CN114899449A - 一种多层嵌套耐压储氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多层嵌套耐压储氢装置,包括至少一组环形腔,多组环形腔沿腔体的轴线套接,最外层的环形腔外侧可拆卸连接增强壳;除最外层的环形腔外,每一层环形腔的外侧和相邻的下一层环形腔的内部空间均形成储气舱;每一组环形腔分别通过内通道与控制阀组连接,控制阀组与外通道连接。多组环形腔嵌套形成多组储气舱,只有最外层的环形腔承受内压,其余各环形腔均共同承受外压和内压,而外压和内压相互抵消一部分,使得除最外层环形腔外的其他环形腔实际承担的压力低于充入的高压氢气的压力,最外层环形腔由于只承受内压,外侧通过增强壳即可确保强度,从而从结构上降低储氢装置对材料性能的要求,满足70MPa储氢。
Description
技术领域
本发明涉及氢气储气技术领域,具体为一种多层嵌套耐压储氢装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
氢能源汽车的车载供氢系统较理想的储存压力为35-70MPa,加氢站用储氢容器的压力达到40-75MPa,从而利用压差实现快速充氢,然而,储氢瓶现有的结构与强度设计,以及现有材料的承压能力制约着储氢瓶承压能力的提高,储氢瓶目前的结构只能满足制造35MPa储氢容器的要求,无法满足更高压力,例如70MPa的储氢需求。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题,本发明提供一种多层嵌套耐压储氢装置,利用截面呈圆型、椭圆型或腰型的多组环形腔嵌套形成多组储气舱,使除最外层的环形腔外,其他每一层的环形腔均同时受到气体内压和外压的共同作用,使得实际的受力降低,能够根据设计压力,最外层环形腔外侧增强壳,和每一层环形腔腔壁的承压能力共同确定环形腔的层数,结构更加简单。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一个方面提供一种多层嵌套耐压储氢装置,包括:
至少一组环形腔,多组环形腔沿腔体的轴线套接,最外层的环形腔外侧可拆卸连接增强壳;除最外层的环形腔外,每一层的环形腔外侧和相邻的下一层环形腔的内部空间均形成储气舱;每一组环形腔分别通过内通道与控制阀组连接,控制阀组与外通道连接。
最内层的环形腔内部空间形成最内层储气舱。
环形腔为截面呈圆型、椭圆型或腰型的管首尾相接包围形成的圆环形腔体。
每一层环形腔截面的直径或宽度由最内层至最外层依次增大,每一层环形腔包围后的内直径由最内层至最外层依次减小,外直径由最内层至最外层依次增大。
环形腔具有三组,由内到外分别为第一环形腔、第二环形腔和第三环形腔,三组环形腔同轴线套接在一起.。
第一环形腔的内部空间形成第一储气舱,第一环形腔的外侧和第二环形腔的内部空间形成第二储气舱,第二环形腔外侧和第三环形腔的内部空间形成第三储气舱,第三环形腔的外侧可拆卸连接增强壳。
多组环形腔围合形成的安置空间为圆环形,控制阀组位于圆环的内部,控制阀组连接的内通道分别与每一组储气舱相连通。
与现有技术相比,以上一个或多个技术方案存在以下有益效果:
1、多组环形腔嵌套形成多组储气舱,只有最外层的环形腔承受内压,其余各环形腔均共同承受外压和内压,而外压和内压相互抵消一部分,使得除最外层环形腔外的其他环形腔实际承担的压力低于充入的高压氢气的压力,最外层环形腔由于只承受内压,外侧通过增强壳即可确保强度,从而从结构上降低储氢装置对材料性能的要求,满足70MPa储氢。
2、多层环形腔同轴线套接的方式下,多个环形腔形成的储气舱共同容纳高压氢气,最外层储气舱内容纳的氢气体积远小于整个储氢装置容纳的气体体积,气体体积减少则这部分气体对最外层环形腔腔壁产生的应力也更小,从而更容易满足70MPa储氢所需的强度要求。
3、对于处于最外层的环形腔而言,氢气经过了不同层环形储气舱的减压,配合增强壳的材料性能,满足70MPa储氢容器承压能力的要求,此种结构下对材料的性能要求降低,实现70MPa储氢所需的成本更低。
4、形成储气舱的环形腔围合成的安置空间内布置控制阀组的方式,将控制阀组占用的空间转移到储氢装置的内部空间中,形成了对控制阀组的保护层,间接的使整个储氢装置的体积更小,有助于提高储气量的设计。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,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是本发明实施例一提供的多层耐压储氢装置截面结构示意图;
图2是本发明一个或多个实施例提供的多层耐压储氢装置俯视结构示意图;
图3是本发明实施例二提供的多层耐压储氢装置截面结构示意图;
图4是本发明实施例三提供的多层耐压储氢装置截面结构示意图;
图中:1、控制阀组;2、安置空间;3、第一储气舱;4、第一环形腔;5、第二储气舱;6、第二环形腔;7、第三储气舱;8、第三环形腔;9、增强壳;10、外通道;11、内通道。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中所描述的,储氢瓶现有的结构与强度设计,以及现有材料的承压能力制约着储氢瓶承压能力的提高,储氢瓶目前的结构只能满足制造35MPa储氢容器的要求,无法满足70MPa储氢容器的要求。
因此以下实施例给出一种多层嵌套耐压储氢装置,利用截面呈圆型、椭圆型或腰型的多组环形腔嵌套形成多组储气舱,使除最外层的环形腔外,其他每一层的环形腔均同时受到气体内压和外压的共同作用,使得实际的受力降低,能够根据最外层环形腔外侧增强壳的承压能力,和每一层环形腔腔壁的承压能力共同确定环形腔的层数,结构更加简单。
实施例一:
如图1-2所示,一种多层嵌套耐压储氢装置,包括:
至少一组截面呈圆型、椭圆型或腰型的环形腔,多组环形腔沿腔体轴线套接,最外层的环形腔外侧可拆卸连接增强壳9,每一组环形腔分别通过内通道11与控制阀组1连接,控制阀组1与外通道10连接。
本实施例中,环形腔指设定直径的圆管首尾相接形成的圆环形腔体,多组环形腔沿腔体轴线套接,则形成多个直径逐步变大的圆环形腔体套接,这里的腔体轴线指圆管的圆心在首尾相接后形成的连线。
每一层环形腔截面的直径或宽度由最内层至最外层依次增大。
每一层环形腔包围后的内直径由最内层至最外层依次减小,外直径由最内层至最外层依次增大。
本实施例中,环形腔由圆管首尾相接并在俯视视角下包围形成圆环,多组环形腔沿腔体轴线套接后,所有环形腔的轴线重合,而包围形成的圆环内直径则由最内层环形腔至最外层环形腔依次减小,圆环外直径由最内层至最外层依次增大。
如图1所示,本实施例中,环形腔具有三组,由内到外分别为第一环形腔4、第二环形腔6和第三环形腔8,三组环形腔同轴线套接在一起;实际应用中不限制环形腔的数量和截面形状,本实施例的环形腔截面为圆型;
其中,第一环形腔4的内部空间形成第一储气舱3,第一环形腔4的外侧和第二环形腔6的内部空间形成第二储气舱5,第二环形腔6外侧和第三环形腔8的内部空间形成第三储气舱7,第三环形腔8的外侧可拆卸连接增强壳9。
环形腔的材料可以为金属材料或者高分子材料,增强壳9包括纤维缠绕层和复合材料保护层。
如图2所示,俯视视角下,多组环形腔围合后形成安置空间2为圆环形,控制阀组1位于圆环的内部,控制阀组1所连接的内通道11分别与每一组储气舱相连通。此结构能有效的提高空间利用率,减小储氢系统的体积,从而提高氢气的储存容量。
上述储氢装置工作时,利用控制阀组1控制流过外通道10和内通道11的氢气压力和流量,氢气由外通道10依次经控制阀组和内通道11分别进入第一储气舱3、第二储气舱5和第三储气舱7;
此时,第一环形腔4同时受到来自第一储气舱3内部气体施加在第一环形腔4腔壁上的内压,和来自第二储气舱5内部气体施加在第一环形腔4腔壁上的外压,内压与外压共同作用在第一环形腔4的腔壁上,由于第二储气舱5内的气体施加在第一环形腔4腔壁上的外压,会对第一储气舱3内的气体施加在第一环形腔4腔壁上的内压进行一部分抵消,此时第一环形腔4承受的,来自第一储气舱3内的压力就会减小,同时,第一环形腔4在俯视下呈圆环形,腔壁受到的减少后的应力更加均匀;
第二环形腔6同时受到来自第二储气舱5内部气体施加在第二环形腔6腔壁上的内压,和来自第三储气舱7内部气体施加在第二环形腔6腔壁上的外压,内压与外压共同作用在第二环形腔6的腔壁上,由于第三储气舱7内的气体施加在第二环形腔6腔壁上的外压,会对第二储气舱5内的气体施加在第二环形腔6腔壁上的内压进行一部分抵消,此时第二环形腔6承受的,来自第二储气舱5内的压力就会减小;同时,第二环形腔6同样呈圆环形,腔壁受到的减少后的应力更加均匀;
第三环形腔8和缠绕在第三环形腔8外侧的增强壳9共同承受第三储气舱7内的气体对第三环形腔8腔壁产生的内压。
具体应用中,增强壳9根据实际压力需求决定是否安装到最外层环形腔外壁上,如果需安装,则不限制具体的安装方式,本实施例中,增强壳9缠绕在第三环形腔8的外侧,还可以利用任意的连接方式而不限制在缠绕这一种方式中。
上述结构下,高压氢气流至各环形腔形成的储气舱后,只有最外层的环形腔承受内压,其余各环形腔均共同承受外压和内压,而外压和内压相互抵消一部分,使得除最外层环形腔外的其他环形腔实际承担的压力低于充入的高压氢气的压力,不需要强度过高的材料进行之制造,而最外层环形腔由于只承受内压,外侧通过增强壳即可确保强度。
与此同时,多层环形腔同轴线套接的方式下,多个环形腔形成的储气舱共同容纳高压氢气,则最外层储气舱内容纳的氢气体积远小于整个储氢装置容纳的气体体积,气体体积减少则这部分气体对最外层环形腔腔壁产生的应力也更小,从而更容易满足70MPa储氢所需的强度要求。
本实施例中,由于采用了三层环形腔同轴线套接的方式,对于处于最外层的第三环形腔8而言,氢气经过了不同层环形储气舱的减压,配合增强壳9的材料性能,即可满足70MPa储氢容器承压能力的要求。此种结构对下对材料的性能要求降低,实现70MPa储氢所需的成本更低。
形成储气舱的环形腔围合成的安置空间内布置控制阀组的方式,将控制阀组占用的空间转移到储氢装置的内部空间中,形成了对控制阀组的保护层,间接的使整个储氢装置的体积更小,有助于提高储气量的设计。
实施例二:
如图3所示,本实施例给出的一种多层嵌套耐压储氢装置中,环形腔截面为椭圆型,同样具有三组,由内到外分别为第一环形腔4、第二环形腔6和第三环形腔8,三组环形腔同轴线套接在一起;
其中,第一环形腔4的内部空间形成第一储气舱3,第一环形腔4的外侧和第二环形腔6的内部空间形成第二储气舱5,第二环形腔6外侧和第三环形腔8的内部空间形成第三储气舱7,第三环形腔8的外侧可拆卸连接增强壳9后位于安置空间2内。
本实施例中,环形腔指设定长轴和短轴的椭圆管首尾相接形成的圆环形腔体,多组环形腔沿腔体轴线套接则形成多个长轴和短轴逐步变大的椭圆形腔体套接,这里的腔体轴线指椭圆管长轴和短轴的交点在首尾相接后形成的连线。
上述环形腔和储气舱的结构型式与实施例一相同,仅在每一组环形腔的截面形状上改换为椭圆型,实际应用中根据储氢容器需要的设计压力和环形腔体以及增强层的承压能力来决定。
本实施例同样按三层环形储氢舱来进行叙述,但不局限于三层环形储氢舱,可以是四层、五层或者更多层,环形储氢舱的层数根据储氢容器需要的设计压力和环形腔体以及增强层的承压能力来确定。
实施例三:
如图4所示,本实施例给出的一种多层嵌套耐压储氢装置中,环形腔截面为腰型,同样具有三组,由内到外分别为第一环形腔4、第二环形腔6和第三环形腔8,三组环形腔同轴线套接在一起;
其中,第一环形腔4的内部空间形成第一储气舱3,第一环形腔4的外侧和第二环形腔6的内部空间形成第二储气舱5,第二环形腔6外侧和第三环形腔8的内部空间形成第三储气舱7,第三环形腔8的外侧可拆卸连接增强壳9后位于安置空间2内。
本实施例中,环形腔指设定宽度和长度的腰型管首尾相接形成的圆环形腔体,多组环形腔沿腔体轴线套接则形成多个宽度和长度逐步变大的腰型腔体套接,这里的腔体轴线指腰型管截面中心点在首尾相接后形成的连线。
上述环形腔和储气舱的结构型式与实施例一相同,仅在每一组环形腔的截面形状上改换为腰型,实际应用中根据储氢容器需要的设计压力和环形腔体以及增强层的承压能力来决定。
本实施例同样按三层环形储氢舱来进行叙述,但不局限于三层环形储氢舱,可以是四层、五层或者更多层,环形储氢舱的层数根据储氢容器需要的设计压力和环形腔体以及增强层的承压能力来确定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:包括:至少一组环形腔,多组环形腔沿腔体的轴线套接,最外层的环形腔外侧可拆卸连接增强壳;除最外层的环形腔外,每一层环形腔的外侧和相邻的下一层环形腔的内部空间均形成储气舱;每一组环形腔分别通过内通道与控制阀组连接,控制阀组与外通道连接。
2.如权利要求1所述的一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:最内层环形腔的内部空间形成最内层储气舱。
3.如权利要求1所述的一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:所述环形腔为截面呈圆型、椭圆型或腰型的管,首尾相接包围形成的圆环形腔体。
4.如权利要求1所述的一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:所述每一层环形腔截面的直径或宽度由最内层至最外层依次增大。
5.如权利要求1所述的一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:所述每一层环形腔包围后的内直径由最内层至最外层依次减小,外直径由最内层至最外层依次增大。
6.如权利要求1所述的一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:所述环形腔具有三组,由内到外分别为第一环形腔、第二环形腔和第三环形腔,三组环形腔同轴线套接在一起.。
7.如权利要求6所述的一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:所述第一环形腔的内部空间形成第一储气舱。
8.如权利要求6所述的一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:所述第一环形腔的外侧和第二环形腔的内部空间形成第二储气舱。
9.如权利要求6所述的一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:所述第二环形腔外侧和第三环形腔的内部空间形成第三储气舱。
10.如权利要求1所述的一种多层嵌套耐压储氢装置,其特征在于:所述多组环形腔围合形成的安置空间为圆环形,控制阀组位于圆环的内部,控制阀组连接的内通道分别与每一组储气舱相连通。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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