CN117704266A - 一种双壁罐和用于组装双壁罐的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双壁罐和用于组装双壁罐的方法。双壁罐包括至少一个管道连接系统。

Description

一种双壁罐和用于组装双壁罐的方法
技术领域
本发明属于流体储存系统和所述流体储存系统的制造方法的领域。特别地，本发明涉及一种包括至少一个管道连接系统的双壁罐，并且涉及一种用于组装设有至少一个管道连接系统的双壁罐的方法。
背景技术
由于环境原因，必须不断地面临减少化石燃料的使用的挑战。在这种场景下，基于可再生能源生产的氢是高效能源供应的合理候选者。氢的高能量密度使其成为飞行器应用的新兴替代燃料。
特别地，氢对于高空中短途飞行器来说是有吸引力的燃料，因为与传统的烃燃料相比，氢包含每千克约6.2倍的能量。因此，在飞行器应用中，氢的所述高比能可能是关键的实现因素。然而，实际考虑已极大地妨碍了其使用。虽然氢的比能非常高，但每单位体积的能量相对低。相对于气态形式，液态氢提高其能量密度，同时由于在液体状态下的较低压力而允许降低将氢封闭在内所需的罐的质量。与气态氢在88K和700巴下具有40g/l的密度相比，液态氢在20K和1巴压力下具有70g/l的密度。只有经低温压缩的氢才具有更高密度，在38K和300巴下的值为80g/l。根据这些参数，液化低温形式允许在低压下高效储存。
在这方面，LH2低温罐是未来几代的重型运载火箭、太空探索结构和新绿色飞行器的结构的关键部件之一。在飞行器中，最大的挑战在于开发氢储存系统，因为需要较长的休眠时间，这需要有良好隔绝的解决方案、渗透性质、以及更轻的重量。关键挑战中的一些挑战是几何结构、温度、氢脆、渗透、泄漏等。
为了利用氢的高比能，相关联的罐应优选地轻量并且必须是隔绝的。将罐隔绝的方法必须处理若干类型的热传递：通过固体的传导，通过气体的传导和对流、和辐射。大多数实现高性能隔绝的方法依赖于超真空以几乎消除传导和对流气体热传递。
考虑到上述条件，在除航空业之外的行业中实施并因此不受飞行器操作的所述高要求的条件限制的、当前使用的已知解决方案由包括比如以下各项的结构和元件的罐构成：
-双壁罐，这些双壁罐包括外护套和内压力器皿。这些双壁罐通常由铝或钢制成，并且是所使用的最常规的罐之一，主要因为它们是制造起来最便宜的罐。然而，它们也是用于封闭低温压缩氢的最重类型的罐。
-具有复合增强外包件的金属压力器皿/内衬。金属和复合材料分担结构载荷。制造成本相对于先前的替代性方案降低，而且重量显著降低。
发明内容
本发明提供了如下所描述的双壁罐和用于组装双壁罐的方法。
在第一发明方面，本发明提供了一种双壁罐，该双壁罐包括：
-内壁，该内壁限定被构造成容纳流体的内室，其中，内壁包括至少一个内壁孔；
-外壁，该外壁限定将内室容纳在内的外室，其中，外壁包括至少一个外壁孔，
-管道连接系统，该管道连接系统包括：
○至少一个内连接零件，该至少一个内连接零件联接到内壁，其中，内连接零件包括至少一个内零件孔，并且其中，内连接零件相对于内壁定位成使得内零件孔和内壁的内壁孔重合；以及
○至少一个外连接零件，该至少一个外连接零件联接到外壁，其中，外连接零件包括至少一个外零件孔，并且其中，外连接零件相对于外壁定位成使得外零件孔和外壁的外壁孔重合；
以及
-至少一个管道，该至少一个管道被布置成：
○穿过外零件孔和外壁孔；以及
○穿过内零件孔和内壁孔，
其中，该管道通过流体密封配合联接到所述内零件孔和所述外零件孔。
根据本发明的双壁罐包括四个基本结构元件：内室，该内室旨在将流体容纳在内并且由所谓的双壁罐的内壁限定；外室，该外室由外壁限定，并且被布置成围绕所述内室，所述内壁和所述外壁以它们之间的中间间隙所限定的距离分开；管道连接系统；以及至少一个管道，该至少一个管道通过流体密封配合联接到所述管道连接系统。
并且，从双壁罐的另一种结构方法，可以理解，内壁限定了内器皿，而外壁限定了外护套，该外护套围绕所述内器皿并将所述内器皿封闭在内。
内壁与外壁之间的中间间隙旨在为内室提供隔绝。特别地，在包含比如氢等低温压缩流体的情况下，所述内室将暴露于极低温度。相应地，在操作期间，所述中间间隙经历热梯度，根据该热梯度，温度将从下限上升到上限，该下限对应于限定内室的内壁的外表面的温度，并且该上限对应于外壁的内表面的温度、即接近双壁罐周围的室温的温度。
管道连接系统和该至少一个管道被构造成允许进入内室，同时确保储存在内室内的流体的密封性，并允许在内壁与外壁之间的间隙中保持真空。这通过联接到内壁的至少一个内连接零件和联接到外壁的至少一个外连接零件来实现。
内壁包括至少一个内壁孔。内连接零件包括至少一个内零件孔，并且相对于内壁定位成使得内零件孔和内壁的内壁孔重合，因此允许管道穿过内零件孔和内壁孔。
进而，外壁包括至少一个外壁孔。外连接零件包括至少一个外零件孔，并且相对于外壁定位成使得外零件孔和外壁的外壁孔重合，因此允许管道穿过外零件孔和外壁孔。
通过将管道联接到内连接零件和外连接零件，管道通过流体密封配合联接到对应的内零件孔和外零件孔，而不作用在内壁或外壁上，因此保持了罐的结构完整性。这避免了必须直接在对应的内壁或外壁上执行焊接操作，这些焊接操作可能局部影响或损坏所述壁的结构完整性。在这方面，它还避免了机械加工或使用螺栓或铆钉将管道附接并锚固到罐的内壁和/或外壁，该机械加工或螺栓或铆钉的使用可能导致应力累积区域的出现，这些应力累积区域可能有利于裂纹或者甚至腐蚀的产生和扩展。
有利地，由于内连接零件和外连接零件，本发明提供了高水平的产品灵活性。特别地，所述连接零件在对应的内壁或外壁与机械管道系统之间提供连接接口，因此避免它们之间的直接接触，这允许将管道和对应壁的材料彼此独立地选择。应理解，联接到内壁或外壁的任何连接零件都通过流体密封配合联接到对应壁。
关于用于制造双壁罐的所述材料，在实施例中，内壁或外壁中的至少一个由纤维增强聚合物(“FRP”)材料(也称为“复合材料”)制成。
有利地，将复合材料用于壁的制造在材料性能、重量减轻、材料成本、生产和工业化特征方面提供了复合材料的益处。
与使用金属零件的传统罐相比，将复合材料用于内壁和/或外壁使得具有轻得多的双壁罐。此外，与金属罐相比，重量指数(GI)，即液态氢的重量与罐的重量之比也得到提高，从而与金属罐的典型值30％至35％相比，达到接近50％的最大值。
有利地，由于通过使用复合材料提供的本发明的双壁罐的重量减轻的性质，以及通过保持在内壁与外壁之间的中间间隙中的真空提供的最佳隔绝性质，本发明的双壁罐提供了开发氢储存系统的过程中的最大挑战的解决方案，这些氢储存系统需要商业航空应用所必需的长休眠时间。
在双壁罐的特定实施例中，内壁与外壁之间的所述间隙中的真空条件可以处于超高真空(UHV)条件下。根据这种真空状态，操作压力低于约100纳帕(1.0×10-7帕；1.0×10-9毫巴；7.5×10-10托)。
在实施例中，双壁罐包括设置在内壁与外壁之间的间隙中的隔绝层，所述隔绝层被布置成至少部分包封内壁。
隔绝层的其他特定实施例包括以下材料中的至少一种：气凝胶、气泡膜外包装材料和/或泡沫材料。
在更特定的实施例中，内壁和/或外壁由热固性碳纤维增强聚合物(“CFRP-TS”)构成。
关于双壁罐的几何构造，在一个实施例中，内室和外室具有相同形状，其中，容纳内室的外室具有较大尺寸。
在一个实施例中，内壁和外壁包括至少一个圆顶状部分，所述部分被布置成面向彼此，每个圆顶状部分具有凸形外侧和凹形内侧。
应理解，关于圆顶状部分的取向或布置，凹入内侧将朝向罐的内部定向。
从架构和几何角度来看，在本发明的意义上，圆顶状结构可以被理解为球形帽，即，球体的被平面切割得到的任何部分。该圆顶状结构还可以具有稍微不同的凹凸形状，比如抛物面形状。
在更特定的实施例中，管道连接系统的内连接零件和/或外连接零件布置在内壁或外壁的圆顶状部分处。
在一个实施例中，内室和外室具有球形形状。
在一个实施例中，两个室具有设置在中央圆柱形区段的两端处的两个圆顶状部分。
在实施例中，至少一个管道被布置成平行于每个室的圆柱形区段的轴线而穿过对应的外零件孔和内零件孔。
在实施例中，至少一个内连接零件是通过流体密封配合联接到对应内壁孔的衬套。
在实施例中，衬套包括圆柱形主体和从圆柱形主体径向向外突出的凸缘，其中，当衬套布置在内壁上时，所述凸缘布置在内壁的面向内室的内部的内侧上。
在内壁与外壁之间的间隙处于真空条件下的情况下，内壁和外壁以及附接到它们的元件暴露到的操作压力的方向将是相反的。特别地，在内壁的情况下，从内室的内部朝向内室的外部，即朝向内壁与外壁之间的中间空间，压力是正的。通过将凸缘布置在内壁的面向内室的内部的一侧上，真空吸力有利于内壁与衬套之间的接口处的连接密封性的效率，因为压力施加力以保持两个元件之间的接触。此外，所述凸缘用作防止衬套由于真空吸力的作用而脱离的机械障碍。
在实施例中，至少一个外连接零件是通过流体密封配合联接到对应外壁孔的衬套。
在实施例中，衬套包括圆柱形主体和从圆柱形主体径向向外突出的凸缘，其中，当衬套布置在外壁上时，所述凸缘布置在外壁的面向罐的外部的内侧上。
外壁经受从罐的外部朝向内壁与外壁之间的中间间隙的负压。通过将凸缘布置在外壁的面向罐的外部的一侧上，真空吸力有利于外壁与衬套之间的接口处的连接密封性的效率，因为压力施加力以保持两个元件之间的接触。此外，所述凸缘用作防止衬套由于真空吸力的作用而脱离的机械障碍。
在实施例中，至少一个衬套嵌入到由FRP材料制成的对应的内壁或外壁中。
衬套可以在制造和加固所述内壁或外壁的中间阶段提供，或者在所述壁完全固化后插入在制造过程期间设置的内置孔或凹槽内。
在对应壁的FRP材料的树脂和与其联接的衬套之间可能存在“共结合”或“粘合”接合线。所述接合线在内壁的特定情况下确保内器皿(即旨在容纳流体的内室)的密封性，并且在外壁的特定情况下确保内壁与外壁之间限定的中间间隙中维持的真空状态。
在更特定的实施例中，衬套嵌入其中的内壁或外壁由CFRP-TS制成，这提供了具有最佳的机械强度和密封性质的坚固组件。
在实施例中，至少一个衬套与衬套联接到的对应壁分别具备截头圆锥形几何结构。
特别地，根据所述截头圆锥形几何结构，衬套的短底边朝向内壁与外壁之间的中间间隙定向。以这种方式，壁的每一侧之间的压力差的作用将衬套和内壁沿着它们的相应锥形表面彼此压靠，因此促进它们之间的接触，并提高所得组件的结构完整性以及连结部的密封性。
在实施例中，内壁和外壁分别包括多个内壁孔和外壁孔，其中，罐进一步包括多个管道，并且其中，该多个管道中的每一个被布置成：
-穿过外壁孔；以及
-穿过内壁孔。
在优选实施例中，内壁孔和外壁孔中的每一个一次仅被一个管道穿越。
在实施例中，至少一个内连接零件包括多个内零件孔和/或罐包括多个内连接零件；该一个或多个内连接零件相对于内壁定位成使得内零件孔和内壁孔重合。
在实施例中，至少一个外连接零件包括多个外零件孔和/或罐包括多个外连接零件；该一个或多个外连接零件相对于外壁定位成使得外零件孔和外壁孔重合。
管道连接系统可以包括一个或多个内连接零件和一个或多个外连接零件。每个内连接零件可以包括一个或多个内零件孔，并且每个外连接零件可以包括一个或多个外零件孔，以允许一个或多个管道进入。因此，可以通过布置一个或多个内/外连接零件来提供所需数量的内/外零件孔，每个内/外连接零件具有一个或多个内/外零件孔。
在实施例中，内连接零件或外连接零件中的至少一个被构造为形状与内连接零件或外连接零件联接到的对应的内壁或外壁的形状相匹配的片材。
在内壁和外壁中的至少一个具有对应的内/外连接零件布置在其上的圆顶状部分的特定实施例中，所述连接零件也包括圆顶状几何结构，即具有球形帽形状的弯曲片材。在实施例中，所述内/外连接零件包括多个零件孔，这些零件孔的数量与设置在连接零件联接在其上的对应的内壁或外壁上的壁孔的数量相同。
在实施例中，内壁的至少一部分和围绕内零件孔的内连接零件的至少一部分被FRP材料层包裹。
在实施例中，外壁的至少一部分和围绕外零件孔的外连接零件的至少一部分被FRP材料层包裹。
有利地，通过用FRP材料至少部分包裹内/外连接零件和内/外壁，内/外连接零件嵌入FRP材料中，从而改进了其与内/外壁的连接和结构完整性。
在实施例中，内壁与外壁之间的间隙处于真空条件下。
在实施例中，至少一个内连接零件和/或至少一个外连接零件是金属的，优选由因瓦合金(INVAR)制成。
因瓦合金是奥氏体镍铁合金，在-250℃到200℃之间具有极低的热膨胀系数(CTE)。此外，因瓦合金在低温下具有良好的疲劳和机械性质。
有利地，由因瓦合金制成的元件有助于最小化由于每个元件上经历的温度梯度而产生的热负荷，并避免它们与可以由聚合材料制成的元件接触时的腐蚀问题。
有利地，此实施例使得焊接技术能够用于内/外连接零件与管道之间的联接，因此提供较好的密封性行为和超真空维持。
此外，在由因瓦合金和CFRP-TS制成的元件被组合的实施例中，比如在由因瓦合金制成的衬套嵌入到由CFRP-TS制成的内壁或外壁中的实施例中，由所联接的元件的热膨胀产生的应力减小。这是由于因瓦合金和CFRP-TS具有相似的热膨胀系数。
在实施例中，至少一个内连接零件和/或至少一个外连接零件由FRP制成，优选由热塑性碳纤维增强聚合物(“CFRP-TP”)制成。
有利地，根据此实施例提供连接零件优化了重量减轻、密封性行为，并有助于在内壁与外壁之间限定的中间间隙中维持超高真空(UHV)条件，同时应对热膨胀并限制腐蚀。
此外，在连接零件联接到由FRP材料制成的对应壁的实施例中，用CFRP-TP制成的所述连接零件到对应壁的焊接优选：
-仅使用树脂来执行，或者
-使用具有碳纤维的树脂焊丝来执行。
根据此实施例，焊缝的机械性质被优化。
在第二发明方面，本发明提供了一种用于组装根据第一发明方面的任何实施例的双壁罐的方法，该方法包括以下步骤：
i)提供内壁部分，该内壁部分至少部分限定被构造成容纳流体的内室；
ii)提供包括至少一个内零件孔的内连接零件；
iii)将内连接零件联接到内壁部分；
iv)提供外壁部分，该外壁部分至少部分限定外室，所述外室被构造成将该内室容纳在内；
v)提供包括至少一个外零件孔的外连接零件；
vi)将外连接零件联接到外壁部分；
vii)提供至少一根管道；
viii)通过内零件孔和内壁孔引入该管道的至少一部分；
ix)通过流体密封配合将该管道联接在所述内零件孔中；
x)通过外零件孔和外壁孔引入该管道的至少一部分；
xi)通过流体密封配合将该管道联接在所述外零件孔中；
其中，在步骤i)中提供的内壁部分包括至少一个内壁孔，或者该方法包括在步骤i)之后在内壁部分中制造至少一个内壁孔，
并且其中，在步骤iv)中提供的外壁部分包括至少一个外壁孔，或者该方法包括在步骤iv)之后在外壁部分中制造至少一个外壁孔。
在一些实施例中，取决于孔的尺寸，在内壁部分和/或外壁部分中制造孔的过程可以包括执行钻孔和/或修整任务。并且，如果必须提供所涉及的零件的精确联接所需的特定几何结构，也可以执行机械加工任务。
这种几何结构的示例可以包括当任何连接零件包括由周边凸缘引起的阶梯状轮廓时，提供具有周边凹槽的孔，或者提供具有截头圆锥形形状的孔，以接纳截头圆锥形连接零件。
在其他实施例中，在内壁部分和/或外壁部分中制造孔的过程包括制造其中，具有这种孔的壁。换句话说，孔是在壁的制造过程期间产生的，而不必进一步机械加工壁来获得这种孔。
关于根据步骤iii)和vi)将连接零件联接到对应的内壁或外壁，应理解，它们通过流体密封配合来联接。
在实施例中，步骤iii)包括相对于内壁部分布置内连接零件，使得内零件孔和内壁部分的内壁孔重合。
在实施例中，步骤vi)包括相对于外壁布置外连接零件，使得外零件孔和外壁的外壁孔重合。
在实施例中，在步骤iii)之后，通过穿过内零件孔执行的钻孔和/或修整过程来制造该至少一个内壁孔。
在实施例中，在步骤ix)之后，通过穿过外零件孔执行的钻孔和/或修整过程来制造该至少一个外壁孔。
有利地，在至少一个内连接零件和/或外连接零件包括多个内零件孔和/或外零件孔的实施例，比如通过执行钻孔、修整和/或机械加工的必要步骤来穿过内零件孔或外零件孔制造内壁孔和/或外壁孔允许使用内零件或外零件的孔作为参考，因此确保内壁部分/外壁部分中的孔和内零件/外零件中的孔重合。
在实施例中，该方法包括提供至少一个FRP材料层的步骤，该至少一个FRP材料层包裹：
-内壁部分的至少一部分；以及
-围绕内零件孔的内连接零件的至少一部分。
在实施例中，该方法包括提供至少一个FRP材料层的步骤，该至少一个FRP材料层包裹：
-外壁部分的至少一部分；以及
-围绕外零件孔的外连接零件的至少一部分。
在实施例中，如果需要，该方法包括修整孔的边缘周围的对应的内壁或外壁的FRP材料的步骤。
在实施例中，至少一个内连接零件是衬套，该衬套包括圆柱形主体和从圆柱形主体径向向外突出的凸缘，并且步骤iii)包括将衬套布置在内壁部分的被构造成面向内室的内部的一侧上。
在实施例中，至少一个外连接零件是衬套，该衬套包括圆柱形主体和从圆柱形主体径向向外突出的凸缘，并且步骤ix)包括将衬套布置在外壁部分的被构造成面向罐的外部的一侧上。
在实施例中，至少一个衬套嵌入到由FRP材料制成的对应的内壁或外壁中。
在实施例中，内壁部分和/或外壁部分由FRP材料制成。
在实施例中，在步骤i)中提供的内壁部分和/或在步骤iv)中提供的外壁部分由新鲜的FRP材料、部分固化的FRP材料或完全固化的FRP材料制成。
任何FRP结构或复合材料的性质都由制造工艺条件确定。因此，“部分固化的”或“预固化的”FRP结构或元件应理解为由复合材料构成的结构，与应用在预定持续时间和温度条件下的完全固化周期(FRP结构根据该完全固化周期达到期望的化学性质和机械性质，因此可以被认为是“完全固化的”或简称“固化的”)相比，这些结构已经历不完全固化周期或“部分固化周期”。
相应地，对部分固化的FRP结构进行加工以达到一定的固化程度，根据该固化程度，基体具有比典型树脂高的分子量以便减少树脂流动，这提供促进处理、储存和稍后加工的性质的特定硬度。
在实施例中，其中，在步骤i)中提供的内壁部分和/或在步骤iv)中提供的外壁部分由新鲜的部分固化的FRP材料制成，该方法包括使内壁部分、外壁部分、所联接的内连接零件和外连接零件以及所联接的管道的组件固化的步骤。
新鲜的或部分固化的元件的这种固化过程允许在根据该方法的步骤提供和联接上述元件之后对它们进行加固，因此产生依序概念，该依序概念允许所述元件以比其他构造更高效和灵活的方式集成，在其他构造中，罐的壁被制造为整体/单件和/或在一次成型过程中制造。
在该方法包括修整孔的边缘处的多余FRP材料的步骤的实施例中，修整步骤可以在固化周期之前或之后执行。
在实施例中，该方法包括将内壁部分/外壁部分联接到至少一个附加的内壁部分/外壁部分，以构造完整的内室/外室。在罐包括具有圆顶状端部的圆柱形部分的实施例中，内壁部分/外壁部分是一个圆顶状端部，并且附加的内壁部分/外壁部分是圆柱形部分和另一个圆顶状端部。
在实施例中，该方法包括用FRP材料包裹内壁部分/外壁部分和该至少一个附加内壁部分/外壁部分的组件，并通过以下过程中的至少一种来加固所述部分：共固化或共粘结。
根据更特定的实施例，如果在孔的边缘上有多余FRP材料，或者必须在壁上执行修整或机械加工任务，这种修整和/或机械加工操作在用FRP材料部分或完全包裹连接零件的步骤之后执行。
关于制造分别在步骤i)和iv)中提供的内壁和/或外壁以及内连接零件和/或外连接零件(当它们由FRP材料制成时)的铺叠技术的示例是自动铺带(ATL)或自动纤维铺放(AFP)。两种工艺在功能上相似，都包括使用浸渍有树脂的纤维材料(“预浸料”)。“预浸料”是由“预浸渍的”纤维以及部分固化的聚合物基体(比如环氧树脂或酚醛树脂或甚至热塑性材料)制成的复合材料。基体用于将纤维结合在一起。固化工艺诱发化学反应，这些化学反应在聚合物链之间产生广泛交联以产生不熔化且不溶解的聚合物网格结构。在足够高的温度下进行交联期间，材料从液体经由凝胶转变成玻璃状固体。
然而，每种工艺以不同方式来使用以实现特定结构构造目标以在需要之处提供强度或硬度。特别地，一种或另一种工艺的使用主要取决于要制造的零件的几何结构复杂度，其中，AFP允许较高的曲率。
丝线缠绕技术也被认为是适用于制造分别在步骤i)和iv)中提供的内壁和/或外壁以及内连接零件和/或外连接零件(当它们由FRP材料制成时)的技术。
“丝线缠绕”技术应被理解为复合材料结构制造工艺，该复合材料结构制造工艺主要用于通常为圆形或椭圆形截面部件的中空零件(比如，管道和容器)，并且包括将用热固性树脂浸渍的拉紧的增强纤维丝线和/或带缠绕在阳模或芯轴上。常规地，当滑架水平移动的同时使所述阳模旋转，从而使纤维以期望的图案定向。一旦阳模被完全覆盖达到丝线的期望的厚度和分布图案，就可以将树脂固化。树脂一旦固化，就将阳模移除(脱模工艺)，从而使最终产品为中空的。
丝线缠绕是可以自动化进行的工艺，其中，可以仔细地控制丝线的张力。也可以仔细地控制丝线的取向，使得这些层以不同于前一层的方式层压和定向。建立下部层的纤维的角度确定最终产品的性质。
用于制造FRP结构的“工具”的示例包括：
-模具；
-真空袋；
-隔板(caul plate)；
-加热设备。
通常，将多个复合片层或带彼此上下地铺叠在模具上，从而产生片层堆叠体。在这方面，“片层”应被理解为要铺在制件上的单个连续复合材料区，其中，同一层中的两个片层通常不重叠。片层的铺叠形成被称为“层压件”或整个“预制件”的堆叠体。模具、芯轴或阳模应被视为用于在模具上制造物品的塑形表面，使得该物品至少在其与模具接触的面上获取模具的形状。
另外，纤维材料增强件可以是玻璃(针对玻璃纤维增强聚合物“GRFP”)、碳(针对碳纤维增强聚合物“CRFP”)、聚合物纤维或用作增强件的任何其他常规材料。在这些材料当中，碳是优选的。
本说明书(包括权利要求、实施方式和附图)中描述的所有特征和/或所描述的方法的所有步骤可以以任何组合形式进行组合，除了这些相互排斥的特征和/或步骤的组合。
附图说明
参考附图，鉴于从本发明的优选实施例(仅作为示例给出并且并不局限于此)中变得显而易见的本发明的详细描述，将清楚地理解本发明的这些和其他的特性和优点。
图1此图示出了根据本发明的实施例的双壁罐的一部分的横截面示意图。
图2此图示出了根据本发明的实施例的双壁罐的连接零件的示意图。
图3此图示出了根据本发明的实施例的双壁罐的一部分的横截面示意图。
图4此图示出了根据本发明的实施例的双壁罐的一部分的横截面示意图。
图5此图示出了根据本发明的实施例的双壁罐的内壁的一部分的横截面示意图。
图6此图示出了根据本发明的实施例的双壁罐的一部分的横截面示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的双壁罐100的一部分的横截面示意图。
所示出的双壁罐100包括四个基本结构元件：
-内室，该内室旨在将流体容纳在内并且由所谓的双壁罐100的内壁110限定；
-外室，该外室由外壁120限定，并且被布置成围绕所述内室，所述内壁110和所述外壁120以它们之间的中间间隙所限定的距离分开，在图1所示的特定实施例中，该中间间隙处于真空条件下；
-管道连接系统，该管道连接系统包括联接到内壁110的内连接零件130和联接到外壁120的外连接零件140；以及
-管道150，这些管道在所示出的特定实施例中为八个(其中四个在所提供的示意性前视图中示出，另外四个布置在后面)，穿过外壁120和内壁110，以及穿过管道连接系统，这些管道中的每一个都联接到所述管道连接系统。
管道连接系统和管道150被构造成允许进入内室，同时确保储存在内室内的流体的密封性，并允许在内壁110与外壁120之间的间隙中保持真空。
关于内壁110与外壁120之间的所述间隙中的真空条件，在所示出的实施例中，气体被泵出内室，直到达到超高真空(UHV)条件。根据这种真空状态，操作压力低于约100纳帕(1.0×10-7帕；1.0×10-9毫巴；7.5×10-10托)。
在图1所示的实施例中，内壁110和外壁120两者各自包括八个相应壁孔，而内连接零件130和外连接零件140各自包括八个对应零件孔，内连接零件130和外连接零件140相对于内壁110和外壁120定位成使得对应的内壁孔/外壁孔和内零件孔/外零件孔重合，以供八个管道150中的每一个穿过。
如可以看出的是，关于双壁罐100的几何构造，内室和外室具有相同形状，其中，容纳内室的外室具有较大尺寸。此外，内壁110和外壁120包括被布置成面向彼此的一个圆顶状部分，每个圆顶状部分具有朝向罐100内部定向的凸形外侧和凹形内侧。
此外，对于两个室(即由内壁110限定的内器皿和由外壁120限定的外护套)，仅示出了两个纵向端部中的一个。应理解，所示出的示意性双壁罐100的完整实施例包括对称分布的内室和外室，其中，两个对应的圆顶状部分由圆柱形中心区段间隔开。然而，罐100可以包括连接零件130，140和管道150，这些连接零件和管道仅在罐的两个相反纵向端部中的一个纵向端部处穿过罐的壁110，120。
在这种意义上，关于固定和维持内室相对于外室的位置所必需的连接件(未示出)，优选地，这些连接件仅设置在内室和外室两者的两端中的一端上。更具体地，在所示出的实施例中，所述连接件将布置在针对内室和外室两者示出的圆顶状部分上。
管道连接系统的内连接零件130和外连接零件140分别布置在内壁110或外壁120的圆顶状部分处。优选地，内壁110或外壁120的所述圆顶状部分与设置这些连接件(未示出)的部分相同，这些连接件用于固定和维持内室相对于外室的位置。
关于所述内连接零件130和所述外连接零件140，在图2中提供了它们的进一步细节，其中，描绘了示意图的前视图。如可以看出的是，在此实施例中，所述内连接零件130和所述外连接零件140被构造为设有圆顶状几何结构的弯曲片材。
最后，在图1所示的实施例中，内圆顶状连接零件130和外圆顶状连接零件140两者由因瓦合金(INVAR)制成，并且管道150是金属的，管道中的每一个都通过相对应的内零件孔/外零件孔焊接到内连接零件130和外连接零件140。
图3示出了如图1所示的实施例，但是包括包裹内室和/或外室的一部分的FRP材料层160。出于说明的目的，仅针对内室110示出了所述FRP材料层160的一个示例。特别地，FRP材料层160被示出为设置在所示出的内壁110的部分上，以及在联接到内壁110的所述部分的内连接零件130上。根据此实施例，通过用FRP材料包裹内连接零件130和内壁110，内连接零件130变得嵌入FRP材料中，从而改进其与内壁110的联接、密封性和结构完整性。
此外，如可以看出的是，在内连接零件130的零件孔上没有设置FRP材料层，因为该材料会阻碍管道150穿过对应的零件孔和壁孔。
图4示出了根据本发明的实施例的双壁罐100的一部分的横截面示意图。更特定地，图4集中于提供管道连接系统的另一种构造的结构细节。出于此目的，它示意性地示出了管道150穿过内室和外室的通道区域的放大视图。关于所述管道连接系统，可以看出，代替包括数量与设置在对应壁110，120中的多个孔相匹配的多个孔的单个圆顶状结构，外连接零件130和内连接零件140两者被构造为两个相应衬套，这两个衬套被联接(更具体地说被插入)到两个相应的内壁孔111和外壁孔121中。
此外，如可以看出的是，两个衬套130，140包括圆柱形主体和从所述圆柱形主体径向向外突出的凸缘，以及对应的内零件孔131和外零件孔141。每个衬套130，140分别插入到内壁110和外壁120中，使得内零件孔131和外零件孔141与对应的内壁孔111和外壁孔121重合。更具体地，内零件孔131和外零件孔141以及内壁孔111和外壁孔121分别是同心的。
关于内连接零件130，可以看到凸缘布置在内壁110的面向内室的内部的一侧上。
通过将衬套130的凸缘布置在内壁110的面向内室的内部的一侧上，源自内壁110与外壁120之间的中间间隙的真空吸力有利于内壁110与衬套130之间的接口处的连接密封性的效率，因为压力施加力以保持两个元件之间的接触。此外，所述凸缘用作防止衬套130由于真空吸力的作用而脱离的机械障碍。
进而，关于外连接零件140，可以看到凸缘布置在外壁120的面向外室的外部的一侧上。
通过将凸缘布置在外壁120面向罐的外部的一侧上，真空吸力有利于外壁120与衬套140之间的接口处的连接密封性的效率，因为压力施加力以保持两个元件之间的接触。此外，所述凸缘用作防止衬套140由于真空吸力的作用而脱离的机械障碍。
图5示出了根据本发明的实施例的双壁罐100的内壁110的一部分的横截面示意图。特别地，所示出的内壁110的构造类似于图4。然而，在这种情况下，内壁110本身和被示出为被联接(更具体地说被插入)到内壁孔111中的衬套130两者分别具备截头圆锥形的几何结构。
如可以看出的是，在所示出的横截面中，所述截头圆锥形几何结构表现为衬套130和内壁孔111两者的梯形形状。在这种梯形形状中，长底边朝向旨在容纳加压流体的内室的内部定向，而短底边朝向旨在处于真空条件下的内壁110与外壁120之间的中间间隙定向。以这种方式，压力差的作用(用指向内壁110的内表面的箭头示出)将衬套130和内壁110沿着它们的相应锥形表面彼此压靠，因此促进它们之间的接触，并提高所得组件的结构完整性以及连结部的密封性。
此外，关于衬套130与内壁110之间的这种联接，在所示出的实施例中，衬套130嵌入在内壁110中。这种集成通过界定内壁110的边界的粗黑线的一部分来表示，这些边界在衬套130的内侧的一部分上(即，梯形形状的长底边)延伸并重叠。更具体地，形成内壁110的FRP层压件的一层或多层重叠在衬套130的内部面上。
在这种特殊情况下，内壁110由CFRP-TS构成。在这方面，根据所示出的实施例，嵌入衬套130的过程和内壁孔111的锥形几何结构的提供两者在所述内壁110的制造和加固的中间阶段发生，与仅由CFRP-TP制成的替代方案相比，这最终通过例如衬套130与穿过它的管道150之间的金属焊接连结部而使得具有最佳的机械强度和密封性质的坚固的组件。
最后，虽然没有示出与衬套130接触的内壁110的锥形表面的细节，但是在实施例中，由于复合材料的层压件的层的依序布置，所述表面具有阶梯状轮廓，层压件的每个后继层具有相对于前一层偏移的较宽的孔，以产生所述截头圆锥形表面。
图6示出了根据本发明的实施例的双壁罐100的一部分的横截面示意图。更特别地，使用如图4所示的用于内连接零件130的构造，即实现插入到内壁孔中并可选地嵌入到内壁110中的衬套。图6示出了包括四个内壁孔的内壁部分110，其中，在每个内壁孔的内部已联接了衬套形式的内连接零件130。
此外，如可以看出是，所述衬套130包括具有圆柱形主体和从圆柱形主体突出的凸缘，凸缘邻接内壁110的内部面，使得所述凸缘对布置在内壁110与外壁120之间的中间间隙中产生的真空吸力施加阻力。

Claims (15)

1.一种双壁罐(100)，该双壁罐包括：
-内壁(110)，该内壁限定被构造成容纳流体的内室，其中，该内壁(110)包括至少一个内壁孔(111)；
-外壁(120)，该外壁限定将该内室容纳在内的外室，其中，该外壁(120)包括至少一个外壁孔(121)，
-管道连接系统，该管道连接系统包括：
○至少一个内连接零件(130)，该至少一个内连接零件联接到该内壁(110)，其中，该内连接零件(130)包括至少一个内零件孔(131)，并且其中，该内连接零件(130)相对于该内壁(110)定位成使得该内零件孔(131)和该内壁(110)的内壁孔(111)重合；以及
○至少一个外连接零件(140)，该至少一个外连接零件联接到该外壁(120)，其中，该外连接零件(140)包括至少一个外零件孔(141)，并且其中，该外连接零件(140)相对于该外壁(120)定位成使得该外零件孔(141)和该外壁(120)的外壁孔(121)重合；以及
-至少一个管道(150)，该至少一个管道被布置成：
○穿过外零件孔(141)和外壁孔(121)；以及
○穿过内零件孔(131)和内壁孔(111)，
其中，该管道(150)通过流体密封配合联接到所述内零件孔(131)和所述外零件孔(141)。
2.根据权利要求1所述的双壁罐(100)，其中，至少一个内连接零件(130)和/或外连接零件(140)是通过流体密封配合联接到对应的内壁孔(111)或外壁孔(121)的衬套。
3.根据权利要求2所述的双壁罐(100)，其中，该衬套(130，140)包括圆柱形主体和从该圆柱形主体径向向外突出的凸缘，其中，所述凸缘：
-当该衬套(130)布置在该内壁(110)上时，被布置在该内壁(110)的面向该内室的内部的内侧上，或者
-当该衬套(140)布置在该外壁(120)上时，被布置在该外壁(110)的面向该罐(100)的外部的外侧上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的双壁罐(100)，其中，该内壁(110)和该外壁(120)分别包括多个内壁孔(111)和外壁孔(121)，其中，该罐(100)包括多个管道(150)，这些管道被布置成：
-穿过外壁孔(121)；以及
-穿过内壁孔(111)。
5.根据权利要求4所述的双壁罐(100)，其中，
-至少一个内连接零件(130)包括多个内零件孔(131)和/或该罐(100)包括多个内连接零件(130)；其中，该一个或多个内连接零件(130)相对于该内壁(110，120)定位成使得这些内零件孔(131)和这些内壁孔(111)重合；和/或
-至少一个外连接零件(140)包括多个外零件孔(141)和/或该罐(100)包括多个外连接零件(140)；其中，该一个或多个外连接零件(140)相对于该外壁(120)定位成使得这些外零件孔(141)和这些外壁孔(121)重合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的双壁罐(100)，其中，该内壁(110)和/或该外壁(120)的至少一部分以及围绕这些零件孔(131，141)的这些连接零件(130，140)的至少一部分由纤维增强聚合物(FRP)材料层(160)包裹。
7.根据前述权利要求中任一项所述的双壁罐(100)，其中，该内壁(110)与该外壁(120)之间的间隙处于真空条件下。
8.根据前述权利要求中任一项所述的双壁罐(100)，其中，该内壁(110)和/或该外壁(120)由纤维增强聚合物(FRP)材料制成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的双壁罐(100)，其中，
至少一个内连接零件(130)；和/或
至少一个外连接零件(140)，
是金属的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的双壁罐，其中，
至少一个内连接零件(130)；和/或
至少一个外连接零件(140)，
由纤维增强聚合物(FRP)制成，优选由热塑性碳纤维增强聚合物(CFRP-TP)制成。
11.一种用于组装根据权利要求1至10中任一项所述的双壁罐(100)的方法，该方法包括以下步骤：
i)提供内壁部分，该内壁部分至少部分限定被构造成容纳流体的内室；
ii)提供包括至少一个内零件孔(131)的内连接零件(130)；
iii)将该内连接零件(130)联接到该内壁部分；
iv)提供外壁部分，该外壁部分至少部分限定外室，所述外室被构造成将该内室容纳在内；
v)提供包括至少一个外零件孔(141)的外连接零件(140)；
vi)将该外连接零件(140)联接到该外壁部分；
vii)提供至少一个管道(150)；
viii)将该管道(150)的至少一部分引入穿过内零件孔(131)和内壁孔(111)；
ix)通过流体密封配合将该管道(150)联接在所述内零件孔(131)中；
x)将该管道(150)的至少一部分引入通过外零件孔(141)和外壁孔(121)；
xii)通过流体密封配合将该管道(150)联接在所述外零件孔(141)中，
其中，在步骤i)中提供的该内壁部分包括至少一个内壁孔(111)，或者该方法包括在步骤i)之后在该内壁部分中制造至少一个内壁孔(111)，
并且其中，在步骤iv)中提供的该外壁部分包括至少一个外壁孔(121)，或者该方法包括在步骤iv)之后在该外壁部分中制造至少一个外壁孔(121)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，
-步骤iii)包括布置该内连接零件(130)，该内连接零件相对于该内壁部分定位成使得该内零件孔(131)和该内壁部分的内壁孔(111)重合；和/或
-步骤vi)包括布置该外连接零件(140)，该外连接零件相对于该外壁(120)定位成使得该外零件孔(141)和该外壁(120)的外壁孔(121)重合。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中，
-在步骤iii)之后，通过穿过内零件孔(131)执行的钻孔和/或修整过程来制造该至少一个内壁孔(111)；和/或
-在步骤ix)之后，通过穿过外零件孔(141)执行的钻孔和/或修整工艺来制造该至少一个外壁孔(121)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，该方法进一步包括提供至少一个FRP材料层(160)的步骤，该至少一个FRP材料层包裹：
-该内壁部分和/或该外壁部分的至少一部分；以及
-该内连接零件(130)和/或该外连接零件(140)的围绕该内零件孔(131)或该外零件孔(141)的至少一部分。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，至少一个内连接零件(130)和/或外连接零件(140)是衬套，该衬套包括圆柱形主体和从该圆柱形主体径向向外突出的凸缘，并且其中，步骤iii)和/或ix)包括将该衬套(130，140)：
-在该衬套(130)布置在该内壁部分中时，布置在该内壁部分的被构造成面向该内室的内部的一侧上，或者
-在该衬套(140)布置在该外壁部分中时，布置在该外壁部分的被构造成面向该罐(100)的外部的一侧上。
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