一种高压储气罐的制作方法

1.本发明涉及流体储存领域，特别涉及一种高压储气罐。


背景技术：

2.市面上用于装载、储运氮气、氧气、氢气、煤气、lpg和氩气等采用的都是高压储气罐，氮气、氧气和氢气等气体常温下难于液化，且为了增加单位体积气体载量，就必须施加极高的压力将气体压缩，由于气罐内存在高压气体，就要求容器壳体具有足够的强度，通常采用较昂贵的材料制作而成，成本高；而提高气压就必须增加罐体材料的厚度以抵抗压力，防止罐体爆破，但带来罐体体积和重量的增大，成本大幅上升、制造工艺难度加大等问题，所以现阶段的储气罐的结构较弱，不敢往储气腔内灌入过多气体，进而使得储气罐的承载量较小。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高压储气罐，能够承受较大的内压，承载量较大，或者同样的承载量条件下，罐体质量更轻，安全性更高。
4.根据本发明的实施例的一种高压储气罐，包括内罐体、外罐体、通气套筒和压力平衡装置。内罐体设于外罐体内，内罐体和外罐体之间形成缓冲腔；通气套筒上设有与缓冲腔连通的缓冲腔连通口、与内罐体的内腔连通的内罐体连通口、连通内罐体的内腔与外罐体外的第一进出气口和连通缓冲腔与外罐体外的第二进出气口；压力平衡装置包括第一缸体、第一活塞、第二缸体和第二活塞，第一缸体内设有第一气室，第一缸体的一端设有第一连通口，缓冲腔通过缓冲腔连通口与第一连通口连通，第一缸体的另一端的侧壁上设有第一泄压口；第一活塞设于第一气室内，第一活塞可阻断第一连通口和第一泄压口的连通；第二缸体内设有第二气室，第二缸体的一端设有第二连通口，内罐体的内腔通过内罐体连通口与第二连通口连通，第二缸体的另一端的侧壁上设有第二泄压口；第二活塞设于第二气室内，第一活塞和第二活塞连接，第二活塞可阻断第二连通口和第二泄压口的连通，第一活塞的直径较第二活塞的直径大。
5.根据本发明实施例的一种高压储气罐，至少具有如下有益效果：缓冲腔内的压强为p1，内罐体内的压强为p2，第一活塞受到的压力f1＝p1*s1，第二活塞受到的压力f2＝p2*s2，s1为第一活塞的横截面积，s2为第二活塞的横截面积。由于第一活塞和第二活塞传动连接，所以第一活塞和第二活塞将同步发生移动，当f1大于f2时，第一活塞移动并使得第一连通口和第一泄压口连通，第二活塞同步移动并使得第二连通口和第二泄压口不连通，此时，缓冲腔内的缓冲气体或缓冲液体将通过第一泄压口排走，直到缓冲腔的压力和内罐体的内腔压力达至平衡，缓冲腔内的缓冲气体或缓冲液体将不再被排走；当f1小于f2时，第二活塞移动并使得第二连通口和第二泄压口连通，第一活塞同步移动并使得第一连通口和第一泄压口不连通时，此时，内罐体内的气体将通过第二泄压口排走，直到缓冲腔的压力和内罐体
的内腔压力达至平衡，内罐体内的气体将不再被排走；而当f1与f2相等时，也就是p2*s2＝p1*s1，第一活塞和第二活塞均不移动，此时内罐体内的气体和缓冲腔内的缓冲气体或缓冲液体均不会被排走。通过增大p1的方式使得p2也增大，所以通过往缓冲腔充入缓冲气体或缓冲液体的方式，缓冲腔内具有一定的压力的时候，可使得内罐体的内部承受更大的压力，内罐体也不会爆破，也就是说内罐体可充入更多的气体，提高内罐体以及整个储气罐的承载能力。
6.根据本发明的一些实施例，所述内罐体和所述外罐体之间设有若干块定位垫片以防止所述内罐体在所述外罐体内晃动。
7.根据本发明的一些实施例，还包括连杆，所述第一缸体的所述另一端的端头上设有第一通孔，所述第二缸体的所述另一端的端头上设有第二通孔，所述连杆的一端穿过所述第一通孔并和所述第一活塞连接，所述连杆的另一端穿过所述第二通孔并和所述第二活塞连接。
8.根据本发明的一些实施例，还包括第一弹性件，所述第一弹性件的一端与所述连杆或所述第一活塞或所述第二活塞连接，所述第一弹性件的另一端与所述第一缸体或所述第二缸体连接。
9.根据本发明的一些实施例，还包括第二弹性件，所述第二弹性件的一端与所述连杆或所述第一活塞或所述第二活塞连接，所述第二弹性件的另一端与所述第一缸体或所述第二缸体连接。
10.根据本发明的一些实施例，所述通气套筒的主体设于所述内罐体和所述外罐体之间，所述通气套筒的一端伸至所述外罐体外，所述通气套筒的另一端伸至所述内罐体的所述内腔内，所述压力平衡装置设于所述通气套筒内，所述内罐体连通口的一个端口与所述第二连通口连通，所述内罐体连通口的另一个端口开设于所述通气套筒的所述另一端的端面上，所述缓冲腔连通口的一个端口与所述第一连通口连通，所述缓冲腔连通口的另一个端口开设于所述通气套筒的所述主体的侧面上且与所述缓冲腔连通。
11.根据本发明的一些实施例，所述通气套筒的主体设于所述内罐体和所述外罐体之间，所述通气套筒的一端伸至所述外罐体外，所述通气套筒的另一端伸至所述内罐体的所述内腔内，所述压力平衡装置设于所述外罐体外，所述内罐体连通口的一个端口通过第一连管与所述第二连通口连通，所述内罐体连通口的另一个端口开设于所述通气套筒的所述另一端的端面上，所述缓冲腔连通口的一个端口通过第二连管与所述第一连通口连通，所述缓冲腔连通口的另一个端口开设于所述通气套筒的所述主体的侧面上且与所述缓冲腔连通。
12.根据本发明的一些实施例，还包括杠杆，所述杠杆通过支点固定在所述外罐体的外壁上，所述杠杆的两端均铰接有支臂，所述第一缸体的所述另一端的端头上设有第一通孔，所述第二缸体的所述另一端的端头上设有第二通孔，其中一根所述支臂穿过所述第一通孔并和所述第一活塞连接，另一根所述支臂穿过所述第二通孔并和所述第二活塞连接。
13.根据本发明的一些实施例，所述内罐体和所述外罐体由金属、碳纤维和高分子复合材料中的至少一种制作而成。
14.根据本发明的一些实施例，所述通气套筒的数量为两个。
15.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
16.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1为本发明实施例一种高压储气罐的结构示意图一；
18.图2为图1中a处的局部放大示意图；
19.图3为图1中所示的压力平衡装置的结构示意图；
20.图4为本发明实施例一种高压储气罐的结构示意图二；
21.图5为本发明另一实施例中的压力平衡装置的结构示意图。
22.附图标记：
23.内罐体100、外罐体200、定位垫片210、缓冲腔220、通气套筒300、缓冲腔连通口310、内罐体连通口320、第一进出气口330、第二进出气口340、第一缸体400、第一气室410、第一连通口420、第一泄压口430、第一活塞500、第二缸体600、第二气室610、第二连通口620、第二泄压口630、第二活塞700、连杆800、第一弹性件810、第二弹性件820、杠杆900、支点910、支臂920。
具体实施方式
24.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系可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。
26.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
27.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
28.参照图1至图3，本发明公开了一种高压储气罐，包括内罐体100、外罐体200、通气套筒300和压力平衡装置。内罐体100设于外罐体200内，内罐体100和外罐体200之间形成缓冲腔220；通气套筒300上设有与缓冲腔220连通的缓冲腔连通口310、与内罐体100的内腔连通的内罐体连通口320、连通内罐体100的内腔与外罐体200外的第一进出气口330和连通缓冲腔220与外罐体200外的第二进出气口340；压力平衡装置包括第一缸体400、第一活塞500、第二缸体600和第二活塞700，第一缸体400内设有第一气室410，第一缸体400的一端设有第一连通口420，缓冲腔220通过缓冲腔连通口310与第一连通口420连通，第一缸体400的
另一端的侧壁上设有第一泄压口430；第一活塞500设于第一气室410内，第一活塞500可阻断第一连通口420和第一泄压口430的连通；第二缸体600内设有第二气室610，第二缸体600的一端设有第二连通口620，内罐体100的内腔通过内罐体连通口320与第二连通口620连通，第二缸体600的另一端的侧壁上设有第二泄压口630；第二活塞700设于第二气室610内，第一活塞500和第二活塞700连接，第二活塞700可阻断第二连通口620和第二泄压口630的连通，第一活塞500的直径较第二活塞700的直径大。
29.可以理解的是，内罐体100用于储存需要储存或运输的气体，如氢气、氧气、氮气、lpg、氩气等各种气体的储存或运输。可通过第二进出气口340往缓冲腔220内充入缓冲气体或缓冲液体，缓冲腔220内的压强为p1；可通过第一进出气口330往内罐体100内充入需要储存或运输的气体，内罐体100内的压强为p2，由于缓冲腔220通过缓冲腔连通口310与第一连通口420连通，则第一活塞500受到的压力f1＝p1*s1，由于内罐体100的内腔通过内罐体连通口320与第二连通口620连通，则第二活塞700受到的压力f2＝p2*s2，s1为第一活塞500的横截面积，s2为第二活塞700的横截面积。由于第一活塞500和第二活塞700传动连接，所以第一活塞500和第二活塞700将同步发生移动，当f1大于f2时，第一活塞500移动并使得第一连通口420和第一泄压口430连通，第二活塞700同步移动并使得第二连通口620和第二泄压口630不连通，此时，缓冲腔220内的缓冲气体或缓冲液体将通过第一泄压口430排走，直到缓冲腔220的压力和内罐体100的内腔压力达至平衡，缓冲腔220内的缓冲气体或缓冲液体将不再被排走；当f1小于f2时，第二活塞700移动并使得第二连通口620和第二泄压口630连通，第一活塞500同步移动并使得第一连通口420和第一泄压口430不连通时，此时，内罐体100内的气体将通过第二泄压口630排走，直到缓冲腔220的压力和内罐体100的内腔压力达至平衡，内罐体100内的气体将不再被排走；而当f1与f2相等时，也就是p2*s2＝p1*s1，第一活塞500和第二活塞700均不移动，此时内罐体100内的气体和缓冲腔220内的缓冲气体或缓冲液体均不会被排走。
30.根据力学原理，p2/p1＝s1/s2，而因为第一活塞500的直径较第二活塞700的直径大，s1大于s2，所以p2较p1大，也就是说，内罐体100内的压强将大于缓冲腔220内的压强。内罐体100侧壁的单位面积受到的压力为p2*s与p1*s的差值，当内罐体100侧壁的单位面积受力为一定值时，通过增大p1的方式使得p2也增大，所以通过往缓冲腔220充入缓冲气体或缓冲液体的方式，缓冲腔220内具有一定的压力的时候，可使得内罐体100的内部承受更大的压力，内罐体100也不会爆破，也就是说内罐体100可充入更多的气体，提高内罐体100以及整个储气罐的承载能力；储气罐的结构可使得其壁厚可减小，可采用质量更轻的材料，因此在同样的承载量条件下，储气罐的质量可做得更轻，安全性更高。
31.可以理解的是，第一泄压口430可将第一连通口420、缓冲腔220、缓冲腔连通口310与外界连通，第一泄压口430上设有第一安全阀；第二泄压口630可将第二连通口620、内罐体连通口320、内罐体100的内腔与外界连通，第二泄压口630上设有第二安全阀。第一安全阀和第二安全阀的设置，使得第一泄压口和第二泄压口喷出的气体或液体受到阻碍，提高储气罐的安全性。
32.比如，当s1/s2＝2：1，缓冲腔220的气压或液压为35mpa时，内罐体100内的气压则为70mpa，但是内罐体100承受的实际压力则为70mpa
‑
35mpa＝35mpa。更进一步的是，第一活塞500的横截面积s1与第二活塞700的横截面积s2的比值可为1.2：1～5：1之间。
33.本发明的一些实施例中，内罐体100和外罐体200之间设有若干块定位垫片210以防止内罐体100在外罐体200内晃动。定位垫片210限定了内罐体100和外罐体200之间的相对位置，从而形成了缓冲腔220，并将内罐体100限制于外罐体200内。
34.本发明的一些实施例中，高压储气罐还包括连杆800，第一缸体400的另一端的端头上设有第一通孔，第二缸体600的另一端的端头上设有第二通孔，连杆800的一端穿过第一通孔并和第一活塞500连接，连杆800的另一端穿过第二通孔并和第二活塞700连接。第一通孔和第二通孔的设置，使得连杆800的两端可分别伸进第一气室410和第二气室610，并使得连杆800的两端可分别与第一活塞500和第二活塞700连接。第一活塞500和第二活塞700通过连杆800连接在一起，使得第一活塞500和第二活塞700能保持同步移动。
35.本发明的一些实施例中，高压储气罐还包括第一弹性件810，第一弹性件810的一端与连杆800或第一活塞500或第二活塞700连接，第一弹性件810的另一端与第一缸体400或第二缸体600连接。
36.第一活塞500和第二活塞700移动的时候，第一弹性件810受到拉伸或者压迫，第一弹性件810可施加给连杆800或第一活塞500或第二活塞700一个反向运动的作用力，所以有p1*s1 f3＝p2*s2，f3为第一弹性件810的作用力，此时，s1和s2为常量，f3、p1和p2为变量，所以控制缓冲腔220的压强p1和内罐体100内腔的压强p2就可以使得第一活塞500受到的压力f1、第一弹性件810的作用力f3和第二活塞700受到的压力f2三者存在动态平衡，调节p1和p2的其中之一，就可以使得另一设于一个范围值内，最终保证内罐体100和外罐体200设于压力平衡状态。
37.本发明的一些实施例中，高压储气罐还包括第二弹性件820，第二弹性件820的一端与连杆800或第一活塞500或第二活塞700连接，第二弹性件820的另一端与第一缸体400或第二缸体600连接。也就是说，高压储气罐采用双弹性件的设计，可保证连杆800、第一活塞500和第二活塞700受到合适大小的弹性力，提高压力平衡装置的可靠性。
38.本发明的一些实施例中，第一弹性件810和第二弹性件820均可为弹簧或者压簧。弹簧或者压簧是常见的部件，结构简单且使用方法简单。可以理解的是，第一弹性件810可设于第一缸体400内，第一弹性件810的一端抵在或连接于第一活塞500上，第一弹性件810的另一端抵在或连接于第一缸体400的内壁上；同理的，第一弹性件810也可设置于第二缸体600内。第二弹性件820设于第二缸体600内，第二弹性件820的设置方式与第一弹性件810的设置方式相类似，在此不做冗余的介绍。
39.本发明的一些实施例中，第一缸体400的另一端的端头和第二缸体600的另一端的端头连接，也就是第一缸体400和第二缸体600直接连接在一起，使得第一缸体400和第二缸体600的安装和使用更方便。第一缸体400和第二缸体600可采用一体成型的方式制作而成。
40.参见图1和图2，本发明的一些实施例中，通气套筒300的主体设于内罐体100和外罐体200之间，通气套筒300的一端伸至外罐体200外，通气套筒300的另一端伸至内罐体100的内腔内，压力平衡装置设于通气套筒300内，内罐体连通口320的一个端口与第二连通口620连通，内罐体连通口320的另一个端口开设于通气套筒300的另一端的端面上，缓冲腔连通口310的一个端口与第一连通口420连通，缓冲腔连通口310的另一个端口开设于通气套筒300的主体的侧面上且与缓冲腔220连通。也就是说，压力平衡装置采用内置式设置方式，可使得高压储气罐的表面存在较少的部件，不易发生磕碰损坏压力平衡装置，且美观性提
高。
41.可以理解的是，第一进出气口330的一个端口、第一泄压口430的出口、第二泄压口630的出口和第二进出气口340的一个端口均设于通气套筒300的一端的端面上，第一进出气口330的另一个端口设于通气套筒300的另一端的端面上。进一步的，第一进出气口330的另一个端口与内罐体连通口320的另一个端口连通。第二进出气口340的另一个端口设于通气套筒300的主体的侧面上且与缓冲腔220连通。
42.第一进出气口330的一个端口上可以安转三通，三通的三个端口可分别连通外部充气设备、用气设备和第一连通口420。
43.参见图4，本发明的一些实施例中，通气套筒300的主体设于内罐体100和外罐体200之间，通气套筒300的一端伸至外罐体200外，通气套筒300的另一端伸至内罐体100的内腔内，压力平衡装置设于外罐体200外，内罐体连通口320的一个端口通过第一连管与第二连通口620连通，内罐体连通口320的另一个端口开设于通气套筒300的另一端的端面上，缓冲腔连通口310的一个端口通过第二连管与第一连通口420连通，缓冲腔连通口310的另一个端口开设于通气套筒300的主体的侧面上且与缓冲腔220连通。也就是说，压力平衡装置采用外置式设置方式，便于压力平衡装置的检修维护。
44.参见图5，另一实施例中，高压储气罐还包括杠杆900，杠杆900通过支点910固定在外罐体200的外壁上，支点910也可与其他设备固定连接，使得杠杆900可绕支点910转动；杠杆900的两端均铰接有支臂920，第一缸体400的另一端的端头上设有第一通孔，第二缸体600的另一端的端头上设有第二通孔，其中一根支臂920穿过第一通孔并和第一活塞500连接，另一根支臂920穿过第二通孔并和第二活塞700连接。
45.杠杆900通过两个支臂920与第一活塞500、第二活塞700连接，当缓冲腔220的压强p1变化的时候，第一活塞500在第一缸体400内移动，第一活塞500通过杠杆900和支臂920带动第二活塞700在第二缸体600内移动，同理，当内罐体100内腔的压强p2变化的时候，第一活塞500和第二活塞700将同步移动，最终保证p1和p2两者的比值不变。根据杠杆原理就可以调节内罐体100内压和缓冲腔的压力。
46.可以理解的是，支点910上设有扭簧，扭簧施加给杠杆900一个作用力，p1*s1 f4＝p2*s2，f4为扭簧的作用力，此时，s1和s2为常量，f4、p1和p2为变量，控制缓冲腔220的压强p1和内罐体100内腔的压强p2，就可以使得第一活塞500受到的压力f1、第一弹性件810的作用力f3和第二活塞700受到的压力f2三者存在动态平衡，调节p1和p2的其中之一，就可以使得另一设于一个范围值内，最终保证缓冲腔220和内罐体100内腔设于压力平衡状态。
47.本发明的一些实施例中，通气套筒300的数量为两个。两个通气套筒300设于外罐体200的两端上，两个通气套筒300中的一个用于进气、缓冲气体或缓冲液体，另一个用于排气、缓冲气体或缓冲液体。两个通气套筒300分工明确，便于与外部设备连接。
48.本发明的一些实施例中，内罐体100和外罐体200由金属、碳纤维和高分子复合材料中的至少一种制作而成。金属、碳纤维和高分子复合材料制作出来的罐体结构强度高。
49.本发明的一些实施例中，第一缸体400和第二缸体600呈柱状，柱状结构是常见的形状，便于加工和使用。
50.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作
出各种变化。