CN110325786A - 抗冲击杜瓦瓶 - Google Patents

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Abstract

一种用于储存低温流体的杜瓦瓶，具有被构造成储存低温流体的内部容器和具有外部上头部和外部下头部的外部容器。外部上头部和下头部被连接，以便限定杜瓦瓶的内腔。内部容器位于外部容器的内腔中，从而在内部容器和外部容器之间限定了隔绝空间，隔绝空间的空气被排出。颈部在内部容器和外部上头部的中心区域之间延伸。外部上头部和颈部被构造成当过大的冲击载荷施加到杜瓦瓶上时，在颈部没有破裂的情况下，中心区域永久变形。

Description

抗冲击杜瓦瓶
优先权要求
本申请要求2016年12月27日提交的美国临时申请62/439,377号的权益，其内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明总体上涉及低温流体容器，尤其涉及具有抗冲击结构的杜瓦瓶。
背景技术
称为杜瓦瓶的容器用于储存和运输非常低的温度的低温材料(例如，液氮常压下在77K或-196C沸腾)。它们必须在外部容器和容纳低温材料(通常是液氮，也称为LN2，以及必须由LN2保持低温的一些有价值的物品或物质，因为当从外部少量热泄漏到内部容器中时LN2蒸发)的内部容器之间具有极小的热连接，包括被抽真空空间。容器之间的空间被抽空，以消除对流和传导热传递。
杜瓦瓶内部和外部容器之间唯一不可避免的连接是颈部开口，其允许从外部填充和排空内部容器。优选地，这些颈部是唯一这样的连接，使得内部容器及其所有内容物仅通过附接到外部容器顶部区域的该颈部悬置。
杜瓦瓶颈部有益地由低传导性材料制成，并且另外尽可能细，以最小化沿着颈部的传导热泄漏。遗憾的是，这种低传导性材料(例如玻璃纤维增强环氧树脂)也是脆的。因为它们充当内外部容器之间的主要结构连接，所以当杜瓦瓶受到冲击时，如在装运或运输时的粗暴装卸过程中可能发生的突然加速或减速，这些易碎的颈部可能会折断或在它们与容器的附接处分离从而出现损坏。
这种杜瓦瓶颈部损坏破坏了内外容器之间的真空，导致在接近环境温度的外部容器和冷的内部容器之间的热对流迅速增加。随着热量输入增加，内部容器中的任何液体迅速沸腾，并会喷射出仍然冷的气体和/或液体的射流，这是不希望的。
此外，隔绝真空损失可能意味着杜瓦瓶中因变暖而受损的贵重材料的损失。更具体地说，许多小型杜瓦瓶用于装运和运输应用，例如农业精液分配(agricultural semendistribution)、实验室生物样品和其他温度敏感产品的运输。在某些情况下，运输的材料是罕见或独特的(例如，癌症长期医学研究的成分)；真空和这些内容物的损失会给内容物所有者造成非常昂贵乃至灾难性的损失。
在发生这种损坏和损失的情况下，总会有一些问题，即运输公司是否因杜瓦瓶操作不当而有过错，或者杜瓦瓶本身由于制造或设计缺陷而出现损坏。提供一种更坚固的杜瓦瓶，它在最频繁的操作载荷下不会损坏，但能显示出载荷超过标准设计和运输操作公差的可视指示，可以减少损失以及识别这种损失的根本原因的工作和费用。
杜瓦瓶极端操作的指示器以小型附加产品的形式存在。当附接到包装上时，产品使用视觉指示物显示包装是否从接近90度或更大的角度倾斜，或者超出制造商的限制。然而，这些附加指示器不会记录过大的加速或减速(冲击)。
还有过大加速和减速的附加指示器，如“冲击指示器”。这些附加指示器具有基于用户要求的预设冲击限制，并且它们利用视觉显示来指示是否超过最小冲击限制。
这些附加产品非常有用，广泛用于物流业。但是，这些产品无法防止由于包装方向或过大冲击造成的产品损坏。
发明内容
本发明主题的几个方面可以在下面描述和要求保护的设备和系统中单独或一起具体实施。这些方面可以单独使用或者与本文所述主题的其他方面结合使用，并且这些方面的描述一起并不旨在排除这些方面的单独使用或者单独要求这些方面或者这些方面如本文所附权利要求中阐述的不同组合。
一方面，用于储存低温流体的杜瓦瓶包括构造成储存低温流体的内部容器。外部容器包括外部上头部和外部下头部，外部上头部包括中心区域，外部上头部和下头部连接以限定内腔。内部容器位于外部容器的内腔内，从而在内部容器和外部容器之间限定隔绝空间，其中隔绝空间的空气被排空。颈部在内部容器和外部上头部的中心区域之间延伸并附接到内部容器和外部上头部的中心区域。外部上头部和颈部被构造成当过大的冲击载荷施加到杜瓦瓶上时，在颈部没有破裂的情况下，中心区域永久变形。
另一方面，用于储存低温流体的杜瓦瓶包括被构造成储存低温流体的内部容器。外部容器包括外部上头部和外部下头部，外部上头部包括中心区域，外部上头部和下头部连接以限定内腔。内部容器位于外部容器的内腔内，从而在内部容器和外部容器之间限定隔绝空间，其中隔绝空间的空气被排空。颈部在内部容器和外部上头部的中心区域之间延伸并附接到内部容器和外部上头部的中心区域。外部上头部的中心区域呈浅盘形，因此当杜瓦瓶受到冲击载荷时，它会在颈部破裂之前变形。
另一方面，一种用于储存低温流体的杜瓦瓶的外部容器上头部包括被构造成附接到外部容器下头部的边沿区域和附接到边沿区域并被构造成接收适于附接到内部容器的颈部的中心区域。中心区域被构造成使得当过大的冲击载荷施加到外部容器上头部时，在颈部没有破裂的情况下，中心区域永久变形。
另一方面，一种用于储存低温流体的杜瓦瓶的外部容器上头部包括被构造成附接到外部容器下头部的边沿区域和附接到边沿区域并被构造成接收适于附接到内部容器的颈部的中心区域。中心区域具有浅盘形，因此当外部容器上头部受到冲击载荷时，它在颈部破裂之前变形。
附图说明
图1是现有技术的外部容器上头部的横截面图；
图2A是本发明实施例中的外部容器上头部的正视图；
图2B是图2A的上头部的放大局部视图；
图3是本发明实施例中的杜瓦瓶的横截面侧视图，该杜瓦瓶包括图2A和图2B的外部容器上头部；
图4A是根据本发明实施例构造的杜瓦瓶的剖视图，该杜瓦瓶受到垂直于颈部轴线的过大载荷；
图4B是图4A的杜瓦瓶顶部的放大视图；
图5A是根据本发明实施例构造的杜瓦瓶的剖视图，该杜瓦瓶受到沿着颈部轴线的过大载荷；
图5B是图5A的杜瓦瓶顶部的放大视图；
图6是根据本发明实施例构造的杜瓦瓶的透视图；
图7是现有技术杜瓦瓶的透视图。
具体实施方式
现有技术的杜瓦瓶通常由扁平铝合金制成的被称为“头部”的多个端件构成。头部被焊接以形成内部容器和外部容器，每个容器包括上头部和下头部，颈部附接并从内部容器的上头部伸出，并延伸到外部容器的上头部。首先组装和焊接内部容器。然后用多层辐射反射材料包裹内部容器，并将其插入部分完整的外部容器中。然后，外部容器接收焊接在其上的上头部，从而形成容纳内部容器的内腔。然后使用粘合剂或本领域已知的其他紧固方法完成颈部和外部容器上头部(通常为轴环部分)之间的最终接合。然后排空内部容器和外部容器之间的隔绝空间，以完成内部容器的热隔离。
根据本发明构造的杜瓦瓶的实施例在图3中示出，并且包括位于外部容器20内的内部容器18，外部容器和内部容器之间形成了隔绝空间22，绝缘空间22的空气优选被排空以提供真空隔绝。颈部14在内部容器18和外部容器20之间延伸，并且通过其上端固定到外部容器上头部的轴环7。图3的杜瓦瓶还具有额外的结构细节和特征，以在颈部折断之前提供上头部变形，如下所述。
成品杜瓦瓶通常是盒装的，可以单独装运或装在托盘上装运，以尽量减少装运过程中的翻滚。一些低温杜瓦瓶将在静止条件下渡过使用寿命，而其他型号的杜瓦瓶旨在通过运输装卸机反复运输冷的低温材料，杜瓦瓶内(仅作为示例)只有液氮，用于保持运输材料的低温。这些“装运杜瓦瓶”甚至可能不在纸箱里，而是可以直接处理。它们可能被提起、吊起、翻倒、掉落或撞到其他物体上。颈部应该足够结实，能够承受正常使用过程中的所有这些操作。
有时，杜瓦瓶操作包括过于粗野的处理，冲击或加速/减速超过国际安全运输协会(ISTA)广泛定义的公认装运推撞规范。尽管产品的包装应符合ISTA的一般准则，但没有哪种经济有效的包装能保护每一件产品免受装运业每天可能遇到的过大冲击。
现有技术的杜瓦瓶通常制成外部上头部，其示例如图1所示，具有高冠部或中心区域8(深盘)，以尽量减少在真空下承受大气压力载荷所需的材料。这种冲压和旋压头部通过两步制造工艺经过大量的加工硬化，增加了头部的强度和刚度。虽然有利于压力载荷，但这种大刚性形成结构中次最弱的元件，所附接的脆性颈部成为遇到过高冲击载荷时最有可能的损坏点。然而颈部折断并没有显示出它遭受毁坏的原因。
根据本发明构造的外部上头部在图2A中总体上用9表示。头部优选地是完全液压压制成型的，在颈部(环绕轴环7)附近的中心区域(或冠部)10中产生更少且更均匀的材料加工硬化，其中中心区域被成形为浅盘形。仅作为非限制性示例，如图2A和图2B所示，中心区域10可以具有弧形横截面和/或可以包括相对于水平轴线(图2B中用11表示)具有小于大约23°的角度(图2B中为13)的部分。周向环绕中心区域10的外部上头部的边沿区域(图2A的17A、17B和17C)保持其更深的盘形以抵抗压力载荷。
图2A和图2B的结构意味着头部的中心区域10沿其轴线方向(图2A中用12表示)更有弹性，或者如果垂直于该轴线施加扭矩，则中心区域可以吸收一些能量，否则这些能量会完全传递到颈部，从而保护颈部在通常遇到的载荷下不会损坏。
虽然这种通常遇到的载荷不会使如此构造的外头部塑性变形，但是合金的形状和回火经过选择，以便在施加过大载荷时在邻近颈部的区域引起永久变形，并且仍然不会过载和折断颈部(其中颈部在图3和图5B中用14表示，颈部的纵向轴线通常与图2A的轴线12对齐，在图3中用15表示)。通过这种方式，除了最严重的载荷外，所有载荷下都保持真空，但是如下所述，该单元被永久变形可视地标记，表明它承受了这样过大的冲击载荷。仅作为非限制性示例，外部上头部可以由5052-0铝构成，颈部14可以由玻璃纤维增强环氧树脂构成。图3的尺寸仅作为非限制性示例提供。
上述效果的示例如图4A至图5B所示。图4A和图4B示出了根据本发明构造的杜瓦瓶，其中外头部的轴环7通过垂直于颈部轴线的力(图4B中的箭头16)受到过大载荷。可以看出，外头部的中心区域10已经在颈部14和轴环7之间在接合处周围变形。更具体地说，颈部轴线(图3中的15)不再与原始头部轴线(图2中的12)对齐，并且在剖切的杜瓦瓶中，中心区域材料相对于原始形状在左侧(图4B中的20)上移，在右侧(图4B中的22)下移。
图5A和图5B示出了根据本发明构造的杜瓦瓶，该杜瓦瓶通过沿着颈部轴线的力(箭头24)受到过大载荷。在26处可以看到，外部上头部中心区域材料在颈部14和轴环7之间围绕整个接合处圆周地下移(内部容器已经相对于外部容器向下移动)。
图4A至图5B的每个变形都是永久性的(非弹性的)，提供了施加了过大载荷的外部可视证据。此外，在这两种情况下，玻璃纤维颈部14或其与任一容器的附接都没有受到任何损坏，因此虽然遇到破坏也能保持真空(在进行剖切以形成图4A至图5B之前)。
图6示出了本发明的杜瓦瓶的替代实施例的未剖视图，示出了带有弧形或浅盘形冠形或中心区域32的高肩部上头部30。图7示出了传统结构的现有技术杜瓦瓶，其具有高的刚性的上头部中心区域34。
上述实施例提供了一种具有最大完工热性能的杜瓦瓶，但它可以承受更高水平的冲击载荷而不损失真空，从而通过这种冲击载荷事件提高储存材料的安全性和保护性。上述实施例在任何这样的载荷事件之后提供了指示，向任何观察者表明杜瓦瓶曾经经受这样重的载荷，并且应该被更换或不再予以运输使用。
虽然已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员来说，显然可以在不脱离本发明的精神的情况下对其进行改变和修改，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (19)

1.一种用于储存低温流体的杜瓦瓶，包括：
a.内部容器，其构造成储存所述低温流体；
b.外部容器，其包括外部上头部和外部下头部，所述外部上头部包括中心区域，并且所述外部上头部和下头部连接以限定内腔；
c.所述内部容器位于所述外部容器的所述内腔内，从而在所述内部容器和外部容器之间限定隔绝空间，其中所述隔绝空间的空气被排空；
d.颈部，其在所述内部容器和所述外部上头部的所述中心区域之间延伸并附接到所述内部容器和所述外部上头部的所述中心区域；以及
e.所述外部上头部和颈部被构造成使得当过大的冲击载荷施加到所述杜瓦瓶上时，所述中心区域在所述颈部没有破裂的情况下发生永久变形。
2.根据权利要求1所述的杜瓦瓶，其中，所述外部上头部是全液压压制成型的。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述外部容器由铝合金构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述颈部由玻璃纤维增强环氧树脂构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述外部上头部的所述中心区域具有弧形横截面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述冲击载荷包括平行于所述颈部的纵轴线的力和/或垂直于所述颈部的所述纵轴线的力。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述外部上头部的形状和材料回火使得在施加过大的载荷时，在所述颈部没有破裂的情况下，在所述中心区域产生永久变形。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述内部容器包括连接在一起的内部上头部和内部下头部。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述中心区域包括浅盘形。
10.一种用于储存低温流体的杜瓦瓶，包括：
a.内部容器，其构造成储存所述低温流体；
b.外部容器，其包括外部上头部和外部下头部，所述外部上头部包括中心区域，并且所述外部上头部和下头部连接以限定内腔；
c.所述内部容器位于所述外部容器的所述内腔中，从而在所述内部容器和外部容器之间限定隔绝空间，其中所述隔绝空间的空气被排空；
d.颈部，其在所述内部容器和所述外部上头部的所述中心区域之间延伸并附接到所述内部容器和所述外部上头部的所述中心区域；以及
e.所述外部上头部的所述中心区域具有浅盘形，使得当所述杜瓦瓶暴露于冲击载荷时，它在所述颈部破裂之前变形。
11.根据权利要求10所述的杜瓦瓶，其中，所述外部上头部是全液压压制成型的。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述外部容器由铝合金构成。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述颈部由玻璃纤维增强环氧树脂构成。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述外部上头部的所述中心区域具有弧形横截面。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述冲击载荷包括平行于所述颈部的纵轴线的力和/或垂直于所述颈部的所述纵轴线的力。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述外部上头部的形状和材料回火使得在施加过大的载荷时，在所述颈部没有破裂的情况下，在所述中心区域产生永久变形。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的杜瓦瓶，其中，所述内部容器包括连接在一起的内部上头部和内部下头部。
18.一种用于储存低温流体的杜瓦瓶的外部容器上头部，包括：
a.边沿区域，其构造成附接到外部容器下头部；
b.中心区域，其附接到所述边沿区域并构造成接收适于附接到内部容器的颈部，所述中心区域构造成使得当过大冲击载荷施加到所述外部容器上头部时，在所述颈部没有破裂的情况下，所述中心区域永久变形。
19.一种用于储存低温流体的杜瓦瓶的外部容器上头部，包括：
a.边沿区域，其构造成附接到外部容器下头部；
b.中心区域，其附接到所述边沿区域并构造成接收适于附接到内部容器的颈部，所述中心区域具有浅盘形，使得当所述外部容器上头部暴露于冲击载荷时，它在所述颈部破裂之前变形。
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