低溫液氫儲存的現(xiàn)狀及存在問題

#低溫液氫儲存的現(xiàn)狀及存在問題1引言能源一直是人類發(fā)展的永恒話題，也是國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。人類的發(fā)展史也是能源的更迭史。自18世紀拉瓦錫給氫命名以來，對氫的研究已有200多年的歷史。氫能具有儲量大、熱值高、零污染等無與倫比的優(yōu)勢，能很好解決人類社會能源短缺、環(huán)境污染等迫在眉睫的問題。目前，氫能已由曾經(jīng)所謂的“未來能源”開始逐步應(yīng)用于低溫液體火箭、汽車、船舶和飛機的動力源，以及燃料電池中。目前有兩個重要問題制約著氫能發(fā)展，一是氫的制取，二是氫的儲存。對于氫的制取，目前工業(yè)大規(guī)模使用的制取方法主要以電解水和甲烷水蒸氣重整制氫(Steam-methanereforming,SMR)為主，也有一些生物制氫方面的研究，主要問題是電解水耗能太大，成本太高，顯得得不償失；而甲烷重整相對而言成本較低，但其產(chǎn)生的CO及CO2溫室氣體不利于環(huán)境友好對于氫的儲存，目前獲得廣泛關(guān)注的儲氫技術(shù)主要有高壓儲氫、低溫液態(tài)儲氫以及金屬氫化物儲氫。當然也不乏一些新的儲氫技術(shù)，主要是一些新型的儲氫材料，包括有機溶液儲氫以及納米碳管儲氫等，其在實驗室研究中具有一定的優(yōu)越性能，表現(xiàn)出巨大潛力。但由于難以批量生產(chǎn)、成本過高、脫氫效率低等原因，目前距大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用還有一定距離。2主要儲氫技術(shù)高壓儲氫是常溫下將氣態(tài)的氫壓縮至高壓狀態(tài)而儲存在氣罐中。目前儲氫氣罐的壓力主要有15、35、70MPa三種。15MPa的高壓儲氫氣罐為普通的鋼制儲氫氣罐，其設(shè)計制造技術(shù)成熟，成本相對較低，對壓縮機的壓力要求低，能耗也相應(yīng)較低，但其氣罐質(zhì)量很大，單位儲氫密度小，儲氫效率低。隨著氫能開始在汽車燃料電池中取得應(yīng)用，對儲氫罐的儲氫密度與儲氫效率提出了更高要求，普通的鋼制儲氫氣罐不再適用，輕質(zhì)高壓儲氫容器成為研究重點。輕質(zhì)高壓儲氫容器多為金屬內(nèi)膽纖維纏繞復(fù)合材料儲氫罐，目前35MPa已是較成熟的技術(shù)，70MPa則是研究的熱點，在豐田2014年年底上市的氫燃料電池汽車Mirai上，應(yīng)用了70MPa的儲氫技術(shù)，目前國內(nèi)也有許多企業(yè)完成了70MPa高壓氫燃料電池汽車儲氫罐的研發(fā)工作。低溫液態(tài)儲氫是先將氫氣液化，然后儲存在低溫絕熱容器中。由于液氫密度為70.78kg/m3，是標況下氫氣密度0?08342kg/m3的近850倍，即使將氫氣壓縮至15MPa，甚至35、70MPa，其單位體積的儲存量也比不上液態(tài)儲存。單從儲能密度上考慮，低溫液態(tài)儲氫是一種十分理想的方式。但由于液氫的沸點極低(20?37K)，與環(huán)境溫差極大，對容器的絕熱要求很高，且液化過程耗能極大。因此對于大量、遠距離的儲運，采用低溫液態(tài)的方式才可能體現(xiàn)出優(yōu)勢。目前液氫主要作為低溫推進劑用于航天中，而對于以液氫為動力的汽車與無人機的液氫貯箱也有一些研究，但到目前為止還沒有實質(zhì)性的進展。金屬氫化物儲氫是采用某些金屬或合金與氫氣形成化合物，而對形成的氫化物加熱又會釋放出氫氣，從而實現(xiàn)對氫的儲存與釋放。這種方式安全性好、氫氣純度高、單位體積儲氫密度高，但單位質(zhì)量儲氫密度低、吸放氫氣速率較低。該項技術(shù)目前存在兩大關(guān)鍵問題，一是在大規(guī)模應(yīng)用中提高儲氫材料的儲氫量，二是降低材料成本并節(jié)約貴重金屬。目前來看，金屬氫化物儲氫還處在實驗研究階段。表1總結(jié)歸納了以上三種主要儲氫方式的優(yōu)缺點以及目前主要的應(yīng)用。舉I三艸軸氫方式對比TjthaIoflluwbydiu^c-Hnir-llh^l^犧亀方式優(yōu)點缺點目前主餐應(yīng)用技術(shù)較為成憨儲搭密匪低妥全性犧較繪普誦舸曲:少■儲存高圧祐K結(jié)構(gòu)相對簡單輕質(zhì)商圧儲蚪笑：充放覲速度妝參用于氧榔料電油低溫懣態(tài)傭輒氫液此能耗大大量.遠更康傭運安主焙相對狡好主嬰用于夫禍底遍剖能柱低■■安全性好技術(shù)不咸豔，幣位儲氫密廈低'充眩擔蝕率低實唏胡究階國橫向?qū)Ρ热N主要的儲氫技術(shù)，高壓儲氫目前發(fā)展最為成熟，應(yīng)用也最為廣泛，但在儲氫密度及安全性方面存在瓶頸；金屬氫化物儲氫技術(shù)則表現(xiàn)出巨大潛力，但目前還處在研究階段；低溫液態(tài)儲氫技術(shù)具有單位質(zhì)量和單位體積儲氫密度大的絕對優(yōu)勢，但目前儲存成本過高，主要體現(xiàn)在液化過程耗能大，以及對儲氫容器的絕熱性能要求極高兩個方面，目前低溫液氫技術(shù)多用于航天，但也越來越有向民用發(fā)展的趨勢。本文將著重探討低溫液化儲氫技術(shù)的發(fā)展及其主要的技術(shù)手段，包括低溫絕熱技術(shù)與低溫儲罐設(shè)計，指出目前存在的問題與未來的發(fā)展趨勢。3低溫絕熱技術(shù)低溫絕熱技術(shù)是低溫工程中的一項重要技術(shù)，也是實現(xiàn)低溫液體儲存的核心技術(shù)手段，按照是否有外界主動提供能量可分為被動絕熱和主動絕熱兩大方式。被動絕熱技術(shù)已廣泛運用于各種低溫設(shè)備中；而主動絕熱技術(shù)由于需外界的能量輸入，雖能達到更好的絕熱效果，甚至做到零蒸發(fā)存儲(Zeroboil-off,ZBO)，但也勢必帶來一些問題，如需要其他的附加設(shè)備而增加整套裝置的體積與重量，制冷機效率低、能耗大、得不償失，成本高、經(jīng)濟性差。3?1被動技術(shù)被動絕熱技術(shù)不依靠外界能量輸入來實現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，而是通過物理結(jié)構(gòu)設(shè)計，來減少熱量的漏入而減少冷損。一種明顯的思路是通過增加熱阻來減少漏熱，如傳統(tǒng)的堆積絕熱、真空絕熱等。此外，-種新型的變密度多層絕熱技術(shù)(Variabledensitymultilayerinsulation,VD-MLI)，也是類似的基本思路來減少漏熱。3.1.1傳統(tǒng)技術(shù)常用的傳統(tǒng)低溫絕熱主要有堆積絕熱、高真空、真空粉末、真空多層等方式，絕熱原理及性能如表2所示。丟2慢規(guī)低溫絕膽類里與性能Tab.2T$尸，41呼」vfUraMiliiofw』陽吁週甲.旬：粘IhmiI"^山皿山町i絕熱方式性能/〔叫“罰*初）常用場合晉誦堪積起熱捋煤導(dǎo)車小的射料填克注絕龍対姦衷面達到絕熱效巣坪醴類：0屈、7衛(wèi)50粉未類：比019-0.064泡沫無DMTIOM輅尢里固淀貯捂適熱夾健空間痕高典空.贏少％棒対饑樓熱-101少型樽動式瞰罠'液組與氣體導(dǎo)熱客器典空粉未絕熱將導(dǎo)熱削小的対料頃充在戛空低犬中嬰液亂、液甄的宴空夾層.減少空氣時對盅傳熱re典空霧層絕熱采用冬層圧射屛.在離頁空遺熱的綏礎(chǔ)上ID6-MJ1少型液靈、液:割言凰3.1.2變密度多層絕熱對于常規(guī)多層絕熱的研究表明，在高溫側(cè)輻射熱流占主導(dǎo)，而在低溫側(cè)輻射屏之間的固體導(dǎo)熱熱流顯著增加。HastingsLJ等和MartinJJ等首先提出VD-MLI（變密度多層絕熱）結(jié)構(gòu)，認為可在輻射熱流占主導(dǎo)的高溫側(cè)使用較大的層密度來減少輻射換熱，而在低溫側(cè)使用較小的層密度來減少固體材料導(dǎo)熱,來優(yōu)化多層絕熱材料的整體性能。國內(nèi)的一些學(xué)者也對VD-MLI進行了一些相關(guān)研究。朱浩唯等研究了多層絕熱結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化層密度分布方式與絕熱系統(tǒng)各參數(shù)之間的關(guān)系；王瑩等對火箭低溫推進劑儲罐外的VD-MLI結(jié)構(gòu)進行了傳熱研究，認為VD-MLI比MLI結(jié)構(gòu)具有更輕的質(zhì)量和更好的絕熱效果，且熱邊界溫度對VD-MLI的絕熱性能有主要影響；王田剛等通過正交實驗法對VD-MLI的層密度設(shè)計了不同的組合方案，并通過傳熱模型分析，確定了不同的熱端溫度下所需的最小厚度。相比于傳統(tǒng)的多層絕熱，VD-MLI技術(shù)有更好的絕熱性能，且在重量上也更具優(yōu)勢，相關(guān)研究表明，在低溫推進劑長期在軌儲存方面，采用VD-MLI技術(shù)與傳統(tǒng)的多層絕熱相比，推進劑蒸發(fā)量減少近60%，而絕熱材料質(zhì)量減少近40%。3.1.3輻射制冷輻射傳熱是一種重要的傳熱方式，尤其在空間中更顯得尤為重要。SunXW等通過理論計算認為，在軌液氫低溫儲罐可通過輻射向空間的深冷環(huán)境放熱，從而做到液氫在兩年時間內(nèi)的零蒸發(fā)儲存。利用飛行器姿態(tài)與結(jié)構(gòu)，將向空間約2.7K的冷背景傳熱的輻射制冷機作為一種非機械制冷機，也有諸多優(yōu)點，如無運動部件、無振動、可靠性高、無需主動耗能、不產(chǎn)生額外熱量，但由于太空環(huán)境復(fù)雜，太陽照射處可達近6000K高溫，而背陽處則直接面對宇宙深冷背景，因此輻射制冷對飛行器的飛行姿態(tài)要求很高。3.2主動技術(shù)主動絕熱技術(shù)是通過以耗能為代價來主動實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移，常見的手段是采用制冷機來主動提供冷量，與外界的漏熱平衡，從而實現(xiàn)更高水平的絕熱效果。主動技術(shù)常用在一些閃蒸氣(Boil-offgas,BOG)再液化流程中，如LNG船的再液化流程及核磁共振儀中液氦的再液化等。航天技術(shù)中主動絕熱技術(shù)常用來提供低溫液體推進劑的零蒸發(fā)儲存(Zeroboil-off,ZBO)，在被動絕熱基礎(chǔ)上，通過制冷機主動耗能提供冷量來進行熱量轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)低溫液體零蒸發(fā)。此技術(shù)最早由NASA在20世紀末提出，為實現(xiàn)火星探測而需低溫推進劑長期在軌儲存。目前這項技術(shù)在地面上已能實現(xiàn)液氧及液氫的ZBO儲存，但在空間中受限于低溫制冷機的效率問題，夜氫在軌ZBO還沒取得突破，旦也能大大減少其蒸發(fā)量。3.2.1零蒸發(fā)技術(shù)發(fā)展早在1999年，NASA的Glenn研究中心就對液氫的零蒸發(fā)儲存進行了試驗，來驗證使用當時的技術(shù)實現(xiàn)ZBO概念的可行性。試驗裝置示意圖如圖1所示，球型儲罐直徑為1.39m,采用高真空多層絕熱，儲罐頂部配有一臺兩級G-M制冷機，第一級提供20W@35K制冷量，第二級提供17.5W@18K制冷量。二級冷頭與儲罐中的冷凝器相連，一級冷頭與銅葉片相連，銅葉片位于真空層中，作為冷屏來進一步減少輻射漏熱。制冷機工作時，當排氣閥關(guān)閉后，罐內(nèi)壓力持續(xù)而穩(wěn)定下降，制冷機工作8h后，可實現(xiàn)罐內(nèi)液氫的零蒸發(fā)，但冷凝換熱器存在高達8K的溫度梯度，這就需冷頭提供更低的溫度，從而導(dǎo)致制冷機功率的升高及效率的下降。且這項試驗在地面環(huán)境下進行，主要是通過自然對流來換熱，而該種方式在空間中無法實現(xiàn)，此外試驗中使用的是工業(yè)制冷機。在隨后的2001年，Marshall空間飛行中心采用噴桿與制冷機相結(jié)合，采用強制對流換熱的方式，實現(xiàn)了液氫的零蒸發(fā)儲存，且沿換熱器軸向傳熱溫差僅有2K。試驗裝置如圖2所示，儲罐容積18m3，制冷機安裝在柱狀儲罐底部，能提供30W@20K制冷量，液氫在循環(huán)泵的作用下，從罐體底部流經(jīng)制冷機冷頭獲得冷量后，經(jīng)噴桿噴射進入儲罐中，與罐中液體進行強制對流換熱，帶走罐內(nèi)熱量，實現(xiàn)零蒸發(fā)儲存。2004年，Glenn研究中心使用航天用脈管制冷機、而非工業(yè)制冷機來進行液氮的ZBO試驗。試驗裝置見圖3，球型儲罐直徑1.42m,外側(cè)布置有多層絕熱，制冷機位于儲罐頂部，通過熱管與儲罐中的翅片管換熱器相連，能提供10W@95K制冷量。儲罐底部布置有浸沒式混流泵進行混流，破壞熱分層。系統(tǒng)成功實現(xiàn)儲罐內(nèi)液氮的零蒸發(fā)，但制冷機與低溫液體間存在高達6.9K的溫度梯度，且混流泵會帶來額外的熱量。

制凈機曲T翅啊式制凈機曲T翅啊式[縫匠罐流筆圖3采用熱官的釘Q流程Fif.3ZBOBystmiwiLhhintpipe此后，通過液體罐內(nèi)冷卻的方式被擱置，試圖尋找制冷機與儲罐更好的連接方式。2007年，PlachtaDW等提出一種新的流程來減少低溫液體的蒸發(fā)，認為儲罐外布置一個大面積氣體冷卻屏，能大大減少蒸發(fā)量，被稱為大面積冷卻屏(Board-area-cooled,BAC)技術(shù)，該流程示意圖如圖4所示。1參涇絕煥Klfll機冷闌Mr?VLS4[1AC1參涇絕煥Klfll機冷闌Mr?VLS4[1AC技術(shù)示意囹Fig.4ScfteiEKiliuofBACledirolu^gy陋聊■介MiJirtMOGikL90h低溫液體儲罐外布置有多層絕熱與大面積冷屏，冷屏是由多根氣體管路纏繞布置組成，冷屏與制冷機構(gòu)成制冷回路，給儲罐內(nèi)的液體提供冷量，制冷機為布雷頓制冷機，循環(huán)工質(zhì)為低溫氦氣，壓縮后的氦氣經(jīng)透平膨脹機膨脹獲得冷量。這種BAC技術(shù)的獨特之處在于罐內(nèi)的熱量通過布置在儲罐外部、與制冷機相連的氣體循環(huán)回路轉(zhuǎn)移，相比于以往將換熱器布置在儲罐內(nèi)部的方法更有效，溫度梯度大大減少。由此，ZBO技術(shù)根據(jù)使用的制冷機不同而分為兩類:逆布雷頓式(Reverseturbo-Brayton-cycle,RTBC)與分離式(斯特林、脈管、G-M等)。分離式制冷機的冷指一般較小，很難與較大的儲罐集成；而RTBC通過壓縮機提供動力，可將冷量通過布置在儲罐外部的冷屏較均勻分布，且冷屏中的介質(zhì)與制冷機工質(zhì)相同，無需額外的換熱器。此后，針對BAC技術(shù)用于空間在軌飛行的低溫推進劑貯箱，NASA進行了大量研究，通過這項技術(shù)，已實現(xiàn)了液氮液氧的零蒸發(fā)。但對于液氫，受限于20K溫區(qū)制冷機技術(shù)的效率等問題，雖未能做到零蒸發(fā)，但也大大減少了蒸發(fā)量。2017年，NASA完成了地面上集制冷-儲存一體式大型液氫貯槽(IRAS)的測試，如圖5所示。該系統(tǒng)用來給航天飛行器提供液氫，系統(tǒng)使用低溫氦氣來冷卻氫，采用的林德LR1620閉式逆布雷頓制冷循環(huán)在20K提供390W冷量，系統(tǒng)經(jīng)測試成功完成了三個主要目標液氫的零損失儲存和轉(zhuǎn)移、推進劑的致密化及氫氣液化。該系統(tǒng)是ZBO技術(shù)在地面上的一次應(yīng)用，對今后ZBO技術(shù)從空間到地面，乃至從航天軍工向民用轉(zhuǎn)移均具有重要意義。25mnrfB'fi：ldDUSik專25mnrfB'fi：ldDUSik專sea\Z5m\TfLET.團kF-.亠1^1*T213Wfl-ftitffi/jiS/3.2.2問題與難點主動絕熱技術(shù)是在低溫制冷機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，也受限于低溫制冷機技術(shù)。目前存在的主要問題與難點有:低溫制冷機的效率問題還需進一步突破,特別是對于航天用的20K或更低溫區(qū)小型低溫制冷機，效率較低，且需考慮散熱、能耗、重量及振動等問題。對于儲罐自增壓與熱分層機理與模型有待進一步完善。自增壓與熱分層是低溫儲罐中的重要現(xiàn)象，直接影響到儲罐的熱力學(xué)性能。針對兩者機理與模型的研究很多，對于自增壓使用較為廣泛的模型主要是多區(qū)域模型，目前對于熱分層模型，使用較為廣泛的是DaigleMT等提出的簡化熱力學(xué)模型，使用了集總參數(shù)法。此外，針對儲罐的自增壓與熱分層現(xiàn)象還有一些CFD研究，但目前的理論模型與實驗結(jié)果符合程度有限，且泛用性不高，還有待進一步研究。⑶在航天方面，還需考慮空間中復(fù)雜的微重力傳熱問題。目前微重力傳熱理論還不完善，且缺少在微重力環(huán)境下的傳熱研究數(shù)據(jù)，實驗難度大。3?3兩者比較主動絕熱技術(shù)一般建立在被動絕熱基礎(chǔ)上，但其中的被動絕熱結(jié)構(gòu)無需像單純使用被動絕熱那樣要求高。主動絕熱可達到更好的絕熱效果，更低的液體蒸發(fā)率，甚至可做到ZBO儲存，但需額外配備低溫制冷機系統(tǒng)。相比于被動絕熱，一是會增加能耗，產(chǎn)生熱量，航天中由于對熱量、空間及重量的要求十分嚴格，及航天用低溫制冷機效率低下等原因，對主動技術(shù)增加了不小難度；二是增加額外低溫設(shè)備，成本提高，系統(tǒng)復(fù)雜化，效率較低，但考慮能做到更好的絕熱，更低的液體蒸發(fā)率，雖被動絕熱成本較低，絕熱系統(tǒng)也較簡單，但其液體日蒸發(fā)較高。兩者相比而言，采用主動絕熱技術(shù)而增加的那部分成本，來實現(xiàn)更少的低溫液體日蒸發(fā)率，從而減少液體損失是否值得，這是一個值得權(quán)衡的問題，其選擇也因不同的場合（空間或者地面）,不同的低溫工質(zhì)（液氧、氮、氬氣或者液氫、氦），不同的目標（低蒸發(fā)率還是零蒸發(fā)）而不同。在航天方面，基于主動絕熱技術(shù)的低溫液體ZBO技術(shù)主要目的，是為了實現(xiàn)低溫推進劑的長期在軌儲存，執(zhí)行長期外太空的飛行任務(wù)，減少發(fā)射成本。當采用被動技術(shù)時，一般控制液體的日蒸發(fā)率在一定范圍內(nèi)，但無論被動絕熱效果多好，總會有低溫液體損失，為滿足長期在軌的需要，須考慮到損失量以裝載更多的低溫推進劑，這就增加了飛行器的發(fā)射重量，增加了發(fā)射成本。PlachtaD等指出，對于長時間在軌飛行，ZBO技術(shù)才具有優(yōu)勢，而對于短期在軌任務(wù)，ZBO技術(shù)則無必要。劉欣等對兩種方式的分析表明，對于50t規(guī)模日蒸發(fā)率為0.5%的液氧儲罐，在軌時間〉5d時，基于主動技術(shù)的ZBO技術(shù)在控制系統(tǒng)重量上具有優(yōu)勢，當在軌時間＜5d時，被動絕熱技術(shù)更具優(yōu)勢；對于9t規(guī)模日蒸發(fā)率為1%的液氫儲罐，分界時間為62d，對于更長時間的在軌時間，ZBO技術(shù)才體現(xiàn)出優(yōu)勢。4低溫儲罐設(shè)計4?1結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1.1外型形狀儲罐的日蒸發(fā)率一般隨著儲罐的尺寸增大而減小，對于同規(guī)模的儲罐，球型容器的日蒸發(fā)率最小。一般認為儲罐漏熱量與容器的比表面積成正比。常見的儲罐外型有球型和柱形兩類。由幾何學(xué)可知，球型比表面積最小，同時也具有應(yīng)力分布均勻、機械強度好等優(yōu)點，但大尺寸的球型儲罐造價昂貴，制造難度大。相對而言，柱形儲罐比表面積稍大，相比于球型儲罐，漏熱量與日蒸發(fā)率也相應(yīng)較大。柱形容器通常作為公路或鐵路車輛運輸容器，是由于運輸對容器的高度、寬度有嚴格要求。4.1.2支撐結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)主要指內(nèi)膽和外殼之間的支撐，這部分結(jié)構(gòu)是主要的漏熱途徑，該部分的導(dǎo)熱漏熱量往往超過總漏熱量的30%。設(shè)計時應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料，盡量減少支撐截面面積、增大支撐有效絕熱長度，以盡可能減少漏熱。工程材料在低溫環(huán)境(S120K)中表現(xiàn)出來的特有性質(zhì)，對低溫儲罐的設(shè)計選材至關(guān)重要，下面就工程材料的低溫性能與目前常用的液氫低溫材料兩方面進行闡述。4.2.1工程材料的低溫性能低溫環(huán)境下，工程材料的物理及力學(xué)性能與常溫下有很大差別，對工程材料低溫性能的研究，在保障系統(tǒng)可靠、減少事故發(fā)生等方面具有重要意義。陳國邦從自身研究經(jīng)驗出發(fā)，結(jié)合中外研究成果，總結(jié)了工程材料在低溫下的主要性能：極限強度與屈服強度:隨著溫度降低，材料原子振動減弱，需更大的力才能將位錯從合金中分開，因此材料的極限強度和屈服強度將增大。⑵疲勞強度和持久極限:疲勞現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于裂紋的產(chǎn)生和擴大。溫度降低時，需更大的應(yīng)力才能使裂紋擴大，因此材料的疲勞強度和持久極限將增大。沖擊強度:抗沖擊性的表現(xiàn)好壞大部分取決于材料的晶體結(jié)構(gòu)。面心立方晶格在低溫下抗沖擊性較好，體心立方晶格較差。碳鋼在低溫下沖擊強度急劇下降，而玻璃鋼材料在低溫下沖擊強度卻會提高。硬度和延展性:與極限強度一樣，溫度降低，金屬材料硬度將增大。對無低溫塑-脆性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的材料，延展性隨溫度下降而上升。有低溫塑-脆性轉(zhuǎn)變的材料，延展性在低溫下會急劇下降，不應(yīng)用于低溫環(huán)境。⑸彈性模量:彈性模量是原子和分子間作用力的體現(xiàn)，因此當溫度下降時，彈性模量增大。4.2.2常用的低溫材料對于液氫容器的選材，一是要考慮材料在20K低溫的力學(xué)性能，二是要考慮內(nèi)膽材料的氫脆問題。根據(jù)《鋼制壓力容器》與《ASME壓力容器設(shè)計指南》,304、304L、316、316L、321、347等鉻鎳奧氏體不銹鋼可用于20K環(huán)境，適用于液氫容器。國內(nèi)“50工程”氫氧發(fā)動機試車配套的100m3液氫儲罐內(nèi)膽采用了304鋼而海南大運載發(fā)射場的300m3液氫運輸槽車內(nèi)膽使用了321鋼。4.3安全問題4.3.1壓力安全低溫容器的安全性相比于其他機械設(shè)備，除設(shè)備強度的校核外，壓力安全是其安全性保證的重要一環(huán)。為保證低溫容器安全可靠工作，須在容器上設(shè)有超壓泄放裝置，常用的超壓泄放裝置有安全閥和爆破片。實際工程中常將兩者組合使用，組合方式主要有三種，如圖6所示。安全閥與爆破片并聯(lián)。安全閥作為一級泄壓裝置用于操作條件下可能發(fā)生的超壓泄放，爆破片作為意外條件情況下的二級泄壓裝置，如圖6(a)所示。⑵安全閥出口側(cè)串聯(lián)爆破片。爆破片可免受壓力以及溫度的長期作用產(chǎn)生疲勞，如圖6(b)所示。(3)安全閥入口側(cè)串聯(lián)爆破片。可保護安全閥免受腐蝕、堵塞、凍結(jié)，避免罐內(nèi)介質(zhì)在爆破片產(chǎn)生作用后的損失，如圖6(c)所示。TOC\o"1-5"\h\z〔理兩斗：c嬪通71川？M何圉右安全閥和爆破片時組合方式Fig.6Ccmibinalionofsafetyv?hrandnipundiac4.3.2氫安全對于儲氫容器，由于氫的一些獨特性質(zhì)，除壓力安全外還要考慮易燃易爆及氫脆問題。氫氣在空氣中的爆炸極限是4.0%~75.6%(體積濃度)，范圍極大，極易發(fā)生爆炸，且氫氣分子極小，易發(fā)生泄露。對于錳鋼、鎳鋼等，由于長期暴露在氫氣中，特別在高溫高壓環(huán)境下易發(fā)生氫脆而使強度降低。5結(jié)論與展望至今，氫能的發(fā)展已到了一個關(guān)鍵時期，從過去的“未來能源”，如今正—步步走向大規(guī)模應(yīng)用，氫能城市也正在規(guī)劃建設(shè)。⑴就三種主流的儲氫方式而言，高壓儲氫技術(shù)較為成熟，未來將朝著更高壓力、更輕質(zhì)的方向發(fā)展，目前在燃料電池車中已有應(yīng)用；金屬氫化物儲氫在未來一段時間，將仍處于實驗研究階段