CN102092284B - 成角度安装的高压容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及成角度安装的高压容器。一种安装系统包括：具有纵向轴线的压力容器；围绕压力容器设置的保持条；具有在其中形成的孔的载体元件，以从中接收保持条以便将载体元件紧固到压力容器；以及安装元件，所述安装元件联接到载体元件且适合于联接到安装点以便紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角设置。

Description

成角度安装的高压容器
技术领域
本发明涉及用于存储流体的压力容器。更具体地，本发明涉及用于将压力容器安装到车辆中的系统和方法。
背景技术
由替代燃料（如，压缩天然气（CNG）、液化天然气（LNG）或氢气）供给燃料的低底板运输车辆的到来，已经导致需要将加压容器形式的燃料存储装置安装到车辆。
通常，为了实现类似于柴油车辆的驾驶里程且实现与替代燃料相关的安全标准，必须使用多个压力容器。为了减少这种燃料存储系统的重量，使用轻质复合材料压力容器和安装系统。
为了满足美国和加拿大两个国家的ANSI/AGA NGV2和CSA B51认证，安装系统必须设计成适应由于其加压而引起的燃料压力容器的径向和轴向增长。此外，压力容器必须承受动态负载。动态负载可按照重力的倍数来规定。负载设计取决于容器的取向。在加拿大，当压力容器典型地以与车辆行驶相同的方向定向时，设计动态负载必须在车辆的纵向方向至少20 g且在任何其他方向8 g。这些负载取代正常操作所需的负载且通常比美国强加的更严格，其中容器以相同方向定向。此外，在8 g下试验时需要用于安装支架的0.5英寸（12.5 mm）的最大许可偏转。当压力容器横向于行驶方向安装时，在欧洲和日本惯例中就是如此，当前设计碰撞负载在所有方向都是100 g。所述标准定期变化。
在1998，Lincoln Composites（Lincoln. Nebr., U.S.A.）（Advaneced Technical Products, Inc.的一个分类）中，公开了用于车顶安装的模块化构思，使用可膨胀以适应压力容器的各种长度的轻质桁架框架。将模块集成到公共汽车车顶通过使用安装支架来完成，安装支架可沿着模块的长度重新定位，以与车顶“硬点”或刚性框架结构相对应。模块化框架包括设置在两个纵向轨道之间的多个端构件以及平行于纵向轨道设置的多个桁架状中心框架构件。压力容器平行于中心框架构件纵向定位，从而将压力容器彼此分开且为模块化框架增加结构刚度。
已经设计其他框架以满足安全要求和重量限制。一种这样的已知设计通常用于低底板公共汽车中的车顶安装，包括端构件和横向构件的框架结构。框架在沿每个压力容器的两个位置处具有钢条，从而将每个压力容器夹持到框架中。
在上述Lincoln Composites系统中，压力容器定位成纵向轴线以与车辆纵向轴线相同的方向定向。在其他已知框架中，压力容器定向成纵向轴线相对于车辆的框架轨道和纵向轴线成90度。压力容器的取向不同代表北美与日本和欧洲之间安装惯例的差异。
将期望具有用于安装压力容器的安装系统和方法，其中，所述系统和方法使得容器容量和动态负载性能最大化。
发明内容
根据本发明，令人惊奇地发现了用于安装压力容器的安装系统和方法，其中，所述系统和方法使得容器容量和动态负载性能最大化。
在一个实施例中，一种安装系统包括：具有纵向轴线的压力容器；围绕压力容器设置的保持条；具有在其中形成的孔的载体元件，以从中接收保持条以便将载体元件紧固到压力容器；以及安装元件，所述安装元件联接到载体元件且适合于联接到安装点以便紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角（resting angle）设置。
在另一个实施例中，一种安装系统包括：具有纵向轴线的压力容器；围绕压力容器设置的保持条；具有在其中形成的孔的载体元件，以从中接收保持条以便将载体元件紧固到压力容器；以及多个安装元件，所述安装元件联接到载体元件且每个安装元件都适合于联接到安装点以便紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角设置。
本发明还提供一种用于将压力容器安装到车辆上的方法。
一种方法包括以下步骤：提供具有纵向轴线的压力容器；提供安装元件，所述安装元件紧固到车辆的安装点；将载体元件紧固到压力容器；以及将载体元件联接到安装元件以紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角设置。
方案1. 一种安装系统，包括：
具有纵向轴线的压力容器；
围绕压力容器设置的保持条；
具有在其中形成的孔的载体元件，以从中接收保持条以便将载体元件紧固到压力容器；以及
安装元件，所述安装元件联接到载体元件且适合于联接到安装点以便紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角设置。
方案2. 根据方案1所述的安装系统，其中，保持条包括联接到张紧条的张力控制元件，以紧固压力容器。
方案3. 根据方案2所述的安装系统，其中，张力控制元件包括螺栓、用于接收螺栓的保持装置和用于将螺栓紧固到保持装置的螺母。
方案4. 根据方案2所述的安装系统，其中，保持条包括设置在张紧条和压力容器之间的接合条，接合条紧固保持条相对于压力容器的位置，同时允许压力容器的膨胀和收缩。
方案5. 根据方案1所述的安装系统，还包括设置在载体元件和压力容器之间的接合垫，其中，接合垫紧固载体元件相对于压力容器的位置，同时允许压力容器的膨胀和收缩。
方案6. 根据方案1所述的安装系统，其中，安装元件具有联接到安装点的第一端和联接到载体元件的第二端，其中，第一端和第二端中的至少一个被斜切至预定角度。
方案7. 根据方案1所述的安装系统，其中，安装系统设置在车辆中，安装点是车辆车架。
方案8. 根据方案1所述的安装系统，其中，安装系统设置在燃料电池车辆中，压力容器存储由燃料电池车辆使用的流体。
方案9. 一种安装系统，包括：
具有纵向轴线的压力容器；
围绕压力容器设置的保持条；
具有在其中形成的孔的载体元件，以从中接收保持条以便将载体元件紧固到压力容器；以及
多个安装元件，所述安装元件联接到载体元件且每个安装元件都适合于联接到安装点以便紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角设置。
方案10. 根据方案9所述的安装系统，其中，保持条包括联接到张紧条的张力控制元件，以紧固压力容器。
方案11. 根据方案10所述的安装系统，其中，张力控制元件包括螺栓、用于接收螺栓的保持装置和用于将螺栓紧固到保持装置的螺母。
方案12. 根据方案10所述的安装系统，其中，保持条包括设置在张紧条和压力容器之间的接合条，接合条紧固保持条相对于压力容器的位置，同时允许压力容器的膨胀和收缩。
方案13. 根据方案9所述的安装系统，还包括设置在载体元件和压力容器之间的接合垫，其中，接合垫紧固载体元件相对于压力容器的位置，同时允许压力容器的膨胀和收缩。
方案14. 根据方案9所述的安装系统，其中，每个安装元件具有联接到刚性结构的第一端和联接到载体元件的第二端，其中，第一端和第二端中的至少一个被斜切至预定角度。
方案15. 根据方案9所述的安装系统，其中，安装系统设置在车辆中，安装点是车辆车架。
方案16. 根据方案9所述的安装系统，其中，安装系统设置在燃料电池车辆中，压力容器存储由燃料电池车辆使用的流体。
方案17. 一种用于将压力容器安装到车辆中的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有纵向轴线的压力容器；
提供安装元件，所述安装元件紧固到车辆的安装点；
将载体元件紧固到压力容器；以及
将载体元件联接到安装元件以紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角设置。
方案18. 根据方案17所述的方法，其中，保持条包括联接到张紧条的张力控制元件，以紧固压力容器。
方案19. 根据方案17所述的方法，其中，安装元件具有联接到安装点的第一端和联接到载体元件的第二端，其中，第一端和第二端中的至少一个被斜切至预定角度。
方案20. 根据方案17所述的方法，其中，安装点是车辆车架。
附图说明
根据优选实施例的以下详细描述结合附图，本发明的上述以及其他优势对于本领域技术人员来说显而易见，在附图中：
图1是包括根据本发明实施例的安装系统的车辆的后视图；
图2是图1的安装系统的俯视透视图；以及
图2a是由图2中圆“a”所示的张力控制元件的放大局部透视图。
具体实施方式
以下详细描述和附图描述和说明了本发明的各个实施例。描述和附图用于使得本领域技术人员能够制造和使用本发明，且不旨在以任何方式限制本发明的范围。关于所公开的方法，所述步骤本质上是示例性的，因而，步骤的顺序不是必要的或关键的。
图1示出了根据本发明实施例的压力容器12的安装系统10。如图所示，安装系统10设置在燃料电池车辆的后座后面。然而，应当理解的是，安装系统10可设置在任何车辆中以及车辆内的任何位置中。安装系统10包括多个保持条14、多个载体元件16和多个安装元件18。
压力容器12通常包括内部聚合物衬垫和具有外表面的缠绕外壳。缠绕外壳通常用丝绕工艺形成且可由任何常规材料形成，例如碳纤维、玻璃纤维、复合纤维、以及具有树脂涂层的纤维。替代地，缠绕外壳也可以由任何可模制材料形成，例如金属和塑料。容器开口19通常在压力容器12的端部形成且提供用于实用装置20的附连点，如，流体控制设备、阀、调节器和可附连到压力容器12的其他装置。作为非限制性示例，压力容器12适合于存储和分配气态氢，以供燃料电池系统（未示出）使用。然而，任何流体都可存储在压力容器12中。
保持条14围绕压力容器12的外围设置以将压力容器12紧固到载体元件16。如图所示，每个保持条14包括接合条22、张紧条24和张力控制元件26。
接合条22通常由橡胶形成。然而，可以使用其他弹性材料。接合条22围绕压力容器12的外围设置且与压力容器12的形状大致一致。接合条22允许压力容器12由于压力和温度变化而改变尺寸。
张紧条24围绕接合条22设置，从而将接合条22夹在张紧条24和压力容器12之间。张紧条24通常由金属（如不锈钢）形成，且可调节以接收各种尺寸和形状的压力容器。
如图2a更清楚所示，张紧条24的每个端部包括联接特征28，用于接收张力控制元件26且将张力控制元件26紧固到张紧条24。张力控制元件26紧固地联接到张紧条24。如图所示，张力控制元件26包括第一保持装置30、第二保持装置32、螺栓34和螺母35。作为非限制性示例，保持装置30、32中的每个都具有带有孔37的圆柱形本体，孔37从中穿过形成以接收螺栓34。然而，应当理解的是，可以使用其他形状。还应当理解的是，可以使用用于联接张紧条24的相对端的其他装置。
第一保持装置30设置在张紧条24的一个联接特征28中。第二保持装置32设置在张紧条24的另一个联接特征28中，从而利于联接张紧条24的相对端。螺栓34设置穿过在每个保持装置30、32中形成的孔37。螺母35设置在螺栓34上以接合在其上形成的螺纹。应当理解的是，螺母35的旋转使得螺母35沿螺栓34长度行进，从而将第二保持装置32朝第一保持装置30推动。因而，张紧条24被拉紧，且施加压缩力到压力容器12。应当理解的是，张紧条24的张力和周长可以调节以适应压力容器12的膨胀或收缩。
载体元件16各包括主体36，主体36具有用于接收保持条14的多个孔38。在所示实施例中，接合垫40设置在每个载体元件16的主体36和压力容器12之间。主体36通常由金属形成且联接到安装元件18以将压力容器12紧固到车辆。接合垫40将压力容器12紧固到载体元件16且允许压力容器12由于压力和温度变化而改变尺寸。
安装元件18设置在载体元件16和车辆的安装点之间，以提供压力容器12的期望存储角或休止角。作为非限制性示例，安装点是车辆车架。每个安装元件18包括第一端42和第二端44。如图所示，每个安装元件的第一端42联接到车辆的安装点。每个安装元件18的第二端44被斜切且联接到至少一个载体元件16。如图所示，每个安装元件18具有预定长度以将压力容器12相对于水平面以预定角度紧固。安装元件18的第二端44中的每个上的斜角也预先确定以提供载体元件18的共线安装表面。应当理解的是，通过改变每个安装元件18的相对长度及其第二端44的斜角，可以改变压力容器12的休止角。还应当理解的是，安装元件18的端部42、44可以具有任何角度。
在使用中，载体元件16邻近所形成的压力容器12设置。保持条14设置穿过在载体元件16中形成的孔38且围绕压力容器12的外围。张力控制元件26被调节以修改保持条14的周长和直径，从而将载体元件16紧固到压力容器12的外表面。压力容器12然后安装到车辆中，安装元件18紧固到车辆车架上。具体地，载体元件16联接到安装元件18，使得压力容器12紧固在具有预定休止角的存储位置。休止角是非水平角，其中，压力容器12的纵向轴线A相对于大致平行于地平面的水平面以斜角设置。与当前使用的存储容器不同，压力容器12不是相对于车辆的驾驶方向纵向或横向安装，而是相对于水平面（在某些实施例中，车辆车架）具有一定角度。
常规安装压力容器的存储容量在纵向和横向方向受到车辆的车架或刚性结构的限制。由于可以最大化压力容器12的长度，因而根据本发明的安装系统10使得压力容器12的存储容量最大化。通过沿相对于水平面倾斜的纵向轴线安装压力容器12，压力容器12可以设计成最大化可用包装空间的使用。
类似地，由于容器开口19不与车辆车架的一部分直接对齐，因而最大化动态负载性能（例如，改进的负载间隙）。压力容器12的休止角使得安装到容器开口19的实用装置20附近的空间最大化，从而最大化组装选择。例如，压力容器12在安装和组装期间可以膨胀且仍能够穿过车辆的纵向轨道。作为另一个示例，具有压力容器相对于水平面的倾斜休止角的安装系统10使得压力容器12的质量有效纵横比最大化。
根据前述说明，本领域技术人员可以容易地确定本发明的实质特性，且在不偏离其精神和范围的情况下，对本发明做出各种变化和修改以使之适合各种用途和条件。

Claims (20)

1.一种安装系统，包括：
具有纵向轴线的压力容器；
围绕压力容器设置的保持条；
具有在其中形成的孔的载体元件，以从中接收保持条以便将载体元件紧固到压力容器；以及
安装元件，所述安装元件联接到载体元件且适合于联接到安装点以便紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角设置。
2.根据权利要求1所述的安装系统，其中，保持条包括联接到张紧条的张力控制元件，以紧固压力容器。
3.根据权利要求2所述的安装系统，其中，张力控制元件包括螺栓、用于接收螺栓的保持装置和用于将螺栓紧固到保持装置的螺母。
4.根据权利要求2所述的安装系统，其中，保持条包括设置在张紧条和压力容器之间的接合条，接合条紧固保持条相对于压力容器的位置，同时允许压力容器的膨胀和收缩。
5.根据权利要求1所述的安装系统，还包括设置在载体元件和压力容器之间的接合垫，其中，接合垫紧固载体元件相对于压力容器的位置，同时允许压力容器的膨胀和收缩。
6.根据权利要求1所述的安装系统，其中，安装元件具有联接到安装点的第一端和联接到载体元件的第二端，其中，第一端和第二端中的至少一个被斜切至预定角度。
7.根据权利要求1所述的安装系统，其中，安装系统设置在车辆中，安装点是车辆车架。
8.根据权利要求1所述的安装系统，其中，安装系统设置在燃料电池车辆中，压力容器存储由燃料电池车辆使用的流体。
9.一种安装系统，包括：
具有纵向轴线的压力容器；
围绕压力容器设置的保持条；
具有在其中形成的孔的载体元件，以从中接收保持条以便将载体元件紧固到压力容器；以及
多个安装元件，所述安装元件联接到载体元件且每个安装元件都适合于联接到安装点以便紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角设置。
10.根据权利要求9所述的安装系统，其中，保持条包括联接到张紧条的张力控制元件，以紧固压力容器。
11.根据权利要求10所述的安装系统，其中，张力控制元件包括螺栓、用于接收螺栓的保持装置和用于将螺栓紧固到保持装置的螺母。
12.根据权利要求10所述的安装系统，其中，保持条包括设置在张紧条和压力容器之间的接合条，接合条紧固保持条相对于压力容器的位置，同时允许压力容器的膨胀和收缩。
13.根据权利要求9所述的安装系统，还包括设置在载体元件和压力容器之间的接合垫，其中，接合垫紧固载体元件相对于压力容器的位置，同时允许压力容器的膨胀和收缩。
14.根据权利要求9所述的安装系统，其中，每个安装元件具有联接到刚性结构的第一端和联接到载体元件的第二端，其中，第一端和第二端中的至少一个被斜切至预定角度。
15.根据权利要求9所述的安装系统，其中，安装系统设置在车辆中，安装点是车辆车架。
16.根据权利要求9所述的安装系统，其中，安装系统设置在燃料电池车辆中，压力容器存储由燃料电池车辆使用的流体。
17.一种用于将压力容器安装到车辆中的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有纵向轴线的压力容器；
提供安装元件，所述安装元件紧固到车辆的安装点；
将载体元件紧固到压力容器；以及
将载体元件联接到安装元件以紧固压力容器，其中，压力容器的纵向轴线以非水平休止角设置。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，保持条包括联接到张紧条的张力控制元件，以紧固压力容器。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，安装元件具有联接到安装点的第一端和联接到载体元件的第二端，其中，第一端和第二端中的至少一个被斜切至预定角度。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，安装点是车辆车架。
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