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什么是储氢罐？
储氢罐是一种用于储存气态或液态氢的容器或装置。有时它们也被称为氢气瓶、氢气筒或氢气罐。根据储存的压力和温度，容器必须满足各种复杂的物理要求，因此储氢罐的设计和制造技术有着悠久的创新历史。氢燃料储罐用于所有涉及氢气使用或生成的应用中，例如燃料电池和电解槽系统、火箭和航天飞行。氢燃料储罐通常是储氢系统的一部分。
氢气储罐的要求和关键性能标准是什么？
氢气是一种无毒、无色、无味、无嗅且高度易燃的能源载体，同时也非常轻，能够通过某些材料扩散。这些特性使其在储存中具有一定的风险。以下是氢气储罐的关键要求：
- 密封性——任何氢气储罐的基本要求是安全地保留所有储存的氢气，并仅在受控的安全条件下释放。
- 紧凑结构，使储存容器不会占用比储存的氢气更多的额外空间。
- 高抗疲劳性——储罐可能会被多次充填、排空和再充填。这一过程被称为循环。通常，储罐能够承受的循环次数越多，其预期寿命越长。此外，氢气会使某些金属材料脆化，导致其物理强度下降，这也需要在储氢罐的设计中加以考虑。
- 适当的重量——尽管低重量并非所有应用的要求，但重量是一个重要因素。储罐构成了任何使用氢气的应用的相当一部分，因此可能对整个系统的重量产生显著影响。
选择氢燃料储罐时常用的指标有哪些？
- 储罐内容积（升）
- 工作储存压力（bar 或 Pa）
- 在工作储存压力下储存的氢气质量（kg）
- 工作温度范围（°C）
- 最大允许压力（bar 或 Pa）
- 储罐质量（kg）
- 外部尺寸
- 大修前允许的循环次数
- 储罐获得的认证
- 储罐类型
储氢罐的组成部分有哪些？
储氢罐有各种形状和形式。球形用于某些液态氢储罐，而任何形式都适用于储存接近大气压的氢气，但圆柱形容器是最常见的储氢罐形式。图 1 显示了大多数储氢罐上常见的典型组件。
图 1 - 储氢罐的典型组件
内胆将氢气保持在储罐的储存空间内。内胆可能进一步包裹在外层以稳定内胆在高压氢气储存时受到的物理应变，并形成进一步的热绝缘层（高压氢气储罐）。颈部是氢气进出储罐的地方，并连接到储氢罐阀门或管道，以实现氢气的受控输入和输出。它通常还包括一个安全阀，并可能包括传感器或更复杂的储氢罐阀门结构，以实现额外的压力调节。端塞是储罐的备用开口。
颈部固定和绑带固定有什么区别？
当将储罐放置在其目标应用中时，如何固定它成为一个问题。在操作过程中，加压氢气储罐会膨胀和收缩。通常这种膨胀和收缩的体积或长度变化小于 5%，但必须考虑这种运动以确保安全和长期运行。
a) 颈部固定储氢罐
颈部固定意味着储罐在颈部紧密固定在承载结构上，所有其他支撑结构松散安装，以允许膨胀和收缩运动（图 2）。
图 2 – 颈部固定储氢罐
b) 绑带固定储氢罐
绑带固定意味着储罐通过环绕储罐的绑带固定，并将绑带固定在储罐需要固定的结构上（图 3）。绑带需要适应估计的最大膨胀和收缩运动。
图 3 – 绑带固定储氢罐
储氢罐/氢气瓶有哪些不同类型？
鉴于储氢罐的不同组件、配置和要求，出现了不同类型的储罐，其编号系统与其他气体容器类似。
a) I 型储氢罐
I 型储氢罐完全由金属制成，仅由金属内胆、颈部和可选端塞组成。没有外层包裹，这种储罐的构造和制造相对简单，因此成本较低。这种储罐也称为 I 型氢气瓶。
b) II 型储氢罐
II 型储氢罐由金属内胆（通常为铝）组成，周围添加了外层包裹以增强其物理性能。这些储罐允许更高的储氢压力，同时内胆相对较薄，因此与内胆必须足够厚以承受相同压力的情况相比，具有重量优势。外层包裹由合成材料制成。这种储罐也称为 II 型氢气瓶。
c) III 型储氢罐
在 III 型储氢罐中，金属内胆减少到基本上不再承受压力负荷的程度，而是完全由包裹在其周围的其他层承担。外层包裹因此承担了额外的约束和物理支撑任务。这种储罐也称为 III 型氢气瓶。
d) IV 型储氢罐
IV 型储氢罐具有由复合材料制成的非金属内胆，并包裹在由碳纤维和其他交织热塑性聚合物制成的外层包裹中。与 I 型储罐相比，这些储罐的重量减轻了多达 70%，因此这种类型的储罐特别适用于需要在高压力（如 700 bar）下储存氢气且系统重量需要较低的应用。例如，许多移动和航空应用。这种储罐也称为 IV 型氢气瓶。
储氢罐的接口有哪些？
尽管储罐本身可能是氢能系统中相对简单的非电子组件，但它是系统中非常关键的组件。了解储罐中氢气的状态和数量对于确保系统的安全和稳定运行至关重要。储罐是整个储氢系统的一部分，并通过以下方式与系统接口：
- 管道（用于氢气的提取和注入）
- 传感器，用于监测填充水平和温度
- 安全阀（如热压泄放阀和蒸发排放阀）
哪种氢气瓶最适合我的产品或应用？
储罐对应用的适用性取决于可用氢气瓶的规格与特定要求的匹配程度。在 Hyfindr，您可以在此处浏览多家供应商的许多氢气瓶并比较其规格。
汽车应用通常选择 IV 型容器，其作为 700 bar 或 350 bar 氢气储罐运行。典型的燃料电池电动汽车或氢能汽车的储氢容量约为 4-6 kg 氢气，储氢罐的重量约为 100 kg。例如，丰田 Mirai 的储氢容量为 5.6 kg，现代 Nexo 为 6.33 kg，梅赛德斯-奔驰 GLC F-Cell 为 4.4 kg。
在重量不是主要考虑因素的应用中，通常使用 I 型或 II 型储罐，因为它们的成本和制造时间通常较低。这通常适用于固定式应用。例如，当订购 5 kg 氢气用于固定式应用时，通常使用多个 200 bar 的 I 型气瓶捆绑在箱子或堆栈中进行交付。
在某些应用中，高重量可能是一个优势，例如用于建筑压实机或叉车的燃料电池系统中，高整体系统重量有助于车辆的整体功能。
液态氢储罐（LH2 储罐）有哪些特殊考虑？
氢气也可以以液态形式储存，提供比气态储存更高的能量密度，这意味着可以在更小的空间中储存更多的能量。
氢气仅在极低温度（22 K 或-251.15 °C）下液化成为液态氢（LH2 或 LH 2），因此使用的储罐需要能够承受如此低的温度并提供足够的热绝缘，以确保操作安全并尽可能避免蒸发。在这种情况下使用的储罐被称为低温氢气储罐，除了本文概述的基本功能外，还可能集成冷却功能。
液态氢主要用于航天器、运输或储存大量氢气，并且正在进入一些移动和航空应用。
氢气储罐的安全和认证要求是什么？
作为一种广泛使用的元素和在新绿色应用中迅速发展的能源，氢气在储罐中的使用和储存已经得到了充分的研究，并且要求在规范和标准中得到了充分记录。具体要求因氢气储罐使用的地理位置而异。以下是适用于氢气储罐的规范和法规示例：
- ADR：国际危险品运输法规
- DIN EN 12245：可运输气瓶
- ISO 11119-3：可运输气瓶
- EC 79：燃料储罐
- UNR134：燃料储罐
- ISO 9001:2015：质量管理体系
- ISO 14001:2015：环境管理体系
适用的法规通常要求进行许多安全测试。因此，对完成的氢气储罐产品进行认证可能对制造商来说相当繁琐和耗时，但这也导致了市场上现有氢气储罐的高安全水平。对氢气储罐进行的测试示例包括：爆破测试、循环或疲劳测试、火烧测试、子弹测试（向储罐发射子弹）、跌落测试和环境温度循环测试。
储氢罐的主要供应商有哪些？
- Advanced Structural Technologies, Inc.
- Alsafe
- AMS composite cylinders
- Avanco
- Axcel
- Chart Industries
- CIMC enric
- CPE pressure vessel
- Cryofab
- Cylinders Holding
- Doosan Mobility Innovation
- EKC
- Energys Australia
- Faber industries
- Hanwha
- Hexagon Purus
- ILJIN Hysolus
- Infinite composites
- Jiangsu Guofu Hydrogen Energy Equipment
- Luxfer
- Mahytec
- Nproxx
- Plastic Omnium
- Quantum fuel systems
- Steelhead composites
- Ullit
- Voith Composites
- Wiretough
- Worthington Industries
- Wystrach
本文由 Hyfindr 团队编写，借鉴了多年在储氢罐和储氢系统方面的经验。我们随时欢迎您对本文分享的知识提出意见或补充——联系我们！
最后更新：2023 年 1 月 15 日