏之间填充有低传导系数的疏松材料， 起到支撑两反射屏及阻止反射屏之间的热传导的作用，同时还需要在夹层内放置一些气体 吸附剂，保持高真空度。常用的反射屏包括铝箔、镀铝涤纶薄膜等，反射屏层间见个材料 有植物纤维纸、玻璃纤维布、玻璃纤维棉、玻璃纤维缠绕层、尼龙丝网等，采用真空多层 绝热可以将热流密度控制在1W/m²以内，液氧的日损失量降到最低，方便长途储运。

现有的液氧容器普遍采用不锈钢结构，为了保证-183℃的液氧贮运温度条件，还需要 高效真空绝热层，导致金属液氧容器重量过大，贮运效率低，贮运成本高。

发明内容

本发明为解决现有的液氧容器采用不锈钢结构，存在重量过大、贮运效率低以及贮运 成本高的问题，进而提供了一种带有多层真空绝热层和纤维增强复合材料层的液氧容器。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的带有多层真空绝热层和纤维 增强复合材料层的液氧容器包括内胆、容器外壳、两个轴向支撑构件和螺旋管，所述内胆 通过两个轴向支撑构件安装在容器外壳内，所述内胆和容器外壳之间为真空腔，每个轴向 支撑构件由支承轴、第一支撑盘、支撑圆筒构成，容器外壳两端的内壁上各固装有一个支 承轴，两个支承轴与容器外壳的轴线同轴设置，每个支承轴上固套有一个第一支撑盘，内 胆两端的外壁上各固装有一个支撑圆筒，两个支撑圆筒与内胆的轴线同轴设置，所述内胆 通过两个支撑圆筒安装在两个第一支撑盘上，所述螺旋管位于一个支撑圆筒内，螺旋管的 一端与内胆的内部连通，螺旋管的另一端与外界连通；所述液氧容器还包括径向支撑构件， 所述径向支撑构件包括第二支撑盘和第三支撑盘，每个支撑圆筒上固套有一个第二支撑 盘，每个第二支撑盘上固套有一个第三支撑盘，每个第三支撑盘沿圆周方向与容器外壳的 内壁固接，所述内胆由内向外依次为金属内衬层、纤维增强复合材料层和多层真空绝热层， 所述纤维增强复合材料层缠绕在金属内衬层的外壁上，多层真空绝热层包覆在纤维增强复 合材料层的外表面上。

本发明具有以下有益效果：

本发明的液氧容器的内胆采用多层真空绝热层和纤维增强复合材料层制造，与现有的 全金属高压或者低温液氧容器相比，具有重量轻、承压高的优点，并且爆破前具有泄漏的 安全失效模式，由于纤维增强复合材料的重量只有金属容器的20％～40％，因而大大提高 了贮运效率、降低了使用成本，按照一般金属液氧容器重量占到贮运总重的40％计算，节 省贮运成本最高可达16％；本发明的内胆通过径向支撑构件进行径向支撑和定位，可以抵 抗大过载对液氧容器造成损伤。

附图说明

图1是本发明的带有多层真空绝热层和纤维增强复合材料层的液氧容器俯视剖视图， 图2是具体实施方式一中内胆的局部剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～2说明，本实施方式的带有多层真空绝热层和纤维增强复 合材料层的液氧容器包括内胆1、容器外壳3、两个轴向支撑构件5和螺旋管6，所述内胆 1通过两个轴向支撑构件5安装在容器外壳3内，所述内胆1和容器外壳3之间为真空腔2， 每个轴向支撑构件5由支承轴12、第一支撑盘13、支撑圆筒14构成，容器外壳3两端的 内壁上各固装有一个支承轴12，两个支承轴12与容器外壳3的轴线同轴设置，每个支承 轴12上固套有一个第一支撑盘13，内胆1两端的外壁上各固装有一个支撑圆筒14，两个 支撑圆筒14与内胆1的轴线同轴设置，所述内胆1通过两个支撑圆筒14安装在两个第一 支撑盘13上，所述螺旋管6位于一个支撑圆筒14内，螺旋管6的一端与内胆1的内部连 通，螺旋管6的另一端与外界连通；所述液氧容器还包括径向支撑构件7，所述径向支撑 构件7包括第二支撑盘9和第三支撑盘4，每个支撑圆筒14上固套有一个第二支撑盘9， 每个第二支撑盘9上固套有一个第三支撑盘4，每个第三支撑盘4沿圆周方向与容器外壳3 的内壁固接，所述内胆1由内向外依次为金属内衬层1-1、纤维增强复合材料层1-2和多 层真空绝热层1-3，所述纤维增强复合材料层1-2缠绕在金属内衬层1-1的外壁上，多层 真空绝热层1-3包覆在纤维增强复合材料层1-2的外表面上。

具体实施方式二：本实施方式所述金属内衬层1-1由铝合金制成，所述铝合金的拉伸 屈服强度与弹性模量之比F^TY/E至少为0.2％，所述铝合金的断裂延伸率至少为11％。如此 设计，可以满足低温条件下重复使用要求，并且满足重复使用多次铝合金内衬不会由于低 温变脆导致破坏。其它组成与连接关系与实施方式一相同。具体实施方式三：结合图2说 明，本实施方式所述金属内衬层1-1的厚度δ为0.5mm～8.0mm。如此设计，更易于加工薄 铝合金内衬，从而大幅减轻重量。其它组成与连接关系与实施方式一或二相同。具体实施 方式四：本实施方式所述径向支撑构件7还包括多块加强板8，多块加强板8沿第三支撑 盘4的圆周方向均布设置。如此设计，能够提高径向支撑的强度，提高抗变形和抗冲击的 能力。其它组成与连接关系与实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式所述液氧容器还包括常温气体吸附剂10，所述常温气体 吸附剂10设置在容器外壳3的内壁上。如此设置，保证在使用过程中真空腔2外层在常温 环境下，小分子被充分吸附温气体吸附剂，保证真空腔2内要求的真空度。其它组成与连 接关系与实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：本实施方式所述液氧容器还包括低温气体吸附剂11，所述低温气体 吸附剂11设置在内胆1的外壁上。如此设置，保证在使用过程中真空腔2靠近内胆1低温 温环境下，小分子被低温气体吸附剂充分吸附，保证真空腔2内要求的真空度。其它组成 与连接关系与实施方式五相同。

实施例：

金属内衬层1-1采用防锈铝合金或不锈钢材料，金属内衬层1-1材料必须满足液氧相 容性测试标准ASTM D-2512，带有螺旋管6的一端，即封头端采用冲压或者旋压工艺制造， 在纤维增强复合材料层1-2之前需要对金属内衬层1-1进行清洗和打磨，可以保证金属内 衬层1-1与其外面结构层之间的接触良好；然后在金属内衬层1-1外表面涂覆粘结剂，再 缠绕纤维增强复合材料层1-2，经清洗和打磨过的金属内衬层1-1的外表面与纤维增强复 合材料层1-2之间粘接良好，从而使高压气瓶达到更优的性能；

利用现有的缠绕方法在金属内衬层1-1外面缠绕纤维增强复合材料层1-2，缠绕方式 主要以纵向缠绕与横向缠绕交替的多层缠绕方式，也可以采用螺旋缠绕成型，可以实现轻 质、高强、气密性好的目的。复合材料所使用的环氧树脂包括高性能环氧树脂、酚醛树脂、 苯并噁嗪树脂、聚氰酸脂、聚酰亚胺以及改性剂，碳纤维采用高强度或者高模量碳纤维， 包括T300、T700、T1000碳纤维，玻璃纤维采用高强度或者高模量玻璃纤维；

多层真空绝热层1-3的绝热方式为真空多层绝热，需要设置真空腔，真空腔内压力需 要小于10^-2Pa，在内腔壁覆盖由反射层及间隔层组成的多层保温被，反射层主要包括铝箔 或者镀铝塑料薄膜，间隔层包括绝热纸、玻璃纤维纱等结构，反射层与间隔层总层数在30～ 80层；

在金属内衬层1-1、纤维增强复合材料层1-2和多层真空绝热层1-3制备完成后制备 容器外壳3，容器外壳3采用复合材料或者全金属制备，容器外壳3厚度要满足内外压力 差以及载荷要求的范围；

内胆1金属内衬层1-1的与支撑圆筒14焊接为一体结构，支承轴12与容器外壳3焊 接为一体；

径向支撑构件7、第一支撑盘13和第二支撑盘9均采用玻璃纤维增强树脂基复合材 料，采用缠绕工艺或者采用热压罐制备层合板工艺制备，横向支撑结构铺层原则以90％铺 层方向为受力方向，10％铺层方向与受力方向成45°角，降低了热传导率。