高压氢气瓶组集装结构
技术领域
本实用新型涉及氢能储运技术领域，尤其涉及一种高压氢气瓶组集装结构。
背景技术
氢能是公认的可持续能源，因具有资源丰富、燃烧值高、清洁、可再生、成本低等优点而得到人们的重视。氢能可以为能源、经济和环境带来巨大利益，因而氢能开发与利用成为交通、运输、工业制造等行业可持续发展的关键。
作为氢能供应的必经环节，氢能储运备受关注。目前加氢站的氢气运输和存储都是采用20MPa的长管瓶，20MPa长管瓶拖车储运技术虽然比较成熟、应用普遍，但是存在体积比容量小、设备重量大、运输效率低等缺点。此外，长管瓶标准规定瓶内氢气最高压力只能达到20MPa，而国内加氢站大部分为35MPa加注，国外加氢站大部分为70MPa加注，所以加注前需要通过压缩机将氢气增压到40MPa或70MPa后才能给车辆进行加注，效率低、能耗高，而且国内大部分压缩机依然依赖于进口，这在一定程度上提高了氢气使用成本。
实用新型内容
本实用新型所需解决的技术问题是：提供一种轻量化、高压化的高压氢气瓶组集装结构。
为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：所述的高压氢气瓶组集装结构，包括：若干卧式集装格，每个卧式集装格内均层叠堆码排列有若干相同规格的高压氢气瓶，所述的高压氢气瓶为压力值大于40MPa的高压氢气瓶；将每个卧式集装格内的高压氢气瓶按瓶数均分成至少一组高压氢气瓶组，各卧式集装格内的每组高压氢气瓶组均对应一条分支管路，各卧式集装格内的每组高压氢气瓶组中的各高压氢气瓶的进出液管均分别通过对应分支管路与总管路连接，总管路分别与出气管路和进气管路连接；在各条分支管路上均设置有安全阀和第一截止阀，在总管路上设置有第二截止阀，在出气管路上设置有第三截止阀，在进气管路上设置有止回阀；对各高压氢气瓶进行充装时，高压氢气通过进气管路、总管路后进入各分支管路中，然后通过各分支管路充装入各高压氢气瓶内；各高压氢气瓶内的高压氢气向外加注时，各高压氢气瓶内的高压氢气分别通过对应分支管路汇于总管路中，然后通过出气管路输出。
进一步地，前述的高压氢气瓶组集装结构，其中，卧式集装格的数量为四个，高压氢气瓶采用45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶，每个卧式集装格内均层叠堆码排列有二十个45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶，各45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶分别通过可拆卸连接结构固定于对应卧式集装格内。此时，整个高压氢气瓶组集装结构由八十个45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶构成。这里可拆卸连接可以采用常见的拉带与拉带支座配合固定。
进一步地，前述的高压氢气瓶组集装结构，其中，还包括集装箱，各卧式集装格由前至后一字排开、排列固定于集装箱内；所述的集装箱由底部框架、前部框架、后部框架和顶部框架合围构成一个矩形框架，矩形框架结构的集装箱内腔与外界流通。中部瓦楞顶板通过若干间隔设置的第一支撑件水平支撑覆盖于顶部框架中部，在顶部框架前段由后向前依次排列覆盖有若干前瓦楞顶板，中部瓦楞顶板前段覆盖于相邻前瓦楞顶板后段，各前瓦楞顶板前段均覆盖于位于其前方相邻前瓦楞顶板后段、呈阶梯堆叠方式设置；各前瓦楞顶板通过若干间隔设置的第二支撑件支撑覆盖于顶部框架前部，且各第二支撑件由后向前高度依次逐渐减小、从而使各前瓦楞顶板呈同一倾斜状态放置； 在顶部框架后段由前向后依次排列覆盖有若干后瓦楞顶板，中部瓦楞顶板后段覆盖于相邻后瓦楞顶板前段，各后瓦楞顶板后段均覆盖于位于其后方相邻后瓦楞顶板前段、呈阶梯堆叠方式设置；各后瓦楞顶板通过若干间隔设置的第三支撑件支撑覆盖于顶部框架后部，且各第三支撑件由前向后高度依次逐渐减小、从而使各后瓦楞顶板呈同一倾斜状态放置。
进一步地，前述的高压氢气瓶组集装结构，其中，通风格栅通过可拆卸结构封盖于前部框架上，通风格栅上各通气孔均为由后向前逐渐向下倾斜的倾斜孔。这里可拆卸连接可以采用常见的卡板与卡槽配合固定结构，在前部框架顶部设置卡槽，在通风格栅顶部设置能卡嵌于卡槽中的卡板结构，卡槽和卡板上分别设置凹凸点，通过凹凸点使卡板牢固卡嵌于卡槽中。
进一步地，前述的高压氢气瓶组集装结构，其中，中部瓦楞顶板的宽度、各前瓦楞顶板的宽度、各后瓦楞顶板的宽度均大于顶部框架的宽度；位于最前方的前瓦楞顶板前端越过顶部框架顶部前端后向前延伸，在最前方的前瓦楞顶板前端设置有前导水槽，前导水槽能承接沿前瓦楞顶板向前流出的雨水，前导水槽左、右两端敞开形成开口；位于最后方的后瓦楞板后端越过后部框架顶部后端后向后延伸，在位于最后方的后瓦楞板后端设置有后导水槽，后导水槽能承接沿后瓦楞顶板向后流出的雨水，后导水槽左、右两端敞开形成开口。
进一步地，前述的高压氢气瓶组集装结构，其中，在矩形框架左、右两侧分别间隔设置有若干竖加强柱和若干斜加强柱、用以巩固集装箱牢固度。
进一步地，前述的高压氢气瓶组集装结构，其中，各卧式集装格由前至后均匀间隔排列固定于集装箱内，且位于集装箱内的所有高压氢气瓶瓶头均统一朝向前方或统一朝向后方。此时，两两相邻卧式集装格之间均留有一定的检修间距。
进一步地，前述的高压氢气瓶组集装结构，其中，单个卧式集装格内的各高压氢气瓶瓶头朝向一致，位于集装箱内两两相邻卧式集装格内的各高压氢气瓶呈瓶头对瓶头、瓶尾对瓶尾方式设置，且瓶尾对瓶尾设置的二个相邻卧式集装格紧贴排列，瓶头对瓶头设置的二个相邻卧式集装格之间留有检修间距。
进一步地，前述的高压氢气瓶组集装结构，其中，在位于集装箱内最后方的卧式集装格与后部框架之间的集装箱内设置有隔板，隔板将集装箱前后分隔；在隔板与后部框架之间的集装箱内还设置有具有电控系统、网络远程实时监控及泄漏报警系统的操作监控台，操作监控台能实时采集各卧式集装格内测量元件的数据，以及通过电控系统控制集装箱内各电控元件的启动与关闭。
进一步地，前述的高压氢气瓶组集装结构，其中，在集装箱上设置有GPS装置。
本实用新型的有益效果是：①上述结构实现气态氢气储运的轻量化和高压化，在降低整体运输重量的同时提高储氢密度和运输效率，降低运输成本；②无需升压存储，节省了增压机和卸车升压能耗，也可直接作为氢站蓄能器使用，减少了压缩机运行时间，同时减少了站用蓄能器的数量，节省了蓄能器的投资成本；③可直接用来加注，减少压缩机的能耗，增加加注效率，降低加注成本。
附图说明
图1是本实用新型所述的高压氢气瓶组集装结构的中各卧式集装格在集装箱内的第一种位置布置方案的结构示意图。
图2是本实用新型所述的高压氢气瓶组集装结构的中各卧式集装格在集装箱内的第二种位置布置方案的结构示意图。
图3是集装箱的结构示意图。
图4是图3中A部分的放大结构示意图。
图5是图4中B方向的通风格栅的结构示意图。
图6是图5中C-C剖视方向的结构示意图。
图7是单个卧式集装格的结构示意图。
图8是各卧式集装格内各高压氢气瓶的进出液管与进气口、加气口的连接结构示意图。
图9是图8中其中一组高压氢气瓶组内各高压氢气瓶的进出液管汇总连接结构示意图。
图10是图8中D部分的放大结构示意图。
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。
实施例一
如图7、图8和图9所示，本实施例中所述的高压氢气瓶组集装结构，包括：若干卧式集装格1，每个卧式集装格1内均层叠堆码排列有若干相同规格的高压氢气瓶10，所述的高压氢气瓶10为压力值大于40MPa的高压氢气瓶。将每个卧式集装格1内的高压氢气瓶10按瓶数均分成至少一组高压氢气瓶组101，各卧式集装格1内的每组高压氢气瓶组101均对应一条分支管路11，各卧式集装格1内的每组高压氢气瓶组101中的各高压氢气瓶10的进出液管均分别通过对应分支管路11与总管路12连接，总管路12分别与出气管路13和进气管路14连接。如图8、图9和图10所示，在各条分支管路11上均设置有安全阀110和第一截止阀111，在总管路12上设置有第二截止阀120，在出气管路13上设置有第三截止阀130，在进气管路14上设置有止回阀140。
每组高压氢气瓶组101内的各高压氢气瓶可每个高压氢气瓶均单独配备一个PRD泄放装置，也可以两两高压氢气瓶组合配备一个PRD泄放装置。
对各高压氢气瓶10进行充装时，高压氢气通过加气口、进气管路14、总管路12后进入各分支管路11中，然后通过各分支管路11充装入各高压氢气瓶10内。各高压氢气瓶10内的高压氢气向外加注时，各高压氢气瓶10内的高压氢气分别通过对应分支管路11汇于总管路12中，然后通过出气管路13、出气口输出。
需要运输时，将各卧式集装格1排列装载于拖车上。本实施例中以卧式集装格1的数量为四个，高压氢气瓶10采用容积为220升的45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶，每个卧式集装格1内均层叠堆码排列有五层四列、共二十个45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶为例进行说明。各45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶分别通过可拆卸连接结构固定于对应卧式集装格1内。综上，每个拖车上装载有80个45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶。在实际使用过程中，高压氢气瓶10还可以根据实际使用需求采用压力为70MPa或者压力更高的铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶。
由八十个45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶组合的高压氢气瓶组集装结构相比背景技术中提及的20MPa长管瓶拖车具有如下优点：
1、20MPa长管瓶拖车内氢气需在加氢站增压至45MPa后再存至储氢设施；本实施例中所述的高压氢气瓶组集装结构采用45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶瓶组，无需升压存储，节省了增压机和卸车升压能耗；
2、20MPa长管拖车的氢气运输能力最大只能达到5200Nm³，而八十瓶45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶瓶组（当每瓶高压氢气瓶的容积均为220升时）的总体氢气运输能力达到7900 Nm³，运输效率显著提高，有效降低运输成本；
3、本实施例中所述的高压氢气瓶组集装结构也可直接作为加氢站蓄能器使用，减少了压缩机运行时间，同时减少了站用蓄能器的数量，节省了蓄能器的投资成本；
4、20MPa长管拖车有效容积残氢比达到30%左右，八十瓶45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶瓶组的总体有效容积残氢比降低近半；
5、八十瓶45MPa铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶瓶组的的总体重量相比20MPa长管拖车的总体重量降低20%～50%。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上还增设了集装箱2，将各卧式集装格1与集装箱2集成，从而更便于各卧式集装格1之间的管路连接以及整体运输。如图1和图2所示，各卧式集装格1由前至后一字排开、排列固定于集装箱2内。如图3所示，所述的集装箱2由底部框架21、前部框架22、后部框架23和顶部框架24合围构成一个矩形框架，矩形框架结构的集装箱内腔与外界互通。
中部瓦楞顶板3通过若干间隔设置的第一支撑件31水平支撑覆盖于顶部框架24中部，在顶部框架24前段由后向前依次排列覆盖有若干前瓦楞顶板4，中部瓦楞顶板3前段覆盖于相邻前瓦楞顶板4后段，各前瓦楞顶板4前段均覆盖于位于其前方相邻前瓦楞顶板4后段、呈阶梯堆叠方式设置。各前瓦楞顶板4通过若干间隔设置的第二支撑件41支撑覆盖于顶部框架24前部，且各第二支撑件41由后向前高度依次逐渐减小、从而使各前瓦楞顶板4呈同一倾斜状态放置。在顶部框架24后段由前向后依次排列覆盖有若干后瓦楞顶板5，中部瓦楞顶板3后段覆盖于相邻后瓦楞顶板5前段，各后瓦楞顶板5后段均覆盖于位于其后方相邻后瓦楞顶板5前段、呈阶梯堆叠方式设置。各后瓦楞顶板5通过若干间隔设置的第三支撑件51支撑覆盖于顶部框架24后部，且各第三支撑件51由前向后高度依次逐渐减小、从而使各后瓦楞顶板5呈同一倾斜状态放置。此时，各后瓦楞顶板5、中部瓦楞顶板3、各前瓦楞顶板4形成拱桥状顶棚，集装箱2其余部分则为与外界互通的框架结构，这样既能起到防晒、防雨等防护作用，又能利于集装箱2内气体逸散，避免出现因气体泄漏而导致的安全隐患。
如图3和图4所示，中部瓦楞顶板3的宽度、各前瓦楞顶板4的宽度、各后瓦楞顶板5的宽度均大于顶部框架24左、右方向的宽度。位于最前方的前瓦楞顶板4前端越过顶部框架22顶部前端后向前延伸，在最前方的前瓦楞顶板4前端设置有前导水槽42，前导水槽42能承接沿前瓦楞顶板4向前流出的雨水，前导水槽42左、右两端敞开形成开口。位于最后方的后瓦楞板5后端越过后部框架23顶部后端后向后延伸，在位于最后方的后瓦楞板5后端设置有后导水槽52，后导水槽52能承接沿后瓦楞顶板5向后流出的雨水，后导水槽52左、右两端敞开形成开口。因而由各后瓦楞顶板5、中部瓦楞顶板3、各前瓦楞顶板4形成的拱桥状顶棚的四周边缘均超出顶部框架24四周边缘，便于防雨防晒。
下雨时，雨水能沿中部瓦楞顶板3的瓦楞结构分别向各后瓦楞顶板5、各前瓦楞顶板4方向分流，各后瓦楞顶板5上的雨水沿后瓦楞顶板5的瓦楞结构流动后汇集于后导向槽52中，然后从后导向槽52的左、右两侧开口排出。各前瓦楞顶板4上的雨水沿前瓦楞顶板4的瓦楞结构流动后汇集于前导向槽42中，然后从前导向槽42的左、右两侧开口排出。各后瓦楞顶板5、中部瓦楞顶板3、各前瓦楞顶板4、前导向槽42、后导向槽52的设置，利于排水并使雨水仅从集装箱2前、后两端的左、右两侧排出。
如图3、图4、图5和图6所示，通风格栅6通过可拆卸结构封盖于前部框架22上，通风格栅6上各通气孔61均为由后向前逐渐向下倾斜的倾斜孔。通风格栅6的设置便于检查维修和通风，同时也可以起到防晒、防雨等防护作用。这里可拆卸连接可以采用常见的卡板与卡槽配合固定结构，在前部框架22顶部设置卡槽，在通风格栅6顶部设置能卡嵌于卡槽中的卡板62结构，卡槽和卡板62上分别设置凹凸点，通过凹凸点使卡板62牢固卡嵌于卡槽中。
如图3所示，本实施例在矩形框架左、右两侧分别间隔设置有若干竖加强柱25和若干斜加强柱26，用以加强集装箱2的牢固度。各斜加强柱26分别支撑于后部框架23与相邻竖加强柱25之间、两两相邻竖加强柱25之间、及前部框架22与相邻竖加强柱25之间，且同侧两两相邻的斜加强柱26的倾斜方向相反。
由于各高压氢气瓶10的瓶头均安装有瓶口阀，还有各测量元件的输出连接、管路连接等，因而合理安排各卧式集装格1在集装箱2内的位置亦是非常重要。
各卧式集装格1在集装箱2内的位置布置方案一是：如图1所示，各卧式集装格1由前至后均匀间隔排列固定于集装箱2内，且位于集装箱2内的所有高压氢气瓶10瓶头均统一朝向前方或统一朝向后方。此时，两两相邻卧式集装格1之间均留有一定的检修间距，该种位置布置为各高压氢气瓶10的瓶头和瓶尾都预留了检修维护空间，检查维修非常方便。
各卧式集装格1在集装箱2内的位置布置方案二是：如图2所示，单个卧式集装格1内的各高压氢气瓶10瓶头朝向一致，位于集装箱2内两两相邻卧式集装格1内的各高压氢气瓶10呈瓶头对瓶头、瓶尾对瓶尾方式设置，且瓶尾对瓶尾设置的二个相邻卧式集装格1紧贴排列，瓶头对瓶头设置的二个相邻卧式集装格1之间留有检修间距。该种位置布置在二个瓶头对瓶头设置的卧式集装格1之间留有检修维护空间，而二个瓶尾对瓶尾的卧式集装格1之间没有间距，结构紧凑，最大程度上节约了集装箱2前后长度方向的尺寸。
高压氢气瓶10在使用过程中，通常需要配备压力传感器、温度传感器、气体浓度传感器等多种测量元件，用以监控高压氢气瓶10。而在高压氢气瓶组集装结构中的整个管路连接中，除上述的安全阀、截止阀之外，通常还需要配备电磁阀等电控元件。为直观将测量元件的数据显示、以及自动化控制电控元件，本实施例在位于集装箱2内最后方的卧式集装格1与后部框架23之间的集装箱2内设置有隔板7，隔板7将集装箱2前后分隔。在隔板7与后部框架23之间的集装箱2内还设置有具有电控系统、网络远程实时监控及泄漏报警系统的操作监控台8，操作监控台8能实时采集各卧式集装格内测量元件的数据，以及通过电控系统控制集装箱2内各电控元件的启动与关闭。这类能采集测量元件数据和网络远程实时监控的操作监控台在实际自动化控制领域也比较常见，属于成熟技术，而电控系统、泄漏报警系统在自动化控制领域也比较常见，属于成熟技术。本实施例是利用现有的具有上述功能的操作监控台与电控系统、泄漏报警系统结合来实现实时采集各卧式集装格内测量元件的数据、控制集装箱内各电控元件的启动与关闭、网络远程实时监控、泄漏报警目的。而不对操作监控台、电控系统泄漏报警系统自身进行设计、保护，因而本实施例不对操作监控台、泄漏报警系统具体结构进行展开描述。
在集装箱2上设置有GPS装置，通过GPS装置的定位技术可以实时查看位置信息，便于集装箱2运输过程中的实时监控。本实施例采用的GPS装置为市场上可以直接购买到的GPS装置，GPS定位技术属于成熟技术。本实施例是利用现有的GPS装置的定位技术来查看集装箱2位置信息，而并不对GPS装置的具体结构进行设计、保护，因而本实施例不对GPS装置的具体结构进行展开描述。
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。
本实用新型的优点是：①上述结构实现气态氢气储运的轻量化和高压化，在降低整体运输重量的同时提高储氢密度和运输效率，降低运输成本；②无需升压存储，节省了增压机和卸车升压能耗，也可直接作为氢站蓄能器使用，减少了压缩机运行时间，同时减少了站用蓄能器的数量，节省了蓄能器的投资成本；③可直接用来加注，减少压缩机的能耗，增加加注效率，降低加注成本。
