CN1871439A - 用于一体化的加压流体系统的压力容器组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于加压流体系统的压力容器组件，包括：密闭外壳；在所述壳体内延伸的至少一个内管；设置在所述至少一个内管中的至少一个流体蓄能器；以及设置在所述至少一个内管内部的至少一个冷却通道，所述冷却通道由所述至少一个液压流体蓄能器和所述至少一个内管之间的间隙限定。压力容器组件还包括流体贮存室，所述流体贮存室形成在所述外壳和所述至少一个内管之间。流体贮存室至少部分地充有工作流体。加压流体系统还包括冷却风扇，其允许强制气流通过冷却通道，用于强制冷却压力容器组件的贮存室中的所述至少一个液压流体蓄能器和工作流体。

Description

用于一体化的加压流体系统的压力容器组件
相关申请的交叉参考
根据U.S.C.119(e)第35条，本申请要求享有2003年9月22日由KenricRose提交的美国临时申请No.60/504,188的权益。
技术领域
概括地说，本发明涉及总体上一体化加压流体系统，比如液压再生式传动系统，以及更尤其是，涉及一种包括压力容器组件的一体化加压流体系统，所述压力容器组件包括至少一个液压流体蓄能器。
背景技术
在传统的一体化加压流体系统中，回收的能量通常存储在飞轮蓄能器、电化学蓄电池或液压流体蓄能器中。后者是已知的技术，与其他的回收和蓄能装置相比，它们在使用中，特别是在它们相连的车辆运输方面的使用中更加灵活。另一方面，它们在质量和体积方面仍然效率较低，因而安装到机动车辆上时引发严重问题。除对获得的节能不利外，自重和巨大的体积的问题导致与液压流体蓄能器本身或主要与为安装蓄能器必须对车辆进行的改进有关的高成本。结果是，装有液压流体蓄能器的机动车辆在任何方面都不再是标准的，所以生产和维修更加昂贵，另外，用于该装备的设备不能调换到另一个车辆上，或不能调整尺寸，这增加了这种装备的总体成本。
因此，本发明的目的是，通过提供一种紧凑的压力容器组件来克服现有技术中的这些缺点，所述压力容器组件结合了所有的蓄能功能，不需要任何大的改进就能够安装到各种类型的加压流体系统上，包括配备有为充放液压流体蓄能器而设计的液压再生式传动系统的标准机动车辆。
发明内容
本发明提供一种用于一体化加压流体系统例如液压再生式传动系统的压力容器组件。
本发明的压力容器组件包括：密闭外壳；在所述壳体内延伸的至少一个内管；设置在所述至少一个内管中的至少一个流体蓄能器；以及设置在所述至少一个内管内部的至少一个冷却通道，所述冷却通道由所述至少一个液压流体蓄能器和所述至少一个内管之间的间隙限定。压力容器组件还包括流体贮存室，所述流体贮存室形成在所述至少一个内管外的所述外壳内部。流体贮存室至少部分地充有工作流体，例如油。
本发明的加压流体系统包括冷却风扇，其允许强制气流通过冷却通道，用于强制冷却压力容器组件的贮存室中的所述至少一个液压流体蓄能器和工作流体。
本发明的加压流体系统还包括在外壳外面的加压气体储存器，这样，加压气体储存器与外壳中的室流体连通，以对外壳中的室内部的工作流体进行加压。
此外，依照本发明的优选实施例，液压流体蓄能器放置在内管内，并且用至少一个绕液压流体蓄能器的螺旋卷置于内管中心且与内管间隔开。
另外，依照本发明的优选实施例，压力容器的外壳包括基本上管状的外套和固定在外套的相对的两末端上的端件。
附图说明
观察附图，本发明的其他目的和优点将从下面的说明书的分析中变得显而易见，其中：
图1是依照本发明的一体化加压流体系统的示意图；
图2是依照本发明的优选实施例的压力容器组件的剖面图；
图3是依照本发明的优选实施例的压力容器组件的后视图；
图4是从依照本发明的优选实施例的压力容器组件前面观察的透视图；
图5是从依照本发明的优选实施例的压力容器组件后面观察的透视图；
图6是依照本发明的优选实施例的、包括有液压气动(hydro-pneumatic)蓄能器的内管的剖面图；
图7是从依照本发明的优选实施例的带有多孔的盖的内管前面观察的透视图。
具体实施方式
现参考附图，描述本发明的优选实施例。
图1示意性显示了一种例如用于液压再生式传动系统的一体化加压流体系统。然而，应当明白，虽然本发明描述的是关于液压再生式传动系统的，但是，本发明同样适合于任何合适的加压流体系统。
如图1所示，依照本发明的优选实施例的一体化加压流体系统1包括压力容器组件10和与压力容器组件10流体连通的马达/泵2。动能的外部源(未显示)通过驱动轴3驱动地连接到马达/泵2。
优选情况为，马达/泵2是一种容积式(positive displacement)可反转的液压单元，例如既能作为液压泵运行、反转时又能作为液压马达运行的高压液压活塞式机械。做为选择，马达/泵2是一种可变排量的液压单元。应当明白，任何合适的液压马达/泵单元都在本发明的范围内。在机动车辆(未显示)的液压再生式传动系统的应用中，马达/泵2通过传动轴3连接到机动车辆的传动系统上。
进一步如图1所示，压力容器组件10容装有至少一个但优选多个液压流体蓄能器20，所述压力容器组件10限定了工作流体贮存室11，所述工作流体贮存室11内至少部分地充有工作液压流体17，例如常压下或低压下的油。应当明白，可以采用任何合适的类型的液压流体蓄能器。优选地，液压流体蓄能器20是本技术领域中已知的液压气动蓄能器。每个液压气动蓄能器20具有连接到马达/泵2上的连通口21和充气口23。
更优选地，在压力容器组件10的贮存室11中的液压流体17处于由与贮存室11流体连通的外部压缩气体储存器6建立的低压下，如图1所示。优选地，外部压缩气体储存器6是低压气体蓄能器或气瓶的形式，其容纳有一定压力下的合适的气体。因而，压力容器组件10的贮存室11构成连接于马达/泵2的低压蓄能器。更进一步优选的是，压力容器组件10容纳有三个与马达/泵2流体连通的液压流体蓄能器20。进一步如图1所示，马达/泵2不仅通过分配板7流体地连接到液压流体蓄能器20上，而且还连接到压力容器组件10的贮存室11上。
详细显示在图2-5中的压力容器组件10包括容装流体蓄能器20的密闭外壳12。外壳12包括管状的、优选大体上为圆柱形的外套14，所述外套具有中心轴线13和相对的两端件15和16。做为选择，管状外套14还可以具有椭圆形、矩形、正方形或任何其他的合适的截面形状。优选地，端件15和16是大体上平板的形式，平板上分别设置有边缘15a和16a，如图2、4和5所示，所述边缘通过如焊接方式牢牢地固定到外套12的相对的两末端上，以致密封地达到压力容器组件10所要求的压力等级。压力容器组件10这样构造，即外套12和焊接处的材料厚度具有适当的安全系数而足以承受在压力容器组件10的外壳12内的贮存室11中的液压流体17的工作压力。
压力容器组件10的外壳12还设置有固定在其内的多个小直径、圆柱形的内管18。多个圆柱形的内管18中的每一个均具有大体上平行于圆柱形外套14的中心轴线13的纵向轴线19，其大小被设置成容纳一个液压流体蓄能器20，所述液压流体蓄能器20以标定的(nominal)间隙安装在内管18的内部。液压流体蓄能器20和内管18之间的间隙限定了用于容纳适当的冷却流体流例如空气的冷却通道，通过所述冷却通道的冷却流体用于冷却液压流体蓄能器20和压力容器组件10的贮存室11内的工作液压流体。优选地，所述标定间隙为四分之一英寸的数量级。
进一步优选地，内管18具有与外套12基本相同的长度，并延伸穿过平的端件15和16。所有的内管18都组装成使得它们的端部齐平。为了实现这种组装，在压力容器组件10的每一个端件15和16上冲压相应的圆孔22以容纳内管18。因而，工作流体贮存室11由圆柱形外套14的内圆周表面14a、内管18的外圆周表面18a和端件15、16之间的空间限定。
液压流体蓄能器20通过本领域技术人员已知的任何适当手段固定在压力容器组件10的内管18内。举例来说，在内管18的末端可以用附着于内管18的相对的两末端的穿孔圆盖元件25(显示在图6和图7中)来封闭，例如通过螺纹紧固件或焊接，以便将液压流体蓄能器20牢牢地固定在压力容器组件10的内管18中。如图所示，每个盖元件25设置有多个允许冷却流穿过内管18内的冷却通道的冷却孔27。
在组装的情况下，端件15和16插在圆柱形外套14中，并对齐以便相互平行且垂直于外套14的中心轴线13。端件15和16充分地凹陷以便在端板15、16的凸起的边缘(flange)15a、16a与圆柱形外套14的内圆周表面14a之间施加充足的焊接材料。端板15和16对齐的时候，两个端件15和16的冲压的圆孔22必须对齐，以便内管18可以穿过完整的圆柱形外套14和端件15、16，并与圆柱形外套14对齐。一旦将内管18定位，将充足的焊料施加到端板15、16的凸起的边缘15a、16a以及圆柱形外套14的末端上，以密封地达到压力容器组件10的所要求的压力等级。压力容器组件10应当构造成使材料厚度和焊料能以适当安全系数足以承受系统的工作压力。
依照本发明优选实施例的加压流体系统1的压力容器组件10还允许借助于穿过压力容器组件10的强制气流高效地冷却压力容器组件10的外套12。为此，如图1所示，加压流体系统1包括冷却风扇4，所述冷却风扇4使气流F穿过由液压流体蓄能器20和内管18之间的间隙限定的冷却通道，用于强制冷却液压流体蓄能器20、内管18且通过内管18的外圆周表面18a来冷却压力容器组件10的贮存室15。优选地，冷却风扇4有选择地由电动机5驱动，所述电动机有选择地由电子控制器(未显示)操作。这样，冷却风扇4的气流F为液压蓄能器20的外圆周表面提供了强制传热。
此外，依照本发明的优选实施例，液压流体蓄能器20放置在内管18内部，并且用至少一个优选为两个绕液压流体蓄能器20的螺旋卷26置于内管18中心且与内管18间隔开，如图2所示。这些卷26的性质将把液压流体蓄能器20固定在内管18内，并允许在内管18的内圆周表面与液压流体蓄能器20的外圆周表面之间进行强制空气循环。因而，通过有助于产生强制气流F的紊流以及延长强制气流F的路径，螺旋卷26提高了液压蓄能器20和压力容器组件10的贮存室11内部的工作液压流体17的冷却效率，因而增加了强制气流F与内管18和蓄能器18之间的接触时间，由此增加了传热。优选地，螺旋卷26由用于抑制液压蓄能器20在内管18中的振动的弹性体材料制成。
此外，采用外壳12内的若干内部挡板28来提高从压力容器组件10的贮存室11内的工作液压流体17到内管18的导热率、减少贮存室11内的液压流体的运动以及加强压力容器组件10。本领域普通技术人员应当知道，可改变内部挡板28的布置来适应机动车辆的不同倾斜角度。
整个加压流体系统1是成比例的，这样，在外套14的内圆周表面14a、内管18的外圆周表面18a和端件15、16之间可以有充足的工作液压流体17容纳在压力容器组件10的贮存室11内，以允许流体充满蓄能器20。
应当仔细选择压力容器组件的材料和厚度，以使压力容器组件10的压力容量(capacity)和传热能力两者都达到最优。
压力容器组件10的圆柱形构造也优化了作为系统重量的函数的压力容量。绕圆周分别带有凸起的缘15a和16a的平坦端件15和16加强了与圆柱形外套12的外部连接以及与内管18的连接。
该构造也提高了对液压流体蓄能器20的保护。该保护由圆柱形外套14、工作液压流体17和内管18以及间距组成。该构造用来提高使充能的蓄能器20免受冲击穿透的保护。除该保护外，该构造还允许对从击穿的蓄能器排出的任何流体进行再引导。这种构造的性质将任何工作流体流引出压力容器组件10的端部。对整个系统的谨慎的定位/定向将在安全方向上对任何排出的流体流进行引导。
所以，依照本发明的一体化加压流体系统包括新颖性的压力容器组件，所述压力容器组件包括密闭外壳、在所述外壳内延伸的至少一个内管、设置在所述至少一个内管中的至少一个流体蓄能器以及邻近所述至少一个流体蓄能器设置在所述至少一个内管内部的至少一个冷却通道，所述冷却通道用于接收从其中穿过的冷却流体流以冷却所述至少一个流体蓄能器。
为了依照专利法规的规定进行解释，上文的描述已经介绍了本发明的优选实施例。它不意味着穷举或者把本发明限定在所披露的具体的形式中。根据上面的教导，显而易见的修改或变化都是可能的。上文披露的实施例的选择都是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，从而能够使本领域普通技术人员能够更好地利用本发明，在各种实施例中，只要遵循这里所述的原理，各种修改都适合于所考虑的具体应用。因而，在不脱离本发明的意图和范围的情况下，可对上述发明作出改变。也意味着，本发明的范围由其附带的权利要求书限定。

Claims (33)

1.一种用于加压流体系统的压力容器组件，所述压力容器组件包括：
密闭外壳；
设置在所述外壳内部的至少一个流体蓄能器；以及
邻近所述至少一个流体蓄能器设置的至少一个冷却通道，所述冷却通道用于接收从其中穿过以冷却所述至少一个流体蓄能器的冷却流体流。
2.如权利要求1所述的压力容器组件，还包括在所述外壳内延伸的至少一个内管，其中，所述至少一个流体蓄能器设置在所述至少一个内管内部。
3.如权利要求2所述的压力容器组件，其特征在于，所述外壳包括基本为管状的外套和固定在所述外套的相对末端上的端件。
4.如权利要求3所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个内管在所述端件之间延伸。
5.如权利要求3所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个内管延伸穿过所述端件。
6.如权利要求2所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个冷却通道形成在所述至少一个内管内部。
7.如权利要求6所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个流体蓄能器具有间隙地设置在所述至少一个内管内部，所述间隙限定了所述至少一个冷却通道。
8.如权利要求7所述的压力容器组件，还包括在所述至少一个内管和所述至少一个流体蓄能器之间的至少一个螺旋卷，所述至少一个螺旋卷引导通过所述冷却通道的所述冷却流体的流动，用于增加从所述压力容器到所述冷却流体的传热。
9.如权利要求8所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个螺旋卷由弹性体材料制成。
10.如权利要求1所述的压力容器组件，其特征在于，所述加压流体系统包括冷却风扇，所述冷却风扇提供了穿过所述至少一个冷却通道的强制空气流。
11.如权利要求1所述的压力容器组件，其特征在于，所述压力容器在其内部限定有室，所述室至少部分地充有工作流体。
12.一种用于加压流体系统的压力容器组件，所述压力容器包括：
密闭外壳；
在所述外壳内延伸的至少一个内管；和
设置在所述至少一个内管内部的至少一个流体蓄能器。
13.如权利要求12所述的压力容器组件，其特征在于，所述压力容器在所述外壳和所述至少一个内管之间限定有室，所述室至少部分地充有工作流体。
14.如权利要求1所述的压力容器组件，其特征在于，所述外壳包括基本为管状的外套和固定在所述外套的相对末端上的端件。
15.如权利要求14所述的压力容器组件，其特征在于，所述管状外套在形状上基本为圆柱形。
16.如权利要求12所述的压力容器组件，还包括邻近所述至少一个流体蓄能器的至少一个冷却通道，所述冷却通道用于接收从其中穿过以冷却所述至少一个流体蓄能器的冷却流体流。
17.如权利要求16所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个冷却通道形成在所述至少一个内管内部。
18.如权利要求17所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个流体蓄能器具有间隙地设置在所述至少一个内管内部，所述间隙限定了所述至少一个冷却通道。
19.如权利要求18所述的压力容器组件，还包括在所述至少一个内管和所述至少一个流体蓄能器之间的至少一个螺旋卷，所述至少一个螺旋卷引导通过所述冷却通道的所述冷却流体流，用于增加从所述压力容器到所述冷却流体的传热。
20.如权利要求8所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个螺旋卷由弹性体材料制成。
21.如权利要求16所述的压力容器组件，其特征在于，所述加压流体系统包括冷却风扇，所述冷却风扇提供了穿过所述至少一个冷却通道的强制空气流。
22.如权利要求14所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个内管在所述端件之间延伸。
23.如权利要求14所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个内管延伸穿过所述端件。
24.如权利要求12所述的压力容器组件，其特征在于，所述外壳包括至少一个内部挡板。
25.如权利要求12所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个流体蓄能器是一种液压气动蓄能器。
26.一种用于加压流体系统的压力容器组件，所述压力容器组件包括：
密闭外壳；
设置在所述外壳内部的至少一个流体蓄能器；
所述压力容器组件内的位于所述外壳和所述至少一个流体蓄能器之间的室，所述室至少部分地充有工作流体；
所述室与所述至少一个流体蓄能器流体连通，以便有选择地在所述室和所述至少一个流体蓄能器之间传送所述工作流体；和
在所述外壳外部的压缩气体储存器，所述压缩气体储存器与所述外壳内的所述室流体连通，用于对所述外壳中的所述室内的所述工作流体进行加压。
27.如权利要求26所述的压力容器组件，其特征在于，所述室包括至少一个内部挡板。
28.如权利要求26所述的压力容器组件，其特征在于，所述工作流体是油。
29.如权利要求26所述的压力容器组件，其特征在于，所述外壳包括基本为管状的外套和固定在所述外套的相对末端上的端件。
30.如权利要求29所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个内管在所述端件之间延伸。
31.如权利要求29所述的压力容器组件，其特征在于，所述至少一个内管延伸穿过所述端件。
32.如权利要求26所述的压力容器组件，其特征在于，所述外壳包括至少一个内部挡板。
33.如权利要求26所述的压力容器组件，其特征在于，所述加压流体系统包括液压机械，所述液压机械具有与所述至少一个流体蓄能器流体连通的第一口和与所述室中的工作流体流体连通的第二口。
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