CN114391078A - 用于压缩气体储箱的安全快速填充的策略 - Google Patents

Abstract

提供了一种IV类可适形压力容器，其包括细长的折叠储箱和阀组件，该阀组件构造为使流体通过直接连接到储箱的相应的第一端和第二端的第一填充联接器和第二填充联接器进入和离开储箱的内部。该储箱具有用于存储流体的至少两个腔室。阀组件从外部源接收流体，通过文丘里喷嘴选择性地将外部流体提供到混合腔室中，使流体从储箱的第二端再循环到混合腔室中，并且将再循环流体和外部流体的混合物输送到储箱的第一端。

Description

用于压缩气体储箱的安全快速填充的策略

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年6月28日提交的美国临时申请第62/867,913号的优先权。

技术领域

本发明涉及用氢气填充IV类压力容器。更具体地，本发明涉及一种压缩气体压力容器，其具有通过具有文丘里喷嘴的阀组件流体地连接的至少两个腔室，以在用氢气填充压力容器期间引起氢在至少两个腔室之间的再循环，从而将氢气温度保持在安全阈值(例如85℃)以下。

背景技术

压力容器通常存储压力下的流体和/或气体，例如天然气、氧、氮、氢、丙烷等。IV类压力容器或储箱具有无金属的构造，该构造通常包括缠绕和/或包覆编织在热塑性聚合物内衬上的碳纤维或复合物。某些IV类压力容器包括具有用于存储气体的多个腔室的细长容器，也描述为可适形压力容器。细长的压力容器可以构造为用作在车辆中使用的加压气体燃料储箱。

通常，第一阀联接到压力容器的第一端，以用于用压缩气体填充压力容器。此外，细长的压力容器可以具有联接到压力容器的第二端的第二阀。第一阀和第二阀构造为将气体传递到压力容器的由内衬外壁限定的内部空间中。

在填充时，由于压缩的热，并且对于一些气体而言由于焦耳-汤姆逊效应，细长的压力容器可能经历加热。随着额外的气体添加到压力容器，在压力容器内的气体压缩，导致热产生。为了安全起见，一些压缩燃料填充站控制填充速率以避免危险的高温。另外，高温是不被期望的，因为它们会导致在给定压力下的低密度，因此需要超压来达到目标密度(接近100％的充填状态)或欠填充的压力容器。

因此，这样的热产生会导致不期望的长的填充时间，这比填充汽油或柴油燃料储箱花费更长的时间，和/或导致欠填充的压力容器。为了减轻与压力容器相关联的这些问题，许多站具有气体预冷却的选择。利用气体预冷却，在气体进入压力容器之前，气体冷却到低温(例如，低至-40℃)。由于初始温度较低，这具有降低由于压缩的热而使的气体达到的最大温度的效果。

气体预冷却可以显著增加燃料站的构造的额外复杂性，这会不期望地增加燃料站的资本成本和运营成本。这种增加的成本可能以更高的气体价格的形式转移给消费者。另外，在一些示例中，预冷却部件可能具有差的可靠性，从而导致显著的站停机时间和由于维护和更换零件而导致的额外成本。

例如本文所讨论的细长的可适形压力容器能够优于常规整体式压缩气体储箱，因为可适形的形状可以在每单位存储体积下具有更大的表面积。这种增加的表面积可以允许更快速的热耗散，这可以增加快速填充性能。另外，这种可适形储箱可以具有更小的横截面积，这可以导致在填充期间的更高流速，并且因此导致从气体到压力容器壁的更好的对流热传递(即，更高的努塞尔数(Nusselt number))。

在填充或快速填充期间，这样的可适形压力容器可以达到比常规整体式压力容器更低的平均温度。这可以是因为这样的可适形压力容器具有更高的表面积与体积比，并且因为气体由于更小的储箱直径而可以具有更高的平均速度，从而导致更大的对流热传递。这可以导致对气体预冷却的需求降低。因此，可适形压力容器可以填充有预冷却到较高温度或根本未预冷却的流体，然而仍实现正常情况下与预冷却气体相关联的填充速度。

然而，在填充各种可适形压力容器期间，由于其细长形状，会发生不充分的混合，这意味着在填充过程结束时最大温度和最小温度之间的差异会比其它构造的压力容器更极端。特别是在气体通过附接在压力容器的第一端处的第一阀添加到压力容器时，由于在第一端处的流速可以导致到内衬和外复合壳体的良好热传递，所以压力容器的第一端附近的气体温度可以保持接近流入气体的温度。另一方面，由于在压力容器的远区域中几乎没有流动，压力容器的靠近压力容器的第二端的腔室会显著地加热。此外，靠近压力容器的第二端的这些腔室具有较差的对流热传递。

减轻这样的靠近压力容器的第二端的温升的第一种已知的方法是，从压力容器的交替端填充，例如在美国公开号2019/120432中公开的。例如，在填充开始时，压力容器可以通过附接到压力容器的第一端的第一阀来填充，从而允许靠近压力容器的第二端的流体的温升。在靠近第二端的流体的温度达到限定的高值时，在压力容器的第一端处的第一阀关闭，并且压力容器通过在第二端处的第二阀来填充。这种模式可以重复，直到压力容器充满。

然而，第一种已知的方法会导致压力容器的两端之间的中间的腔室中的流体温度提高。可能需要对气体进行额外的预冷却和/或预冷却到较低的温度，以确保离第一阀和第二阀最远的腔室中的流体具有在预定温度范围内的温度。此外，需要额外的硬件和控制器来支持在填充期间在压力容器的每一端处的阀之间的切换。

减轻在细长压力容器内的这样的温升的第二种已知方法是通过在填充站设备内包括基于文丘里管的混合系统来实现。如在美国公开号2019/120432中所述，在压力容器内的流体通过附接到压力容器的第二端的第二阀移除，并且通过外部高压线路供给到文丘里混合腔室。来自外部流体源的流体通过文丘里喷嘴供给到文丘里混合腔室中。流过文丘里喷嘴的流体导致热流体抽吸通过抽吸线路并且与流过文丘里喷嘴的流体混合。文丘里混合腔室包括出口压力线路，该出口压力线路构造为通过附接到压力容器的第一端的阀提供混合流体。如果需要降低在压力容器内流体的温度，则可以对提供到文丘里喷嘴的流体进行预冷却。流体从压力容器、通过抽吸线路、文丘里混合腔室并且返回到压力容器的再循环导致在压力容器内的流体运动。

虽然第二种方法可以减轻在细长压力容器内的一定量的温升，但是对于具有多个腔室的压力容器，由于在压力容器内的流动不充分，仍然会发生流体温度升高超过目标温度。因此，在压力容器内的各个腔室可以经历局部升高的温度。局部升高的温度可以通过将添加的流体预冷却到更低的温度来减轻。可替换地，文丘里喷嘴可以优化以改善热流体和预冷却流体的混合。然而，优选的是，使外部流体源所需的预冷却的量最小化，以及使在压力容器中的流体的温升最小化。

此外，在文丘里混合腔室包括在填充站的入口填充线路内时，第二抽吸线路必须联接到压力容器的一端并且通向文丘里混合腔室。在压力容器的端间隔较远时，第二抽吸线路必须通向文丘里混合腔。这会导致抽吸线路的长度被压力容器的包覆在外复合壳体中的内衬更少地保护。另外，抽吸线路的延伸的长度会产生泄漏。此外，抽吸线路具有与抽吸线路的总长度相关的压降。因此，随着抽吸线路的长度增加，在抽吸线路中的压力减小，并且基于文丘里管的混合系统的总效率降低。

因此，期望一种方法，其中将压力容器的一端连接到文丘里混合腔室的抽吸线路尽可能短。此外，期望一种可替换方案，其中抽吸线路被保护在壳体组件内。

因此，期望提供一种阀组件，其流体地联接细长的压力容器的相对端，以用于填充流体和从压力容器的内部移除流体。此外，期望在阀组件内提供文丘里喷嘴和文丘里混合腔室，该文丘里喷嘴和文丘里混合腔室流体地联接到细长的压力容器的两端。另外，期望使文丘里混合腔室和压力容器的两端之间的连接流体线路的长度最小化。还期望提供一种细长的压力容器的堆叠结构，使得阀组件可以在不使用外部流体线路的情况下直接联接到压力容器的两端。最后，期望改善在填充过程期间源自压力容器的热耗散。

发明内容

提供了一种压力容器，其包括细长的折叠储箱和阀组件，该阀组件构造为使流体通过直接连接到储箱的相应的第一端和第二端的第一填充联接器和第二填充联接器进入和离开储箱的内部。该储箱具有用于存储流体的至少两个腔室。阀组件从外部源接收流体，通过文丘里喷嘴选择性地将外部流体提供到混合腔室中，使流体从储箱的第二端再循环到混合腔室中，并且将再循环流体和外部流体的混合物输送到储箱的第一端。

附图说明

在结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，本发明的优点将显而易见并且变得更好理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的可适形压力容器的横截面图，该可适形压力容器具有直接联接到阀组件的储箱的入口和出口；

图2是图1的压力容器的部分A的第一实施例的放大的横截面图，示出了阀组件的功能部件以及在阀组件和储箱之间的连接；

图3示出了从图1的压力容器移除的聚合物内衬的立体图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于可适形压力容器的储箱的立体图，其中储箱折叠成堆叠结构；

图5是图1的压力容器的部分A的第二实施例的放大的横截面图，示出了在阀组件内的文丘里喷嘴、文丘里混合腔室和抽吸线路，示出了从压力容器的最后腔室到第一腔室的再循环；以及

图6示出了联接到外部填充站的图1的压力容器的示意图。

具体实施方式

参考附图，其中在所有的几个视图中，相同的附图标记表示相同或对应的部件，根据本发明的一个实施例，在图1和图2中示出了用于容纳压力下的液体和/或气体的IV类压力容器10。压力容器10适合于存储压缩的液体和/或气体，例如氢、氮、天然气、氦、二甲醚、液化石油气、氙等。用于汽车应用的用于存储氢的压力容器10通常设计成在正常使用期间具有约5000PSI至约10000PSI的内部压力。相比之下，用于存储压缩天然气的压力容器10通常设计成在正常使用期间具有约3000PSI的内部压力。

参考图1和图2，压力容器10包括固定地联接到阀组件18的细长的可适形储箱14，该阀组件在本文中称为储箱上阀(OTV)组件18。细长的可适形储箱14具有聚合物内衬26，该聚合物内衬具有用于存储流体和/或气体34的内部30。如下面将进一步描述的，聚合物内衬26由外复合壳体28围绕以形成可适形储箱14。术语“流体”和“气体”在本文中可互换地使用，因为诸如氢气的气体将根据氢气存储的压力和温度而呈气态形式或流体形式(例如，“液体”形式)。

图3示出了裸露的内衬26的一个实施例，该内衬包括中空本体30，其具有连接器部分38、锥形部分42和管部分46。中空本体30由在内衬26的第一终端54和第二终端58之间延伸的细长的圆柱形壁50限定。转到图1和图2，聚合物内衬26包括相对的内表面62和外表面66、在内衬26的第一终端54处的入口开口70、以及在内衬26的第二终端58处的出口开口74。通向内衬26的入口开口70和出口开口74中的每一个可以用于根据需要使流体和/或气体34流入和/或流出内衬26的内部30。内衬26的入口开口70和出口开口74中的每一个由内衬26的颈部出口78、78’限定。

参考图3，内衬26包括具有第一直径86的多个细长刚性管部分46、具有小于第一直径86的第二直径90的多个连接器部分38、以及布置在相继的细长刚性管部分46和连接器部分38之间的并且将相继的细长刚性管部分46和连接器部分38联接的锥形部分42。第一直径86和第二直径90分别定义为管部分46和连接器部分38的外径86、90。多个细长刚性管部分46中的每一个限定用于存储流体34的相应的腔室94，其中第一腔室98限定为与内衬26的第一端54相邻，并且最后腔室102限定为与内衬26的第二端58相邻。内衬26的其它实施例可以根据具体应用的需要在第一腔室98和最后腔室102之间包括任意数量的腔室94。可替换地，内衬26可以包括在内衬26的端54、58之间延伸的单个的细长腔室94。

在图3中示出了重复的内衬区段106，该重复的内衬区段106限定为包括单个的刚性管部分46，该刚性管部分与附接到该刚性管部分46的锥形部分42和连接器部分38相结合。内衬26的各种实施例可以包括任何期望数量的重复的内衬区段106，这些内衬区段形成任何期望数量的用于存储流体34的腔室94。单独的内衬区段106可以在尺寸、形状等方面变化。作为非限制性示例，某些内衬区段106可以包括具有不同外径、长度和形状的管部分46、连接器部分38和锥形部分42。在一些实施例中，某些内衬区段106的长度可以比其它内衬区段106的长度更短或更长。在其它实施例中，可以选择单独的连接器部分38的长度，使得内衬26折叠成期望的堆叠结构126(图4所示)。因此，重复的内衬区段106可以是相同的，或者重复的内衬区段106可以包括一个或更多个构造。例如，在终端54、58处的内衬106区段可以包括具有套箍部分108的连接器部分38，该套箍部分构造为与凸台型配合件110、110’配合和/或摩擦地接合，如图2所示，并且在下面进一步描述。

如图3和图4所示，连接器部分38可以具有波纹118，该波纹允许连接器部分38是柔性的，使得内衬26可以折叠成堆叠结构126以填充预定的空间和/或折叠到箱体中。在各种实施例中，非波纹连接器部分38’可以是刚性的。在各种实施例中，连接器部分38可以具有小于管部分46的直径86的直径90，其中锥形部分42提供在连接器部分38和管部分46的直径90、86之间的过渡。然而，另外的实施例可以包括内衬26，在该内衬中部分38、42、46具有一个或更多个合适的直径86、90，并且在另外的实施例中，内衬26可以具有非圆柱形的部分38、42、48，这些部分可以包括各种形状。类似地，在一些实施例中，管部分46可以包括波纹118。

优选地，内衬26制造成没有焊缝并且使用单一材料的无缝内衬，如图3所示。然而，在一些实施例中，包括单个的腔室94的单独的内衬节段106可以连接在一起以形成包括多个腔室94的细长的内衬26。在一些实施例中，内衬26可以通过形成内衬26的各个零件38、42、48并且然后将这些零件38、42、48联接在一起而制成。例如，连接器部分38可以相对锥形部分42、管部分46和/或套箍部分108单独地制造。这些单独的部分38、42、48、108随后可以联接在一起以形成内衬106。

如图3所示，聚合物内衬26通常由一种或更多种聚合物材料形成，例如尼龙(PA)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯-乙烯醇(EVOH)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)和/或类似材料。聚合物内衬26可以由单层的聚合物材料形成。可替换地，聚合物内衬26可以由两层或更多层聚合物层的多层构造形成。此外，根据具体应用的需要，一种或更多种金属层可以包括在内衬26内。

内衬26可以用浸渍有树脂的纤维束或用其它合适的材料包裹和/或包覆编织，以增加内衬26的强度，并且从而增加在其下内衬26可以安全操作的工作压力。另外，在各种实施例中，编织物可以布置在多个层中。在树脂固化之后，浸渍有树脂的一层或更多层纤维束形成硬的外复合壳体28。

如图1所示，外复合壳体28包括一层或更多层浸渍有树脂的纤维束。用于外复合壳体28的合适的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、硼纤维、聚芳酰胺纤维、高密度聚乙烯纤维(HDPE)、Zylon^TM聚(对亚苯基-2，6-苯并二唑纤维(PBO)、聚芳酰胺纤维、

聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)、尼龙纤维(PA)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酯纤维(PL)、聚丙烯纤维(PP)、聚乙烯纤维(PE)、金属、乙烯-乙烯醇纤维(EVOH)、聚氨酯纤维(PU)等中的一种或更多种。合适的树脂包括环氧树脂、乙烯基酯树脂、热塑性树脂、聚酯树脂、氨基甲酸乙酯、热塑性树脂等中的一种或多种。内衬26的材料和尺寸选择，以及形成外复合壳体28的树脂和纤维的类型和数量，部分地基于压力容器10的所期望的操作状态进行选择。

在用外复合壳体28包覆内衬26、折叠成期望的折叠形状126、并且树脂固化以硬化外复合壳体28时，形成图4的细长的储箱14。在各种实施例中，储箱14可以折叠成三维构造126。图4示出了一个实施例，其中，包覆编织的内衬26折叠成并且保持为堆叠结构126。优选地，储箱14的入口开口70与储箱14的出口开口74相邻地布置，如图4大体所示，使得OTV组件18可以直接连接到入口开口70和出口开口74，如以下进一步描述的。

在图4所示的实施例中，储箱14包括多个腔室94，其中每一个腔室94的出口130通过连接器部分38流体地连接到相邻的腔室94′的入口134。图4所示的储箱14包括示例性的十个腔室94，标记为T1-T10，流体地连接以形成一个细长的储箱14。由于腔室T1与在内衬26的第一端54处的入口开口70相邻，腔室T1限定为第一腔室98。由于腔室T10与在内衬26的第二端58处的出口开口74相邻，腔室T10限定为最后腔室102。如图4所示，优选地，腔室T1-T5竖直地布置在腔室T6-T10上方。

参考图4，在填充过程期间，流体通过在内衬26的第一端54处的入口开口70添加到储箱14。通常，在将流体34添加到储箱14之前，流体34预冷却。在腔室T1-T10内的流体34由通过入口开口70添加的流体34压缩。在腔室T1-T10内的流体34的压缩产生热。通常，接收预冷却流体34的腔室T1的内部流体温度比存储在沿储箱14的长度远离入口开口70的腔室T2-T10中的流体34更低。如果在腔室T1-T10内的流体34在填充过程期间在腔室T1-T10之间未混合，则可能在腔室T1-T10上产生温度梯度，其中腔室T1示出比存储在腔室T10中的流体34的温度更低的流体温度。

在图4所示的实施例中，由于腔室T1-T5比腔室T6-T10更接近入口开口70，在填充过程期间腔室T6-T10的相对热升高将可能比在腔室T1-T5内的热升高更大。在填充过程期间，具有较大预期热升高的腔室T6-T10竖直地定位在具有较小预期热升高的腔室T1-T5下方。优选地，腔室T1-T10布置在堆叠结构126中，使得在填充过程期间在腔室上层126A内流体的平均温升小于在腔室下层126B内流体的平均温度升高。要注意的是，通常在腔室T1-T10内靠近填充过程完成的位置观察到流体的最大温升。部分地基于在储箱14的每一个腔室T1-T10内的流体的预期温升、腔室T1-T10的数量和长度、折叠的压力容器14的可用空间以及其它因素，选择预定的堆叠构造126。

由于在填充过程期间腔室T1-T5预期具有比在腔室T6-T10中的流体温度更低的流体温度，优选的堆叠结构126将腔室T1-T5定位在腔室T6-T10上方。在流体温度在腔室T1-T10内升高时，过多的热首先通过对流从流体34传递到内衬26，然后通过外复合壳体28传导并且提升储箱14的外部表面28’的温度。储箱14的外部表面28’的温度的提高导致围绕外复合壳体28的外部空气Hb、Ht温度的提高。围绕外复合壳体28的外部空气Hb、Ht的温度的提高与在腔室T1-T10内的流体温度的提高直接相关。这样，由于相比于在腔室T1-T5内，腔室T6-T10预期获得的流体温度的更大的提高，则在填充过程期间，围绕腔室T6-T10的外部空气Hb的热升高将大于围绕腔室T1-T5的外部空气Ht的热升高。由于围绕热的腔室T6-T10的加热的外部空气Hb将朝向围绕腔室T1-T5的相对较冷的外部空气Ht上升，在腔室T1-T5和腔室T6-T10之间的流体温度的预期相对差异导致通过堆叠结构126的对流。由于对流C引起的通过堆叠结构126的气流Hb、Ht的运动改善了源自包覆腔室T6-T10的外复合壳体28的热耗散Hb。

参考图4，优选地，堆叠结构126选择为包括至少腔室上层126A和腔室下层126B。然而，堆叠结构126可以包括任何数量的腔室层126A、126B。此外，腔室T1-T10定位成至少腔室上层和腔室下层126A、126B，使得在填充过程期间在腔室下层126B中的流体内的预期平均温升大于在腔室上层126A中的流体内的预期平均温升。更复杂的堆叠结构126可以用于具有比图4所示更多的腔室T1-T10的储箱14，并且同样可以包括多于两个腔室层126A、126B。然而，优选实施例是，折叠储箱14使得在填充过程期间预期获得最大热升高的腔室94、T6-T10定位在预期获得最小热升高的腔室94、T1-T5附近和下方。

转到图2，凸台型配合件110、110’可以在围绕内衬26形成外复合壳体28之前和/或之后与在内衬26中的每一个开口70、74装配。更具体地，第一配合件110可以在储箱14的第一端54处联接，并且第二配合件110’可以在储箱14的第二端58处联接。尽管图2示出了配合件110、110’联接到内衬26的连接器部分38，但是在另外的实施例中，配合件110、110’可以在储箱14的任何合适部分处联接，包括套箍部分108、锥形部分42和/或管部分46。这样的配合件110、110’可以包括压接配合件、螺栓配合件或任何其它合适类型的配合件。例如，配合件110、110’可以包括插入在内衬26中的开口70、74中的每一个内的杆136，如图2所示。此外，配合件110、110’可以包括在内衬26的每一端54、58处围绕外复合壳体28压接的套圈138，以将杆136固定地联接到内衬26和外复合壳体28。凸台型配合件110、110’可以构造为与内衬26的端54、58联接，如图2所示。在一些实施例中，配合件110、110’可以构造为与包覆编织的外复合壳体28联接。

凸台型配合件110、110’构造为与OTV组件18连结，如图2所示。在各种实施例中，OTV组件18可以装备成检测在储箱14内的储箱状态，包括温度、压力等，如本文中更详细地描述的。

在一些实施例中，储箱14的内衬26可以包括在储箱14的一端或两端54、58处的平滑的套箍108，用于配合件110、110’附接，例如图2所示。如图3所示，内衬26的一些实施例可以包括具有套箍部分108和波纹区段118的连接器部分38，以允许用于例如套圈138的压接配合件的平滑的附接表面。在内衬26的端54、58处的这样的套箍部分108可以具有各种合适的直径，这些直径可以具有与内部连接器部分38相同、更大或更小的大小，并且这样的连接器部分38可以完全或部分地具有波纹118。换句话说，一些实施例可以包括在端54、58之间的内衬26的内部部分106的重复内衬几何形状，其中在内衬26的端54、58上具有不同的内衬26几何形状。对于具体的应用，也可以使用非周期性内衬26几何形状。

如图2所示，配合件110、110’可以由各种合适的材料制成，包括金属、塑料等。在一些实施例中，配合件110、110’可以构造为与压缩氢接触，并且可以构造为抵抗配合件110、110’的氢脆化或弱化以及由于氢扩散到配合件110、110’中而导致的破裂。例如，配合件110、110’可以包括抵抗氢引起的破裂的材料和/或表面涂层。

杆136可以限定开孔146，该开孔在第一端150和第二端154之间纵向地延伸穿过杆136，如图2所示。此外，配合件110、110’可以包括构造为与OTV组件18配合地接合的大致圆柱形的头部158。在一些实施例中，具有较大直径的开孔146可以是所期望的，以增加通过开孔146的流率，这可以是所期望的，以便更快地填充。另外，较大直径的开孔146可以是所期望的，以用于允许传感器插入到开孔146中并且插入到由内衬26限定的内部腔体30中。在各种实施例中，头部158和/或杆136可以包括O形环面密封件、O形环开孔密封件等，以用于将内衬26相对杆136密封并且将头部158相对OTV组件18密封。

参考图2，杆136的头部158可以包括螺纹162，该螺纹可以构造为与OTV组件18联接，使得合适的流体可以引入到由内衬26限定的内部腔体30和/或从其移除，如本文中更详细地描述的。例如，在这样的流体包括氢的情况下，OTV组件18可以直接或间接地与氢填充站联接以用氢填充由内衬26限定的内部腔体30。此外，OTV组件18可以直接或间接地与车辆发动机联接以由存储在从内衬26限定的内部腔体30内的氢中向车辆发动机提供氢燃料。

如图2所示，OTV组件18包括联接到布置在储箱14的第一端54处的第一配合件110的第一填充联接器166和联接到布置在储箱14的第二端58处的第二配合件110’的第二填充联接器170。第一填充联接器和第二填充联接器166、170固定地联接到OTV组件18的外壳174。第一填充联接器和第二填充联接器166、170中的每一个具有轴向地穿过联接器166、170的开孔178，用于使流体在储箱14的内部30和OTV组件18之间通过。每一个开孔178限定通过第一填充联接器和第二填充联接器166、170中的相应一个的通道。OTV组件18包括内部高压线路182，该内部高压线路将储箱14的第一端54的入口开口70流体地联接到储箱14的第二端58的出口开口74，如在下面将进一步描述的。

图2示出了OTV组件18的内部结构184的功能框图，除了第一填充联接器和第二填充联接器166、170之外，OTV组件18还包括由至少一个螺线管190控制的一个或更多个阀186、用于控制流体流过OTV组件18的方向的一个或更多个单向阀194、温度压力释放装置(TPRD)198和用于从流体34移除颗粒的过滤器202。另外，OTV组件18包括用于监控流过OTV组件18的流体的温度的一个或更多个温度传感器206、210。在OTV组件18内的其它部件可以包括溢流阀、压力传感器、电子控制器等。同样如图2所示，OTV组件18包括用于将OTV组件18直接和/或间接地联接至外部流体源220的第三填充联接器214和第四填充联接器218、氢填充站221(如图6所示)和/或车辆发动机。在一些实施例中，第四填充联接器218构造为联接到温度压力释放装置(TPRD)通气孔等。另外，OTV组件18构造为，在OTV组件18流体地联接到外部燃料电池供应线路时选择性地将流体从储箱14的内部30提供到第三填充联接器214和/或第四填充联接器218中的至少一个。

参考图5，OTV组件18的一个实施例包括通过第一高压线路182流体地联接到第一填充联接器166的文丘里混合腔室222。抽吸线路226包括在OTV组件18中并且具有流体地联接到穿过第二填充联接器170的开孔178的入口230和流体地联接到文丘里混合腔室222的出口234。抽吸线路226是第二高压线路26，并且包括形成用于流体的通道226’的内部空间226’。第一高压线路182和第二高压线路226都由OTV组件18的外壳174完全封闭，包括在OTV组件18内的其它部件包括文丘里喷嘴238(也称为排出器或喷射器)和温度传感器206、210。文丘里喷嘴238用于在填充过程期间使流体流循环，这可以导致在填充过程期间流体和/或储箱14的较低的最大温度。

图5的文丘里喷嘴238具有流体地连接到文丘里混合腔室222的喷嘴出口242和通过OTV组件18的阀186选择性地流体地连接到第三填充联接器214的喷嘴入口244。此外，第一温度传感器206构造为检测从文丘里喷嘴238通过并且进入文丘里混合腔室222的流体248的温度。另外，第二温度传感器210构造为检测流过抽吸线路226的流体252的温度。每一个温度传感器206、210热耦合到流过文丘里喷嘴238和抽吸线路226中的相应一个的流体。

图5中示出了流体34通过在最后腔室102和第一腔室98之间的OTV组件18的再循环。在外部流体220通过第三填充联接器214供应到文丘里喷嘴238时，流体以升高的压力通过喷嘴出口242喷射，如箭头248所表示的。流体248进入文丘里混合腔室222的运动从抽吸线路226中抽吸流体，如箭头252所示。来自抽吸线路226的流体252与来自文丘里喷嘴238的流体248在文丘里混合腔室222中混合。混合的流体248、252流过高压线路182并且供应到储箱14的第一腔室98，如箭头70所示。流体252通过抽吸线路226的运动从最后腔室102中抽吸流体，如箭头74所示。流体从最后腔室102通过抽吸线路226、通过文丘里混合腔室222并且进入第一腔室98的流动也导致流体流过内衬14的整个长度。流体通过内衬14的整个长度的运动降低了在填充过程期间在单独的腔室94、98、102内的温升。

图6示出了联接到氢填充站221的压力容器10的实施例的功能图。氢填充站221通常包括外部流体源220，该外部流体源通过高压流动线路260联接到一个或更多个螺线管致动阀256。氢填充站221包括电连接268到一个或更多个螺线管致动阀256的控制器264。一个或更多个螺线管致动阀256流体地连接到第一填充端口和第二填充端口272、276。第一填充端口272构造为与压力容器10的第三填充联接器214联接，使得外部流体220可以提供到OTV组件18。第二填充端口276构造为联接到压力容器10的第四填充联接器218。可选地，第二填充端口276将第四填充联接器218流体地联接到用于温度压力释放装置(TPRD)198的通气孔280。

在填充过程期间，外部流体220流过氢填充站221的阀256，如图6中所示的箭头A所示。外部流体220通过阀256输送到第一填充端口272，如箭头B所示。外部流体220通过第三填充联接器214接收并且输送到OTV组件18的阀186，如箭头C所示。外部流体220选择性地流过OTV组件18的阀186并且输送到文丘里喷嘴238的入口244，如箭头D所示。文丘里喷嘴238通过文丘里喷嘴出口242并且通过文丘里混合腔室222以升高的压力喷射流体，如图6中所示的箭头E所示。流体E通过文丘里混合腔室222的流动通过抽吸线路226抽吸流体，如箭头F所示。流体G通过流体F通过抽吸线路226的运动从储箱14的腔室102抽吸。来自抽吸线路226的流体F、G与来自文丘里喷嘴238的流体E在文丘里混合腔室222中混合，以形成流入腔室98中的流体K，如图6中所示的箭头K所示。

同样如图6所示，流体K与在腔室98内的流体L混合并且导致流体L压缩，释放热H1。腔室98内增加的流体压力与在腔室102中的流体压力的减小(由于流体G离开腔室102)相结合，导致流体M流过在腔室98和腔室102之间的连接器部分38，如箭头M所示。流体M压缩存在于连接器38内的流体，产生额外的热H2。由于添加到腔室98的流体K多于从腔室102移除的流体G，因此进入腔室102的流体M进一步压缩在腔室102内的流体N，导致额外的热产生H3。

参考图6，过多的热H1、H2、H3首先通过对流从流体传递到内衬26，并且然后通过储箱14的内衬26和外复合壳体28传导。在填充过程中将流体E添加到文丘里混合腔室222时，腔室98、102和连接器部分38中的流体L、M、N的温度将继续升高。然而，腔室102的温升将大于在腔室98中的温升。通过将腔室102定位在腔室98下方，将发生对流，导致腔室102的过多的热H3朝向腔室98上升。围绕腔室98、102以及通过储箱14的堆叠结构126的对流气流降低在腔室102内的温升。

通过预冷却进入图6的OTV组件18的流体B进一步增强了该对流效应。在预冷却的流体E与从腔室102抽吸的热流体F混合时，所产生的混合流体K具有比离开腔室102的流体F、G更低的温度。将混合的预冷却的流体K添加到腔室98将增加在上腔室98和下腔室102之间的温差，使得通过堆叠结构126的对流的量增加。随着通过堆叠结构126的对流的量增加，可以从腔室94、98、102耗散的热H3的量增加。

转到图4，具有多个腔室T1-T10的细长的可适形储箱14可以折叠，使得在填充期间预期获得最大热升高的腔室T6-T10定位于在填充期间预期获得较少热升高的腔室T1-T5下方，以便使通过堆叠结构126的对流气流最大化。优选地，折叠模式选择成将储箱14的入口开口70放置成与储箱14的出口开口74相邻，使得单个的OTV组件18可以在不需要使用OTV组件18的壳174外部的高压线路的情况下直接联接到储箱14的入口开口70和出口开口74。

具有储箱上阀(OTV)组件18的细长的压力容器10的一个好处是，OTV组件18流体地联接细长的压力容器10的相对端50、54，用于填充流体和从压力容器10的内部30移除流体。第二个好处是，OTV组件18包括在OTV组件18内的文丘里喷嘴238和文丘里混合腔室222，文丘里喷嘴和文丘里混合腔室构造为将流体从流体地联接到细长的压力容器的两端的储箱的一端50再循环到另一端54。第三个好处是OTV组件使在文丘里混合腔室和压力容器的两端之间的连接流体线路的长度最小化。第四个好处是，压力容器10折叠成堆叠结构126，使得OTV组件18可以在不使用外部流体线路的情况下直接联接到压力容器10的两端50、54。第五个好处是压力容器10的堆叠结构126改善了在填充过程期间从压力容器10的热耗散。

已经以说明性的方式对本发明进行了描述，并且应当理解，所使用的术语旨在具有描述文字的性质，而非限制性。根据上述教导，本发明的许多修改和变型是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以以与具体的描述不同的方式实施。

Claims (16)

1.一种压力容器，包括：

细长的折叠储箱，其具有用于存储流体的内部，所述储箱包括由在第一储箱端和第二储箱端之间延伸的细长的圆柱形壁限定的聚合物内衬，所述内衬具有用于存储流体的多个腔室，所述多个腔室至少包括与所述第一储箱端相邻的第一腔室和与所述第二储箱端相邻的最后腔室，所述内衬由树脂和纤维的外复合壳体围绕，并且所述细长的折叠储箱折叠成预定的堆叠结构，使得所述第一储箱端与所述第二储箱端相邻；以及

阀组件，其联接到所述细长的折叠储箱，所述阀组件包括：

第一填充联接器，其可操作地联接到所述第一储箱端；

第二填充联接器，其可操作地联接到所述第二储箱端；

混合腔室，所述混合腔室与所述第一填充联接器连通，以将流体引入所述第一储箱端并引入所述储箱的所述内部中；

至少一个文丘里喷嘴，其构造为将第一流体流从外部流体源引入所述混合腔室；

抽吸线路，其与所述第二填充联接器连通并且联接到所述混合腔室，使得在第二流体流从所述储箱的所述第二端发源时，所述第二流体流流入所述混合腔室中并且与在所述混合腔室内的所述第一流体流混合；以及

第三填充联接器，其用于选择性地将所述阀组件联接到外部流体源，以从所述外部流体源接收所述第一流体流，所述第三填充联接器选择性地联接到所述文丘里喷嘴。

2.根据权利要求1所述的压力容器，其中：

在所述预定的堆叠结构中的所述多个腔室至少包括腔室上层和腔室下层；以及

在填充过程期间，在所述腔室上层内的流体的平均温升小于在所述腔室下层内的流体的平均温升。

3.根据权利要求2所述的压力容器，其中：

所述阀组件包括第四填充联接器，用于选择性地将所述阀组件联接到温度压力释放装置(TPRD)通气孔。

4.根据权利要求3所述的压力容器，其中：

所述阀组件包括第一阀，所述第一阀选择性地将所述第三填充联接器流体地联接到所述文丘里喷嘴，所述第一阀具有打开状态和关闭状态；

在所述第一阀处于所述打开状态时，来自所述外部流体源的由所述第三填充联接器接收的所述第一流体流提供到所述文丘里喷嘴；以及

在所述第一阀处于所述关闭状态时，来自所述外部流体源的由所述第三填充联接器接收的所述第一流体流与所述文丘里喷嘴流体地解除联接。

5.根据权利要求4所述的压力容器，其中：

所述第一填充联接器包括通道，用于使流体在所述混合腔室和所述储箱的所述第一腔室的所述内部之间通过；以及

所述第二填充联接器包括通道，用于使流体在所述抽吸线路与所述储箱的所述最后腔室的所述内部之间通过。

6.根据权利要求5所述的压力容器，其中：

所述阀组件包括热耦合到所述抽吸线路的内部空间的第一温度传感器，所述第一温度传感器构造为提供指示流过所述抽吸线路的流体的温度的第一温度信号。

7.根据权利要求6所述的压力容器，其中：

所述阀组件包括热耦合到所述混合腔室的第二温度传感器，所述第二温度传感器构造为提供指示从所述文丘里喷嘴进入所述混合腔室的流体的温度的第二温度信号。

8.根据权利要求7所述的压力容器，其中：

所述阀组件包括可操作地连接到所述第一阀的第一螺线管，所述第一螺线管构造为将所述第一阀在所述打开状态和所述关闭状态之间选择性地重新定位。

9.根据权利要求8所述的压力容器，其中：

所述阀组件构造为，在所述阀组件流体地联接到外部燃料电池供应线路时选择性地将流体从所述储箱的所述内部提供到所述第三填充联接器和/或所述第四填充联接器中的至少一个。

10.根据权利要求9所述的压力容器，其中：

所述阀组件包括将所述混合腔室流体地联接到所述第一填充联接器的第一高压线路。

11.根据权利要求10所述的压力容器，其中：

所述抽吸线路包括第二高压线路，所述第二高压线路具有流体地联接到所述混合腔室的第一端和流体地联接到所述第二填充联接器的第二端，使得从所述储箱的所述第二端发源的所述第二流体流流过所述第二高压线路并且进入所述混合腔室。

12.根据权利要求11所述的压力容器，其中：

所述阀组件包括外壳，所述第一填充联接器和所述第二填充联接器固定地联接到所述外壳；以及

所述第一高压线路和所述第二高压线路完全包含在所述外壳内。

13.根据权利要求12所述的压力容器，其中：

所述第一储箱端与所述第二储箱端相邻地布置，使得所述阀组件能够直接联接到所述储箱的所述第一端和所述第二端两者。

14.根据权利要求13所述的压力容器，其中：

所述阀组件固定地联接到所述储箱的所述第一端和所述第二端，使得流体地联接所述储箱的所述第一端和所述第二端的所述第一高压线路和所述第二高压线路完全封闭在所述阀组件内。

15.根据权利要求14所述的压力容器，其中：

所述聚合物内衬包括具有第一直径的多个细长的刚性管部分、具有小于所述第一直径的第二直径的多个连接器部分、以及布置在相继的细长的刚性管部分和连接器部分之间并将相继的细长的刚性管部分和连接器部分联接的锥形部分，所述多个细长的刚性管部分中的每一个限定用于存储流体的所述多个腔室中的一个；

所述聚合物内衬由外复合壳体围绕以形成细长的储箱；以及

所述细长的储箱在树脂固化成所述外复合壳体之前折叠成所述预定的堆叠结构。

16.根据权利要求15所述的压力容器，其中：

所述压力容器的所述最后腔室在所述堆叠结构内定位成比所述第一腔室在所述堆叠结构内的位置更低；以及

在填充过程期间在围绕所述第一腔室的外部表面的空气温度与围绕所述最后腔室的外部的空气温度之间的相对差异导致通过所述堆叠结构的热对流。

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