CN113483253A - 一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法 - Google Patents

一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法，典型应用包括双层瓶和三层瓶，以双层瓶为例，储存方法包括如下步骤：步骤1：双层瓶的充气时先充瓶体内腔或同时充内外瓶；步骤2：然后氢气从内腔进入外腔继续充气到内外腔压力相等；步骤3：之后再继续向内腔充气，当内腔压力与外腔之间的压差达到相同或某一特定值时，充气完成；步骤4：放气使用时，先将内腔气体向外输出，当内腔压力降低到与外腔压力相同时，气体排放。外层储存空间与容器外部之间的压差等于内储存层和外储存层之间的压差，瓶体材料的承压能力无需额外增加，使内储存层可以承受更高压力从而储存更多高压气体。

Description

一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法
技术领域
本发明涉及压力容器技术领域，尤其涉及一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法。
背景技术
在瓶体材料强度确定的情况下，提高单位体积储存容量对压力容器的研发非常关键。例如，环保清洁的新型能源氢燃料电池汽车的供氢系统中的储氢瓶就有很高的单位体积储存容量要求。储氢瓶是氢燃料电池汽车供氢系统的主要部件，一般固定在道路车辆上，用于氢燃料储存并可重复充装，通常要求其承载压力的能力高、质量轻和储氢能力大。类似地，其它种类的压力容器一般也要求在确定制造材料的情况下尽可能提高单位体积储存容量。
现有压力容器想要增加单位体积内的气体储存量，如果容器体积一定，就需要提高瓶体承受的压力，这对压力容器材质及密封等有很高的要求；如果压力不变，增大容器的大小可以增加储储存量，但是不能增加单位体积的储藏量。对于一些对压力容器大小有限制的情况，比如车载储氢瓶等，为了增加单位体积储存容量，现有方法就是不断改进容器材料性质，增加其本身的强度。以储氢瓶瓶体为例，其材料就从金属纤维缠绕体发展到非金属全纤维缠绕体，内压从35兆帕增加到了70兆帕。如果想通过提升压力进一步提高单位体积储存量，瓶体材料将难以承受更高的压力。由此可见，在瓶体大小和材料强度一定的情况下增加压力容器储存量是高压容器研制需要解决的关键技术点。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法。基于材料的承载能力与其工作时的静水应力状态无关。根据该原理，对于压力容器，压差越大，瓶体的承压越大，越容易被破坏。因此，可以通过结构设计提升容器的内部压力同时将瓶体的压差控制在某个值。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法，典型的包括双层瓶(内外腔瓶体)或多层瓶，双层瓶储存容量的方法包括如下步骤：
步骤1：双层瓶的充气时先充瓶体内腔或同时充内外瓶；
步骤2：然后氢气从内腔进入外腔继续充气到内外腔压力相等；
步骤3：之后再继续向内腔充气，当内腔压力与外腔之间的压差达到相同或某一特定值时，充气完成；
步骤4：放气使用时，先将内腔气体向外输出，当内腔压力降低到与外腔压力相同时，气体排放有两种方式：
1)外腔气体补充进入内腔，使内腔继续向外放气；
2)内外腔同时放气。
优选的，所述步骤1内腔充到的压力为35Mpa。
优选的，所述步骤1内外腔压力相等时压力为35Mpa。
优选的，所述步骤3内腔压力与外腔之间的压差为35Mpa。
优选的，所述双层瓶为2至3层，所述双层瓶内层承受压力高于外层承受的压力，每层储存空间之间的压差相同或为某一特定值；为了控制外层与外界环境之间、内外层之间形成压差，内外层之间连接组合阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法的基本思路是从外到内增加容器储存空间的层数，使相邻储存层间的压差保持在某个确定值。该层数理论上可以是多层，但从生产制造等实际情况考虑，一般应该是两层或三层。利用控制多层储存空间相邻层间的压差的基本思想设计一种双层高压储氢瓶，内层瓶在承受较低压差时可以储存更多气体，而瓶体在提高储氢能力的同时无需额外增加材料强度。
附图说明
图1为本发明的双层瓶结构图；
图2为本发明的内瓶直径与单位储氢质量关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。
参照图1-2，一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法，包括双层瓶，双层瓶储存容量的方法包括如下步骤：
步骤1：双层瓶的充气时先充瓶体内腔或同时向内外瓶充气；
步骤2：然后氢气从内腔进入外腔继续充气到内外腔压力相等；
步骤3：之后再继续向内腔充气，当内腔压力与外腔之间的压差达到相同或某一特定值时，充气完成；
步骤4：放气使用时，先将内腔气体向外输出，当内腔压力降低到与外腔压力相同时，气体排放有两种方式：
1)外腔气体补充进入内腔，使内腔继续向外放气；
2)内外腔同时放气。
为提高本发明的实用性，所述步骤1内腔充到的压力为35Mpa或某一特定压力值。
为提高本发明的实用性，所述步骤1内外腔压力相等时压力为35Mpa或某一特定压力值。
为提高本发明的实用性，所述步骤3内腔压力与外腔之间的压差为35Mpa或某一特定压力值。
为提高本发明的实用性，所述双层瓶为2至3层，所述双层瓶内层承受压力高于外层承受的压力，每层储存空间之间的压差相同或某一特定值；为了控制外层与外界环境之间、内外层之间形成压差，内外层之间连接组合阀。
实施例：本发明专利通过将单个储存空间高压容器设计成多个储存空间(通常为两至三个)同时控制不同层间的压差来达到不额外增加瓶体材料强度而提高单位体积储存量的目的。下面，以两层储存空间情况为例，对该方法进行进一步说明：将储存空间为一个的高压瓶该层瓶体将容器的储存空间分隔为内外两个。使用时，外层储存空间可以保持原单层瓶的压力，而内层储存空间可以提高压力，通常可提高到外储存层压力的2倍。如此，外层储存空间与容器外部之间的压差等于内储存层和外储存层之间的压差，瓶体材料的承压能力无需额外增加，使内储存层可以承受更高压力从而储存更多高压气体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法，其特征在于，包括双层瓶或多层瓶，以双层瓶储为例，其存容量方法包括如下步骤：
步骤1：双层瓶充气时先充瓶体内腔或同时充内外腔；
步骤2：然后氢气从内腔进入外腔继续充气到内外腔压力相等；
步骤3：之后再继续向内腔充气，当内腔压力与外腔之间的压差达到相同或某一特定值时，充气完成；
步骤4：放气使用时，先将内腔更高压气体向外输出，当内腔压力降低到与外腔压力相同时，气体排放有两种方式：
1)外腔气体补充进入内腔，使内腔继续向外放气；
2)内外腔同时放气。
2.根据权利要求1所述的一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法，其特征在于，所述步骤1内腔充到的压力为35Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法，其特征在于，所述步骤1内外腔压力相等时压力为35Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法，其特征在于，所述步骤3内腔压力与外腔之间的压差为35Mpa。
5.根据权利要求1所述的一种基于压差提高压力容器单位体积储存容量的方法，其特征在于，所述多层瓶为2至3层，所述多层瓶内层承受压力高于外层承受的压力，每层储存空间之间的压差相同或为某一特定值；为了控制外层与外界环境之间、内外层之间形成压差，内外层之间连接组合阀。
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