CN113048386B - 高压储气瓶、储气方法和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高压储气瓶，包括：瓶体，用于存储高压气体，包括瓶口；瓶阀，安装于所述瓶口处，包括进气口和管道安装孔，所述进气口用于输入所述高压气体；压力调节装置，包括气囊、管道和压力调节腔，所述气囊位于所述瓶体内，所述管道位于所述管道安装孔处，且两端分别气路连通所述压力调节腔和所述气囊，在所述气囊、所述管道和所述压力调节腔中具有填充气体，以使充气时充入所述瓶体的高压气体对所述填充气体做功，从而使所述高压气体的能量下降，温度降低。该储气瓶具有压力调节装置。向该高压储气瓶充高压气体时，高压气体对气囊做功，使得瓶体内的总能量下降，温度降低，以达到防止温度过高的目的。

Description

高压储气瓶、储气方法和车辆

技术领域

本发明主要涉及储气瓶领域，尤其涉及一种降低瓶内温度的高压储气瓶和储气方法。

背景技术

储气瓶目前在生活和工业生产中得到广泛应用，如车用天然气瓶、家用氧气分装气瓶等。近年来随着氢动汽车的发展，其储氢容器的研究迅速开展。目前应用较多的高压储氢瓶分为III型储氢瓶和IV型储氢瓶，其中 III储氢瓶内层结构为金属内胆，外层结构为碳纤维加强层；IV型储氢瓶内层结构为塑料内胆，瓶口处为金属阀座，外层结构为碳纤维加强层。

随着对氢动汽车储氢容量和续驶里程的新要求，储氢气瓶的压力也由目前的35MPa提高到70MPa。高压储氢气瓶的正常工作温度为-40℃到85℃。一般来说，气瓶充气过程是一个近似绝热压缩、温度上升的过程，而且充气过程越快，温度上升越大；而放气过程则相反。其中充气过程的最大温度变化幅度将超过100℃，这很可能会超过气瓶的正常工作温度范围。因此在气瓶开发阶段，需要对气瓶进行高压气体快速加注及泄放测试。

目前大多数高压储气瓶通过测量气瓶开口处和瓶身外部的温度以推测瓶内内部温度的变化。充气过程中很难保证不发生超高温现象。并且为了尽量避免超高温，而放缓充气速度。这不仅影响充气效率，也存在很大的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种高压储气瓶，包括：瓶体，用于存储高压气体，包括瓶口；瓶阀，安装于所述瓶口处，包括进气口和管道安装孔，所述进气口用于输入所述高压气体；压力调节装置，包括气囊、管道和压力调节腔，所述气囊位于所述瓶体内，所述管道位于所述管道安装孔处，且两端分别气路连通所述压力调节腔和所述气囊，在所述气囊、所述管道和所述压力调节腔中具有填充气体，以使充气时充入所述瓶体的高压气体对所述填充气体做功，从而使所述高压气体的能量下降，温度降低。

根据本申请的一个实施方式，所述压力调节腔包括：活塞，两端分别抵在所述压力调节腔的侧壁上，将所述压力调节腔分隔为多个密封腔体，并能够沿着所述压力调节腔的侧壁滑动。

根据本申请的一个实施方式，所述管道还包括阀门，以控制所述气囊和所述压力调节腔内的所述填充气体的流通。

根据本申请的一个实施方式，所述气囊、所述管道和所述压力调节腔中的填充气体为惰性气体或氮气。

根据本申请的一个实施方式，所述管道为绝热管道。

本申请还涉及一种对如上所述的高压储气瓶的储气方法，包括：充入预定浓度的填充气体至所述气囊、所述管道和所述压力调节腔中；通过所述进气孔，充入所述高压气体至所述瓶体，使得所述高压气体对所述填充气体做功，使所述气囊缩小，导致所述压力调节腔中的所述填充气体的浓度增大。

根据本申请的一个实施方式，还包括：

当所述高压气体充入所述瓶体时，所述气囊中的填充气体推动所述活塞移动。

根据本申请的一个实施方式，还包括：关闭所述阀门，使所述气囊达到稳定状态。

本申请还涉及一种包括如上所述的高压储气瓶。

本装置公开了一种高压储气瓶，该储气瓶具有压力调节装置。向该高压储气瓶充高压气体时，高压气体对气囊做功，使得瓶体内的总能量下降，温度降低，已达到防止温度过高的目的。本申请中还设置有活塞，即高压气体压缩气囊，同时也会对活塞的移动做功，使得瓶体内的温度下降更多。本装置仅通过对原高压气瓶的瓶阀做简单加工，再在其中新增一个压力调节装置即可。结构简单，便于实行，适合大批量的生产使用。

附图说明

下面结合附图说明说明本发明的具体实施方式。说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本申请一实施例的高压储气瓶的结构示意图。

附图标记说明

瓶体 1，

瓶阀 2，

进气口 21，

管道安装孔 22，

压力调节装置 3，

气囊 31，

管道 32，

阀门 321，

压力调节腔 33，

活塞 331。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语""长度"、"横向"、"纵向"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"水平"、"顶"、"底"、"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。

图1是本申请一实施例的高压储气瓶的结构示意图。

由图1所示，本申请中的高压储气瓶包括瓶体1，瓶阀2，压力调节装置3。

其中瓶体1一般为常用的椭圆形耐高压瓶体，包括瓶口。瓶体1的具体形状尺寸可根据需要自行设置。在瓶口处安装有瓶阀2。瓶阀2具有两个通孔，分别为进气口21和管道安装孔22。进气口21用于通入高压气体。管道安装孔22用于安装压力调节装置3中的管道，并使其通过。

进气口21的尺寸和具体形状等可以根据实际使用情况等进行设置。进一步地，本申请中示意性的选择常用的圆柱形瓶阀。但瓶阀2的具体结构也可以根据实际情况进行设置。对此均不作限定。

压力调节装置3包括气囊31、管道32和压力调节腔33。气囊31位于高压气瓶的瓶体内。管道32位于瓶阀2的管道安装孔22处。管道32一端连接气囊31，另一端连接压力调节腔33。压力调节腔33是一个和管道32 连接的腔体即可，其具体形状、尺寸可以根据实际使用情况而设定，对此不作限制。压力调节腔33中含有填充气体的气口，本申请不作详细描述本申请中示意性地图示了正方体或者圆柱形地压力调节腔33。

也就是说，气囊31、管道32和压力调节腔33气路连通，是一个封闭的整体。本申请通过调节整体压力调节装置3充入一定浓度的填充气体。当瓶体1内的高压气体相对于对气囊的压强增大时，气囊缩小，引起填充气体浓度变化，和其中的压强变化，以达到高压气体做功的目的。具体的过程如下。

将本申请中高压储气瓶安装完成后，在压力调节装置3中填充特定浓度地氮气或者其他惰性气体等。等气囊31达到稳定后，当向高压气瓶内逐渐填充高压气体，随着高压气体的浓度逐渐增大，相对于瓶体内的气囊31 受到外界的压力逐渐增大，压缩气囊31，并使其内的填充气体逐渐流向压力调节腔33中。压力调节腔33中的填充气体的浓度逐渐增加。也就是高压气体对气囊等压力调节装置3中所有填充气体进行做功，使高压瓶体中的高压气体能量降低，温度逐渐下降。

为了尽量大的增加高压气体做功，压力调节腔33还包括活塞331。活塞331的两端分别抵在压力调节腔33的侧壁上，并将压力调节腔氛围多个密封腔体。本实施例中分为2个密封腔体。活塞331的两端可以沿着压力调节腔33的侧壁滑动。活塞331与压力调节腔33的侧壁摩擦移动，增加了高压气体的做功，使瓶体内的温度降低更多。

具体过程为，当高压气体未填充之前，气囊31体积较大，活塞由于气压的作用处于距离管道32最近的位置处。在本申请中即处于压力调节腔体 33的最上方。当随着高压气体逐渐填充，对气囊31和压力调节腔33的压力逐渐增加，活塞逐渐下降，相对应地，高压气瓶内地温度逐渐下降。

为了控制高压气瓶瓶体1内和压力调节腔33内的压力，本申请在管道 32上还设置有阀门321。阀门321用于控制气囊31和压力调节腔33内的填充气体的流通。即，当在高压气体填充时，阀门拧开，使气囊31和压力调节腔33内的填充气体流通；当高压气体填充完毕时，为了保护气囊31 和压力调节腔33，也为了稳定高压气瓶内的气压，关闭阀门321。此时，整个高压气瓶装置达到稳定状态。

需注意的是，管道32由绝热材料制成，为绝热管道。这是为了尽量减少外界影响压力调节装置3内的气压变化，以及压力调节腔中在过程中会产生热量，不会将热量通过管道传导到瓶阀以及气瓶中。压力调节腔33由抗高压材料制成，为高压腔体。

压力调节装置3的平均气体浓度和填充气体的容积，可以根据高压气体的压强变化而设置。如需求高压气瓶的瓶体内的温度降低10℃，则设置管道32和气囊31的初始压力为2兆帕，压力调节腔33内的气压随着活塞 331的下降，变为2.2兆帕。具体的压力调节腔33中的初始压力设置可以根据不同的需求而自行设定，此处不作限制。

本申请还提供了一种高压气瓶的充气方法：

打开阀门321。

充入预定浓度的填充气体至气囊31、管道32和压力调节腔33中。

通过进气孔，充入高压气体至瓶体中，使得气囊31缩小，与此同时压力调节腔中的部分填充气体浓度增大。高压气体对填充气体做功，使得瓶体内的温度降低。(若是压力调节装置中不含有活塞，则整体压力调节腔33 中的填充气体的浓度增大，若是含有活塞，则高压气体同时对活塞的滑动做功，压力调节腔33中的部分填充气体的浓度增大)。

关闭阀门321，使得气囊31处于稳定状态。理想的状态是，气囊中的气体排空时，阀门321关闭。

本申请还公开一种车辆，应用上述的高压储气瓶。

最后应说明的是：以上仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，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。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压储气瓶，其特征在于，包括：

瓶体，用于存储高压气体，包括瓶口；

瓶阀，安装于所述瓶口处，包括进气口和管道安装孔，所述进气口用于输入所述高压气体；

压力调节装置，包括气囊、管道和压力调节腔，所述气囊位于所述瓶体内，所述管道位于所述管道安装孔处，且两端分别气路连通所述压力调节腔和所述气囊，在所述气囊、所述管道和所述压力调节腔中具有填充气体，以使充气时充入所述瓶体的高压气体对所述填充气体做功，从而使所述高压气体的能量下降，温度降低；

其中，所述压力调节腔包括：

活塞，两端分别抵在所述压力调节腔的侧壁上，将所述压力调节腔分隔为多个密封腔体，并能够沿着所述压力调节腔的侧壁滑动，所述活塞与压力调节腔的侧壁摩擦移动，增加了高压气体的做功，使瓶体内的温度降低更多。

2.如权利要求1所述的高压储气瓶，其特征在于，所述管道还包括阀门，以控制所述气囊和所述压力调节腔内的所述填充气体的流通。

3.如权利要求1所述的高压储气瓶，其特征在于，所述气囊、所述管道和所述压力调节腔中的填充气体为惰性气体或氮气。

4.如权利要求3所述的高压储气瓶，其特征在于，所述管道为绝热管道。

5.一种对如权利要求1-4中任一所述的高压储气瓶的储气方法，其特征在于，包括：

充入预定浓度的填充气体至所述气囊、所述管道和所述压力调节腔中；

通过所述进气孔，充入所述高压气体至所述瓶体，使得所述高压气体对所述填充气体做功，使所述气囊缩小，所述压力调节腔中的至少部分所述填充气体的浓度增大。

6.如权利要求5所述的储气方法，其特征在于，还包括：

当所述高压气体充入所述瓶体时，所述气囊中的填充气体推动所述活塞移动。

7.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-4任一所述的高压储气瓶。

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