[0001] 本发明属于深冷储液装置技术领域，尤其涉及一种深冷复合管路及其应用。

[0002] 作为氢的储存方式，液氢以储重比大、储存压力低、汽化纯度高具有便于储运、安全、满足终端要求的明显优势，大型液氢薄膜罐的研发尤其重要，但液氢沸点低（20.3K）、汽化潜热小、易蒸发的特点，大型液氢薄膜罐技术的研发就必须解决绝热、热胀冷缩的难题。

[0003] 低温罐、车、箱的容积小，热胀冷缩小，可以不必对于管路进行真空绝热处理、无需对于内罐的热胀冷缩针对性地设计管路。而数千方的双金属深冷罐顶液氢薄膜罐的液体管路穿过双金属罐顶需同时考虑内罐、管子的叠加伸缩，径向伸缩达20mm以上、垂向伸缩50mm以上，普通管路设计无法适应低温巨量形变，导致罐体和管路疲劳受损，产生塑性形变；若严重可能引发罐体泄漏，造成巨大安全风险和事故隐患。这是目前大型深冷储罐设计制造中面临的一个技术难题。

[0019] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0020] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“中心”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0021] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0022] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的规定。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。

[0023] 为了简化本发明的公开，本文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

[0024] 除非清楚地指出相斥的，这里限定的每个方面或实施方案可以与任何其他一个或多个方面或一个或多个实施方案组合。特别地，任何指出的作为优选的或有利的特征可以与任何其他指出的作为优选的或有利的特征组合。

[0025] 本发明公开了一种深冷复合管路，如图1所示，所述复合管路位于液化气体储罐内外罐体之间，连通深冷储罐的罐体内外，用于填充或排出深冷液化气体，包含从内罐顶6向外依次连接的第一连接管1、补偿管2和第二连接管3，所述补偿管2形成盘管结构。当深冷储罐开始填充冷却液体后，内罐会急剧收缩，其径向收缩达20mm以上、垂向收缩达50mm以上，导致内罐顶6和所述复合管路受损，因此需要设计补偿管2以应对内罐冷缩时的位移对于所述复合管路产生的拉伸形变。对于补偿管2的设计，要综合考虑内罐径向和垂向上的位移。本申请对于不同形状补偿管2进行了多次试验发现，当补偿管2设计为其他的形式结构时，管路降温至深冷后，在巨大应力下，补偿管2、内罐顶6、外罐顶7容易产生塑性形变，塑性形变反复发生多次后，容易发生疲劳损坏。

[0026] 当补偿管2设计成盘管结构时，补偿管2各处受到的应力都相对较小，该应力在补偿管2的弹性形变范围内，使补偿管2不至于产生塑性形变，从而最大限度减少补偿管2、内罐顶6、外罐顶7的疲劳。所述盘管结构的包含多种形状，可选取环状、S形中的至少一种，环状的盘管结构如图3到图6所示，其在水平面的投影形状包括但不限于圆角多边形。其中，图3和图4为补偿管的一种设计结构，图5和图6为补偿管2的一种设计结构；二者的共同点是，均使用直管和90°弯管交替连接，这样便于补偿管2取材和安装。S形的盘管结构如图7、图8所示，图7示出的盘管结构的各段管路位于不同平面，图8示出的盘管结构的各段管路位于同一平面。

[0027] 所述盘管结构的方向依据具体施工条件而定。一些实施方式中，如图2所示，环状盘管结构的中轴线方向D平行于水平面，该方式下，当该管路设在罐顶，施工时较为节省罐顶空间，易于对该管路进行施工。

[0028] 内罐垂向收缩较多，因此补偿管2受到的垂向方向上的应力较大。一些实施方式中，如图1所示，环状盘管结构的中轴线方向D垂直于水平面，该方式下，内罐顶6与该管路之间的应力较为平均地分配在所述补偿管2各处，不容易出现应力集中的情况，最有利于该管路的长期使用；而且该结构下，液体不会滞留在补偿管2内。如图9到图11所示，对于1000m³的大型储罐不同形状的盘管结构在深冷条件下的受力情况，进行了模拟实验。其中，管路设为DN80钢管。根据图11可得，图1、图5、图6所示的环状盘管结构各处受到的应力最大值P1=155.26MPa，根据图10可得，图7所示的S形盘管结构（其中，盘管的横向部分的间距L为
1000mm）各处受到的应力最大值P2=220.13MPa，根据图9可得，未设置盘管结构的管路各处受到的应力最大值P3=1648.7MPa。可知P1＜P2＜P3。说明了盘管结构能起到应对内罐体位移，减少管路和罐顶应力的作用，避免内外罐顶或罐壁以及管路发生塑性形变，其中又以图
1、图5、图6所示的环状盘管结构为更优。

[0029] 所述补偿管2的长度由内外罐顶的具体间距和冷缩量来确定，以保障内罐顶6冷缩时，补偿管2有充足的余量进行弹性形变；一些实施方式中，如图1‑图6所示，所述盘管结构为环状，其圈数由工程实际需要而定，一般情况下多于0.75圈，有利于补偿管2各处分担所述应力。如图3到图6所示的两种补偿管2，其盘管结构的圈数均为1。

[0030] 一些实施方式中，如图2所示，该管路与内罐顶6或外罐顶7均通过套管组件固定连接；所述套管组件包含：若干肋板82，设在所述第一连接管1或第二连接管3外壁；上端板81与下端板83，设在所述第一连接管1或第二连接管3外壁，分别与肋板82的上下缘固定连接；套管84，与下端板83和罐壁固定连接。所述套管组件使用套管84承担内罐顶6/外罐顶7的应力，套管84通过下端板83和肋板82，与所述复合管路固定连接，从而逐渐将应力传导到所述复合管路上，避免了复合管路和罐壁直接连接时可能造成的管路或罐壁损坏。

[0031] 另一些实施方式中，如图1所示，在所述第二连接管3的外侧还设有真空管4，该真空管4与所述第二连接管3从内外罐之间延伸至储罐外，真空管4的设置增强了该复合管路的保温效果，尤其是将真空管4从内外罐体之间一直延伸到储罐外，大大减少了冷量从管壁的耗散量，最大限度减少了散热的可能性。

[0032] 进一步地，所述真空管4还包含若干膨胀节41，所述膨胀节41设在储罐外。考虑到深冷罐体的安全风险，膨胀节41不能设置在罐内。在通入深冷液体时，所述复合管路自身也会发生冷缩，此时所述膨胀节41膨胀，用于为所述复合管路冷缩时提供余量，防止所述复合管路被冷缩时产生的形变损坏。膨胀节41的圈数依据工程要求的实际圈数决定。

[0033] 如图1、图12所示，一些实施方式中，所述复合管路还设有一支撑组件5。所述支撑组件5包含一支撑槽51、一支撑杆52、一支撑架53；所述支撑槽51设在外罐顶7，该支撑槽51底设有一通孔；所述支撑杆52一端为支撑杆端板54，设在所述支撑槽51内，另一端为支撑架53，用于在深冷状态下为补偿管2提供支撑力。储罐填充有深冷液体时，所述内罐带动所述补偿管2，从而带动所述支撑架53向下位移，从而带动所述支撑杆端板54靠近支撑槽51，使得所述支撑杆端板54与支撑槽51相抵接，从而为所述支撑架53和补偿管2提供支撑力，且所述支撑架53设在远离所述第一连接管1、第二连接管3的一侧；避免补偿管2的远离所述第一连接管1、第二连接管3的一侧由于缺乏支撑而向下塌陷，对内外罐体之间的填料造成压损，也影响补偿管2本身的使用寿命。

[0034] 一些实施方式中，所述支撑槽51内还设有隔热板55，所述隔热板55穿过所述通孔，其用于减少支撑槽51与支撑杆端板54、支撑杆52之间的传热，从而减少冷量耗散。

[0035] 一些实施方式中，该管路为金属管路。

[0036] 本发明适用于任何包含内外罐体的液体储罐。本发明的管路结构，除了应用于液体双层储罐的罐顶外，也可以应用于储罐的壁面，所述液体温度低于‑40℃。

[0037] 本发明适用于存储多种液体，尤其是深冷状态下的液化气体，包括但不限于：液氮、液态二氧化碳、液化天然气、液氧、液氢、液氦等。如图1所示，带有真空管4的管路结构尤其适用于压力储罐，如大型液氢或液氦储罐。

[0038] 以下结合实施例加以说明。

[0039] 实施例

[0040] 本实施例公开了一种大型液氢储罐的罐顶管路结构。如图1所示，该结构包含从内罐顶6向外依次连接的第一连接管1、补偿管2和第二连接管3，所述补偿管2形成盘管结构，所述盘管结构的中轴线方向D垂直于水平面。在所述第二连接管3的外侧还设有真空管4，该真空管4与所述第二连接管3从内外罐之间延伸至储罐外；所述真空管4还包含若干膨胀节41，所述膨胀节41设在储罐外。当液氢通过该管路进入储罐时，内罐在轴向和径向均发生冷缩，从而对于内罐顶6和管路结构同时产生向内和向下的应力。此时补偿管2的盘管结构沿内罐的轴向和径向都处于拉伸状态，分散了所述应力，且此时补偿管2仅产生弹性形变，未产生塑性形变。通入液氢时，第二连接管3也发生了冷缩，膨胀节41用于提供第二连接管3的冷缩余量。而液氢从罐内排出后，所述内罐顶6和管路结构均恢复原状。该过程可以重复多次。

[0041] 本发明通过对补偿管盘管结构的设计，将冷缩时内罐顶6与管路之间的应力分散到补偿管2的各处，使得所述补偿管2仅产生弹性形变，而不产生塑性形变。解决了大型深冷储罐通入液体冷缩时产生的形变可能导致的内罐顶损坏的问题。

[0042] 另外，本发明通过将真空管4从内外罐体之间延伸到罐外，大大减少了冷量从管壁的耗散量，最大限度减少了散热的可能性。

[0043] 所述支撑组件对于补偿管2起到支撑作用。在储罐填充有深冷流体时，避免补偿管2的远离所述第一连接管1、第二连接管3的一侧由于缺乏支撑而向下塌陷，对内外罐体之间的填料造成压损，也影响补偿管2本身的使用寿命。

[0044] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。