АККУМУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F17C13/00 

Область техники

Изобретение относится к аккумулятору давления, в котором хранится испаренный сжиженный газ.

Предшествующий уровень техники

Обычно известны различные аккумуляторы давления, в которых хранится испаренный сжиженный газ, и которые уже используются на практике. В общем случае сжиженный водород, перевозимый на грузовике для жидкого водорода и хранящийся в резервуаре, испаряется испарителем, сжимается компрессором до высокого давления и затем по трубе нагнетается в аккумулятор давления. Например, аккумулятор давления газообразного водорода, описанный в японской, не прошедшей экспертизу, патентной заявке № 2019-82188 (патентный документ 1), включает в себя цилиндрический резервуар, крышечные части и резьбовые части, причем цилиндрический резервуар изготовлен из стали и приспособлен для хранения испаренного сжиженного газа, крышечные части приспособлены для герметичного закрывания обеих концевых частей цилиндрического резервуара с возможностью открывания, а резьбовые части приспособлены для прикрепления крышечных частей к цилиндрическому резервуару.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

Можно рассмотреть конфигурацию, в которой сжиженный газ при очень низкой температуре нагнетается снаружи через трубу в аккумулятор давления, испаряется и хранится в нем, так что испаритель не требуется. Однако в аккумуляторе давления газообразного водорода, раскрытом в патентном документе 1, хотя цилиндрический резервуар может выдерживать температуру, например, только приблизительно -30°С, температура сжиженного водорода составляет приблизительно -260°С, и, следовательно, существует вероятность того, что температура крышечной части понизится из-за передачи тепла от протекающего через трубу сжиженного водорода, имеющего очень низкую температуру, и, вследствие этого понизится температура цилиндрического резервуара, которому тепло передается крышечной частью, что приведет к хрупкому разрушению цилиндрического кольца.

Изобретение было выполнено для решения вышеупомянутой проблемы, и задачей изобретения является создание аккумулятора давления, который может испарять и хранить сжиженный газ, не вызывая хрупкого разрушения цилиндрического резервуара, даже когда сжиженный газ при очень низкой температуре нагнетается в аккумулятор давления снаружи через трубу.

Решение проблемы

Аккумулятор давления в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения представляет собой аккумулятор давления, обеспечивающий нагнетание в него сжиженного газа при очень низкой температуре снаружи через трубопровод для испарения и хранения сжиженного газа и включающий в себя: цилиндрический корпус, изготовленный из металла и приспособленный для испарения и хранения сжиженного газа в пространстве для хранения в цилиндрическом корпусе; крышку, имеющую сквозное отверстие, позволяющее трубе проходить через сквозное отверстие, при этом крышка приспособлена для фиксации трубы, проходящей через сквозное отверстие, и для закрывания открывающегося конца цилиндрического корпуса с зазором между крышкой и внутренней периферийной поверхностью цилиндрического корпуса, причем зазор сообщается с пространством для хранения цилиндрического корпуса; уплотнительную конструкцию, расположенную между внешней периферийной частью крышки и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса, при этом уплотнительная конструкция приспособлена для заполнения по меньшей мере части зазора; и крепежный элемент, расположенный на открывающемся конце цилиндрического корпуса, причем внешняя периферийная поверхность крепежного элемента прикреплена посредством резьбы к внутренней периферийной поверхности цилиндрического корпуса для поддерживания и фиксации крышки с внешней стороны крышки.

Преимущественные эффекты изобретения

Согласно варианту осуществления изобретения между внешней периферийной частью крышки и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса имеется зазор, по меньшей мере часть зазора заполнена уплотнительной конструкцией, и поэтому зазор выполняет функцию теплоизолирующего слоя, подавляя таким образом передачу тепла от крышки к цилиндрическому корпусу и предотвращая хрупкое разрушение цилиндрического корпуса. Соответственно, нагнетая сжиженный газ при очень низкой температуре в аккумулятор давления снаружи через трубу, можно испарять и хранить сжиженный газ.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показана внутренняя конструкция одного конца аккумулятора давления согласно первому варианту осуществления, вид в разрезе;

на фиг. 2 – внутренняя конструкция одного конца одного конца модификации аккумулятора давления согласно первому варианту осуществления, вид в разрезе;

на фиг. 3 – внутренняя конструкция одного конца аккумулятора давления согласно второму варианту осуществления, вид в разрезе;

на фиг. 4 – внутренняя конструкция одного конца модификации аккумулятора давления согласно второму варианту осуществления, вид в разрезе;

на фиг. 5 – внутренняя конструкция одного конца аккумулятора давления согласно третьему варианту осуществления, вид в разрезе;

на фиг. 6 – торцевая поверхность внешней части крышки аккумулятора давления согласно третьему варианту осуществления.

Варианты осуществления изобретения

Далее варианты осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи. На соответствующих чертежах идентичные или соответствующие компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описание таких компонентов, когда это уместно, опущено или упрощено. Формы, размеры, расположение и т.п. компонентов, показанных на соответствующих чертежах, могут быть соответствующим образом изменены, не выходя за рамки объема изобретения.

Первый вариант осуществления.

На фиг. 1 схематично представлена внутренняя конструкция одного конца аккумулятора давления согласно первому варианту осуществления, вид в разрезе. В аккумуляторе 100 давления согласно первому варианту осуществления сжиженный газ при очень низкой температуре нагнетается в аккумулятор 100 давления снаружи через трубу 200 для испарения и хранения сжиженного газа. Описание первого варианта осуществления приводится на примере случая, когда сжиженный газ представляет собой, например, сжиженный водород. Сжиженный водород имеет очень низкую температуру, например, приблизительно -260°С. Сжиженный газ не ограничивается сжиженным водородом и может быть, например, жидким азотом или жидким гелием. В случае, когда сжиженным газом является сжиженный водород, аккумулятор 100 давления устанавливается на водородной станции или т.п., где, например, производится заправка водородом транспортных средств.

(Аккумулятор 100 давления)

Как показано на фиг. 1, аккумулятор 100 давления включает в себя цилиндрический корпус 1, изготовленный из металла, крышку 2, закрывающую открывающийся конец цилиндрической части 1, уплотнительную конструкцию 3, расположенную между внешней периферийной частью крышки 2 и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса 1, крепежную часть 4, поддерживающую и фиксирующую крышку 2 с внешней стороны крышки 2, и блок 5 определения температуры.

(Цилиндрический корпус 1)

Цилиндрический корпус 1 приспособлен для испарения сжиженного водорода в пространстве 10 цилиндрического корпуса 1 для хранения в нем газообразного водорода. Внутренняя поверхность стенки аккумулятора 100 давления является частью, которая контактирует со сжиженным водородом и газообразным водородом. Сжиженный газ при очень низкой температуре нагнетается в пространство 10 цилиндрического корпуса 1 снаружи через трубу 200. Труба 200 изготовлена, например, из аустенитной нержавеющей стали. Это обусловлено тем, что аустенитная нержавеющая сталь обладает превосходной устойчивостью к хрупкости в условиях воздействия сжиженного водорода и способна сохранять прочность при очень низких температурах. Газообразный водород, хранящийся в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, подается в транспортные средства или т.п. через трубу, сообщающуюся с внешней средой.

Цилиндрический корпус 1 изготавливают, например, из низколегированной стали. В качестве примера низколегированной стали можно привести хромомолибденовую сталь, никель-хромомолибденовую сталь, марганцево-хромовую сталь, марганцевую сталь или сталь с добавлением бора. Цилиндрический корпус 1 имеет цилиндрическую форму, оба его конца открыты, и на внутренней периферийной поверхности каждого из обоих концов цилиндрического корпуса 1 сформирована внутренняя резьбовая часть 11. Цилиндрический корпус 1 может иметь, например, форму цилиндра с дном, имеющего только один открытый конец. Цилиндрический корпус 1 не ограничивается формой цилиндра и в альтернативном варианте может иметь любую другую форму, например, форму прямой призмы. Внешняя поверхность цилиндрического корпуса 1 может быть покрыта углепластиком (CFRP), представляющим собой материал, отличный от металла. С точки зрения эффективности испарения, соотношение толщины стенок слоя углепластика и цилиндрического корпуса 1 (толщина слоя углепластика/толщина цилиндрического корпуса 1) предпочтительно составляет 50% или менее, более предпочтительно 25% или менее. Это объясняется тем, что при чрезмерно большой толщине слоя углепластика теплоизоляционный эффект становится заметным, что снижает эффективность испарения сжиженного водорода.

(Крышка 2)

Крышка 2 закрывает открывающийся конец цилиндрического корпуса 1. Крышка 2 изготовлена из аустенитной нержавеющей стали и включает в себя внутреннюю часть 20 крышки и внешнюю часть 21 крышки, при этом внутренняя часть 20 крышки расположена вблизи пространства 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, внешняя часть 21 крышки изготовлена из низколегированной стали и расположена вблизи крепежной части 4 цилиндрического корпуса 1. Внутренняя часть 20 крышки имеет сквозное отверстие 20a, через которое проходит труба 200, и труба 200, проходящая через сквозное отверстие 20a, прикреплена к внутренней части 20 крышки. Внешняя часть 21 крышки имеет сквозное отверстие 21a, через которое проходит труба 200.

Внутренняя часть 20 крышки обращена к пространству 10 для хранения цилиндрического корпуса 1 и всегда находится под воздействием сжиженного водорода, имеющего очень низкую температуру. Однако внутренняя часть 20 крышки изготовлена из аустенитной нержавеющей стали, характеризующейся превосходной устойчивостью к хрупкости в условиях воздействия сжиженного водорода и прочностью при очень низких температурах. При условии обеспечения превосходной устойчивости к хрупкости в условиях воздействия сжиженного водорода и прочности при очень низких температурах, внутренняя часть 20 крышки может изготавливаться из других материалов. Длина внутренней части 20 крышки в осевом направлении X цилиндрического корпуса 1 составляет, например, приблизительно 30 мм. Это объясняется тем, что при длине приблизительно 30 мм внутренняя часть 20 крышки обладает достаточной прочностью при воздействии сжиженного водорода. Однако длина внутренней части 20 крышки не ограничивается приблизительно 30 мм и рассчитывается исходя из размера и формы цилиндрического корпуса 1.

Внутренняя часть 20 крышки включает в себя резьбовую крепежную часть 22, благодаря которой труба 200, проходящая через сквозное отверстие 20a, фиксируется резьбовым креплением. В частности, на внутренней периферийной части сквозного отверстия 20a внутренней части 20 крышки сформирована внутренняя резьба, а на внешней периферийной части трубы 200 сформирована наружная резьба, которая соединяется с внутренней резьбой внутренней части 20 крышки. Благодаря тому, что внутренняя часть 20 крышки и труба 200 соединены друг с другом резьбой, можно надежно фиксировать трубу 200 в условиях воздействия внутреннего давления газообразного водорода, хранящегося в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1.

Между внутренней периферийной частью внутренней части 20 крышки и внешней периферийной частью трубы 200 имеется уплотнительный элемент 6. Он необходим для предотвращения просачивания газообразного водорода, хранящегося в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, наружу через пространство, образованное между внутренней периферийной частью внутренней части 20 крышки и внешней периферийной частью трубы 200. Уплотнительный элемент 6 может представлять собой, например, уплотнительное кольцо с круглым сечением. Однако уплотнительный элемент 6 не ограничивается уплотнительным кольцом с круглым сечением. При условии исключения просачивания газообразного водорода, хранящегося в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, через пространство между внутренней периферийной частью внутренней части 20 крышки и внешней периферийной частью трубы 200, уплотнительный элемент 6 может быть образован другими элементами.

Внутренняя часть 20 крышки устанавливается в открывающийся конец цилиндрического корпуса 1 с зазором S между внутренней частью 20 крышки и внутренней периферийной поверхностью цилиндрического корпуса 1, причем зазор S сообщается с пространством 10 для хранения цилиндрического корпуса 1. Зазор S равен, например, приблизительно 0,5 мм и продолжается в осевом направления X цилиндрического корпуса 1. Благодаря тому, что зазор S выполняет функцию теплоизолирующего слоя, можно предотвращать ситуацию, при которой температура цилиндрического корпуса 1 снижается вследствие того, что внутренняя часть 20 крышки имеет низкую температуру из-за передачи тепла от трубы 200, через которую проходит сжиженный водород, имеющий очень низкую температуру. Кроме того, благодаря наличию зазора S обеспечивается возможность установки внутренней части 20 крышки в открывающийся конец цилиндрического корпуса 1.

Внешняя часть 21 крышки предназначена для повышения прочности при противодействии внутреннему давлению газообразного водорода в цилиндрическом корпусе 1. Причина заключается в том, что может возникнуть ситуация, при которой только внутренняя часть 20 крышки, имеющая длину приблизительно 30 мм в осевом направлении X, не сможет обеспечить достаточную прочность при противодействии внутреннему давлению газообразного водорода. Внешняя часть 21 крышки изготовлена из низколегированной стали, например, из хромомолибденовой, никель-хромомолибденовой, марганцево-хромовой, марганцевой стали или стали с добавлением бора. Низколегированная сталь имеет более низкую стоимость, чем аустенитная нержавеющая сталь, что способствует снижению производственных затрат. Материал внешней части 21 крышки не ограничивается низколегированной сталью. При условии обеспечения повышения прочности при противодействии внутреннему давлению газообразного водорода, хранящегося в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, внешняя часть 21 крышки может изготавливаться из других материалов.

Между внутренней частью 20 крышки и внешней частью 21 крышки имеется теплоизолирующий элемент 7. Он необходим для предотвращения передачи тепла от внутренней части 20 к внешней части 21. Между внешней частью 21 крышки и трубой 200 также имеется теплоизолирующий элемент 8. Он необходим для предотвращения передачи очень низкой температуры трубы 200 внешней части 21 крышки, когда сжиженный водород, имеющий очень низкую температуру, проходит через трубу 200. Причина заключается в том, что когда температура внешней части 21 крышки, выполненной из низколегированной стали, снижается вследствие передачи очень низких температур, возникает вероятность хрупкого разрушения внешней части 21 крышки. Примером материала теплоизолирующих элементов 7 и 8 является керамика.

(Уплотнительная конструкция 3)

Уплотнительная конструкция 3 расположена между внешней периферийной частью внутренней части 20 крышки и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса 1 и заполняет по меньшей мере часть зазора S. Уплотнительная конструкция 3 представляет собой уплотнительную деталь из смолы или металла, такую, например, как уплотнительное кольцо круглого сечения. Благодаря наличию уплотнительной конструкции 3 можно предотвращать ситуацию, при которой газообразный водород, хранящийся в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, просачивается наружу через зазор S. Заполнение по меньшей мере части зазора S означает заполнение всего зазора S или части зазора S. Предпочтительно, чтобы, как показано на чертеже, часть зазора S представляла собой концевую часть зазора S, расположенную вблизи пространства 10 для хранения цилиндрического корпуса 1. Однако упомянутая часть зазора S может быть концевой частью зазора S, расположенной вблизи внешней части 21 крышки, или, например, промежуточной частью зазора S. Уплотнительная конструкция 3 не ограничивается уплотнительным кольцом. При условии обеспечения возможности предотвращать просачивание газообразного водорода, хранящегося в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, в зазор S между внешней периферийной частью внутренней части 20 крышки и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса 1, уплотнительная конструкция 3 может быть образована другими элементами. Например, уплотнительная конструкция 3 может представлять собой элемент, такой как металлическое полое уплотнительное кольцо круглого сечения, которое может обеспечивать уплотнение за счет комбинации металла и смолы. В случае использования уплотнительного кольца круглого сечения из смолы, предпочтительно использовать уплотнительное кольцо круглого сечения с пределом холодной температуры -30°С или менее, и более предпочтительно – с пределом холодной температуры -50°С или менее.

(Крепежный элемент 4)

Крепежный элемент 4 расположен на открывающемся конце цилиндрического корпуса 1, и внешняя периферийная поверхность крепежного элемента 4 крепится резьбой к внутренней периферийной поверхности цилиндрического корпуса 1 для поддерживания и фиксации крышки 2 с внешней стороны пространства 10 для хранения. В частности, крепежный элемент 4 представляет собой сальниковую гайку, внешняя периферийная поверхность которой снабжена наружной резьбовой частью, предназначенной для резьбового соединения внутренней резьбовой частью 11 цилиндрического корпуса 1. При резьбовом креплении крепежного элемента 4 к цилиндрическому корпусу 1 положение крепежного элемента 4 в осевом направлении X фиксируется. Одна торцевая поверхность крепежного элемента 4 прилегает к поверхности внешней части 21 крышки 2, на которую в осевом направлении X действует осевое усилие газообразного водорода высокого давления, хранящегося в пространстве 10 для хранения, так что крепежный элемент 4 может поддерживать крышку 2. Труба 200 проходит через полое отверстие в крепежном элементе 4. Толщина крепежного элемента 4 в радиальном направлении может быть определена соответствующим образом. Однако крепежный элемент 4 имеет конструкцию, которая поддерживает давление, воспринимаемое внутренней частью 20 крышки, и поэтому, если крепежный элемент 4 имеет чрезвычайно малую толщину стенки в радиальном направлении, крепежный элемент 4 не сможет в достаточной степени поддерживать крышку 2. По этой причине толщина крепежного элемента 4 в радиальном направлении предпочтительно устанавливается такой, чтобы она обеспечивала площадь, способную поддерживать 40% или более площади внутренней части 20 крышки, воспринимающей давление, и более предпочтительно такой толщины, которая может обеспечить площадь, способную поддерживать 60% или более площади внутренней части 20 крышки, воспринимающей давление. Например, если предположить, что диаметр внутренней части 20 крышки составляет 300 мм, то площадь внутренней части 20 крышки, воспринимающей давление, равна 70650 мм². Упомянутая площадь внутренней части 20 крышки рассчитана с учетом площади участка, в который проникает труба 200. Однако в реальных условиях желательно выполнять расчеты с исключением площади участка, в который проникает труба 200. С другой стороны, если предположить, что толщина стенки крепежного элемента 4 составляет 50 мм, то площадь, поддерживаемая крепежным элементом 4, равна 39250 мм². В этом случае крепежный элемент 4 может обеспечить площадь, способную поддерживать 56% площади внутренней части 20 крышки, на которую воздействует давление.

(Блок 5 определения температуры)

Блок 5 определения температуры может представлять собой, например, термопару и определяет температуру газообразного водорода, хранящегося в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, или температуру внутренней части 20 крышки. В аккумуляторе 100 давления согласно первому варианту осуществления температура газообразного водорода, хранящегося в цилиндрическом корпусе 1, или температура внутренней части 20 крышки контролируется с помощью блока 5 определения температуры. В аккумуляторе 100 давления условия нагнетания сжиженного водорода, который подлежит нагнетанию из трубы 200, определяются на основе значения температуры, полученного от блока 5 определения температуры. Условия нагнетания сжиженного водорода включают в себя расход, скорость потока, продолжительность нагнетания и т.п. Аккумулятор 100 давления включает в себя блок управления и выполнен так, чтобы блок управления определял условия нагнетания сжиженного водорода на основе значения температуры, полученного от блока 5 определения температуры, для регулировки расхода и т.п. сжиженного водорода, проходящего через трубу 200. Хотя желательно, чтобы аккумулятор 100 давления был снабжен блоком 5 определения температуры, блок 5 определения температуры не всегда является обязательным элементом и может быть опущен.

На фиг. 2 схематично представлена внутренняя конструкция одного конца модификации аккумулятора давления согласно первому варианту осуществления, вид в разрезе. В аккумуляторе 100 давления, показанном на фиг. 1, внутренняя часть 20 крышки включает в себя резьбовую крепежную часть 22, обеспечивающий фиксацию трубы 200, проходящей через сквозное отверстие 20a, посредством резьбового соединения. В отличие от этого, в аккумуляторе 100A давления, показанном на фиг. 2, внутренняя часть 20 крышки включает в себя сварную крепежную часть 23, которая фиксирует трубу 200, проходящую через сквозное отверстие 20a, с помощью сварки. Сварная крепежная часть 23 может проходить по всей длине внутренней части 20 крышки вдоль осевого направления X или по части длины внутренней части 20 крышки вдоль осевого направления X. В этом случае пространство между внутренней периферийной частью внутренней части 20 крышки и внешней периферийной частью трубы 200, полностью закрывается, и, следовательно, уплотнительный элемент 6, показанный на фиг. 1, становится не нужным.

Можно рассмотреть конфигурацию, в которой сжиженный газ при очень низкой температуре нагнетается снаружи через трубу 200 в аккумулятор 100 давления, испаряется в нем и хранится в аккумуляторе 100 давления, так что испаритель становится не нужным. В то время как цилиндрический корпус 1 может выдерживать температуру, например, только приблизительно -30°С, температура сжиженного водорода составляет, например, приблизительно -260°С. Соответственно, когда сжиженный водород закачивается в аккумулятор 100 давления, температура крышки 2 понижается за счет передачи тепла от сжиженного водорода с очень низкой температурой, протекающего по трубе 200, что приводит к понижению температуры цилиндрического корпуса 1 вследствие передачи тепла от крышки 2, и, следовательно, существует вероятность хрупкого разрушения цилиндрического корпуса 1.

С учетом вышеизложенного, как описано выше, аккумулятор 100 давления в согласно первому варианте осуществления включает в себя цилиндрический корпус 1 из металла и крышку 2, при этом цилиндрический корпус 1 приспособлен для испарения и хранения сжиженного газа в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, крышка 2 имеет сквозные отверстия 20a и 21a, позволяющие трубе 200 проходить через них, крышка 2 фиксирует трубу 200, проходящую через сквозные отверстия 20a и 21a, крышка 2 закрывает открывающийся конец цилиндрического корпуса 1 с зазором S, образуемым между крышкой 2 и внутренней периферийной поверхностью цилиндрического корпуса 1, причем зазор S сообщается с пространством 10 для хранения цилиндрического корпуса 1. Аккумулятор 100 давления согласно первому варианту осуществления также включает в себя уплотнительную конструкцию 3 и крепежный элемент 4, причем уплотнительная конструкция 3 расположена между внешней периферийной частью крышки 2 и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса 1 и заполняет по меньшей мере часть зазора S, а крепежный элемент 4 расположен на открывающемся конце цилиндрического корпуса 1, при этом внешняя периферийная поверхность крепежного элемента 4 соединена резьбой с внутренней периферийной поверхностью цилиндрического корпуса 1 для поддерживания и фиксации крышки 2 с внешней стороны крышки 2.

Как было описано выше, в аккумуляторе 100 давления согласно первому варианту осуществления между внешней периферийной частью крышки 2 и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса 1 имеется зазор S, и по меньшей мере часть зазора S заполнена уплотнительной конструкцией 3, поэтому зазор S выполняет функцию теплоизолирующего слоя, подавляя передачу тепла от крышки 2 цилиндрическому корпусу 1. То есть можно предотвращать ситуацию, при которой температура цилиндрического корпуса 1 снижается из-за низкой температуры крышки 2 вследствие передачи тепла от трубы 200, через которую протекает сжиженный водород с очень низкой температурой, и, следовательно, можно предотвращать хрупкое разрушение цилиндрического корпуса 1. Соответственно, за счет нагнетания сжиженного газа с очень низкой температурой в аккумулятор 100 давления согласно первому варианту осуществления снаружи через трубу 200 можно испарять и хранить сжиженный газ в аккумуляторе 100 давления.

Крышка 2 включает в себя резьбовую крепежную часть 22, с помощью которой труба 200, проходящая через сквозные отверстия 20a и 21a, фиксируется резьбовым соединением. Между внутренней периферийной частью крышки 2 и внешней периферийной частью трубы 200 расположен уплотнительный элемент 6, закрывающий пространство, образованное между внутренней периферийной частью крышки 2 и внешней периферийной частью трубы 200. Соответственно, можно надежно фиксировать трубу 200 в условиях воздействия внутреннего давления газообразного водорода, хранящегося в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1. Кроме того, можно предотвращать ситуацию, при которой газообразный водород, хранящийся в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, просачивается наружу через пространство, образованное между внутренней периферийной частью внутренней части 20 крышки и внешней периферийной частью трубы 200.

Крышка 2 включает в себя внутреннюю часть 20 и внешнюю часть 21, причем внутренняя часть 20 изготовлена из аустенитной нержавеющей стали и расположена вблизи пространства для хранения 10 цилиндрического корпуса 1, а внешняя часть 21 изготовлена из низколегированной стали и расположена вблизи крепежного элемента 4. Соответственно, несмотря на то, что внутренняя часть 20 крышки обращена к пространству 10 для хранения цилиндрического корпуса 1 и постоянно подвергается воздействию сжиженного водорода при очень низкой температуре, изготовление внутренней части 20 крышки из аустенитной нержавеющей стали обеспечивает превосходную устойчивость к хрупкости в условиях воздействия сжиженного водорода и прочность при очень низких температурах. Прочность при противодействии внутреннему давлению газообразного водорода в цилиндрическом корпусе 1 может быть повышена с помощью внешней части 21 крышки. Кроме того, использование низколегированной стали, которая имеет более низкую стоимость, чем аустенитная нержавеющая сталь, способствует снижению производственных затрат.

Между внутренней частью 20 крышки и внешней частью 21 крышки расположен теплоизолирующий элемент 7, а между внешней частью 21 крышки и трубой 200 расположен теплоизолирующий элемент 8. Соответственно, удается предотвращать передачу тепла от внутренней части 20 к внешней части 21, а также предотвращать ситуацию, при которой очень низкая температура трубы 200, через которую протекает сжиженный водород, имеющий очень низкую температуру, передается внешней части 21, и, следовательно, можно предотвращать хрупкое разрушение внешней части 21, вызываемое понижением температуры.

Каждый из аккумуляторов 100 и 100А давления согласно первому варианту осуществления включает в себя блок 5 определения температуры, приспособленный для определения температуры сжиженного газа, который испаряется, хранясь в пространстве 10 цилиндрического корпуса 1, или температуры крышки 2. Соответственно, в аккумуляторах 100 и 100A давления согласно первому варианту осуществления температура газообразного водорода, хранящегося в цилиндрическом корпусе 1, или температура внутренней части 20 крышки может контролироваться с помощью блока 5 определения температуры, и можно определять условия нагнетания сжиженного водорода, нагнетаемого из трубы 200, на основе измеренного значения температуры, полученного от блока 5 определения температуры.

Второй вариант осуществления.

Далее со ссылкой на фиг. 3 описывается аккумулятор 101 давления согласно второму варианту осуществления. На фиг. 3 схематично представлена внутренняя конструкция одного конца аккумулятора давления согласно второму варианту осуществления, вид в разрезе. Конструктивные элементы, идентичные соответствующим конструктивным элементам аккумулятора 100 давления согласно первому варианту осуществления, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описание таких конструктивных элементов, если это уместно, будет опущено.

(Крышка 2)

Аккумулятор 101 давления согласно второму варианту осуществления отличается от аккумулятора 100 давления согласно первому варианту осуществления конфигурацией крышки 2. Крышку 2 аккумулятора 101 давления согласно второму варианту осуществления изготавливают только из аустенитной нержавеющей стали.

Крышка 2 включает в себя резьбовую крепежную часть 22, благодаря которой фиксируется проходящая через сквозное отверстие 2a труба 200. В частности, на внутренней периферийной части сквозного отверстия 2a крышки 2 сформирована внутренняя резьба, а на внешней периферийной части трубы 200 сформирована наружная резьба, которая соединяется с резьбой крышки 2. Крышка 2 включает в себя резьбовую крепежную часть, которая обеспечивает резьбовое крепление крышки 2 к трубе 200 и, следовательно, позволяет надежно фиксировать трубу 200 в условиях воздействия внутреннего давления газообразного водорода, хранящегося в пространстве 10 для хранения цилиндрического баллона 1.

Между внутренней периферийной частью крышки 2 и внешней периферийной частью трубы 200 расположен уплотнительный элемент 6, закрывающий пространство, образованное между внутренней периферийной частью крышки 2 и внешней периферийной частью трубы 200. Это необходимо для предотвращения ситуации, при которой газообразный водород, хранящийся в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, просачивается наружу через зазор, образованный между внутренней периферийной частью крышки 2 и внешней периферийной частью трубы 200. Уплотнительный элемент 6 может представлять собой, например, уплотнительное кольцо круглого сечения. Однако уплотнительный элемент 6 не ограничивается уплотнительным кольцом круглого сечения. При условии обеспечения способности предотвращать ситуацию, при которой газообразный водород, хранящийся в пространстве 10 для хранения цилиндрического корпуса 1, просачивается через зазор между внутренней периферийной частью крышки 2 и внешней периферийной частью трубы 200, уплотнительный элемент 6 может быть образован другими элементами.

Между крышкой 2 и крепежным элементом 4 расположен теплоизолирующий элемент 9. Он необходим для предотвращения передачи тепла от крышки 2 к крепежному элементу 4. Причина заключается в том, что при понижении температуры крепежного элемента 4 вследствие передачи очень низких температур существует вероятность хрупкого разрушения крепежного элемента 4. Примером материала теплоизолирующего элемента 9 является керамика. Однако в случае, когда крышка 2 имеет большую длину в осевом направлении, передача тепла от крышки 2 к крепежному элементу 4 не имеет места, и теплоизолирующий элемент 9 может быть опущен.

На фиг. 4 схематично представлена внутренняя конструкция одного конца модификации аккумулятора давления согласно второму варианту осуществления, вид в разрезе. В аккумуляторе 101 давления, показанном на фиг. 3, крышка 2 включает в себя резьбовую крепежную часть 22, благодаря которой труба 200, проходящая через сквозное отверстие 2a, фиксируется резьбовым креплением. В отличие от этого, в аккумуляторе 101A давления, показанном на фиг. 4, крышка 2 выполнена так, что включает в себя сварную крепежную часть 23, которая фиксирует трубу 200, проходящую через сквозное отверстие 2a, с помощью сварки. Сварная крепежная часть 23 может проходить по всей длине крышки 2 в осевом направлении X или по части длины крышки 2 в осевом направлении X. В этом случае пространство между внутренней периферийной частью крышки 2 и внешней периферийной частью трубы 200 полностью закрывается, и, следовательно, уплотнительный элемент 6, показанный на фиг. 3, становится не нужным.

Как описано выше, в каждом из аккумуляторов 101 и 101А давления согласно второму варианту осуществления между внешней периферийной частью крышки 2 и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса 1 также имеется зазор S, и по меньшей мере часть зазора S заполнена уплотнительной конструкцией 3, поэтому зазор S выполняет функцию теплоизолирующего слоя, подавляя передачу тепла от крышки 2 к цилиндрическому корпусу 1. Таким образом, можно предотвращать ситуацию, при которой передача тепла от крышки 2 к цилиндрическому корпусу 1 уменьшается. То есть можно предотвращать ситуацию, при которой температура цилиндрического корпуса 1 снижается из-за того, что крышка 2 имеет низкую температуру вследствие передачи тепла от трубы 200, через которую протекает сжиженный водород с очень низкой температурой. Соответственно, нагнетается сжиженный газ с очень низкой температурой в аккумулятор 101 давления согласно первому варианту осуществления снаружи через трубу 200, можно испарять и хранить сжиженный газ в аккумуляторе 101 давления.

Крышку 2 изготавливают из аустенитной нержавеющей стали. Таким образом, несмотря на то, что крышка 2 обращена к пространству 10 для хранения цилиндрического корпуса 1 и постоянно контактирует со сжиженным водородом, имеющим очень низкую температуру, крышка 2, изготовленная из аустенитной нержавеющей стали обеспечивает превосходную устойчивость к хрупкости в условиях воздействия сжиженного водорода и прочность при очень низких температурах.

Каждый из аккумуляторов 101 и 101А давления согласно второму варианту осуществления включает в себя теплоизолирующий элемент 9, расположенный между крышкой 2 и крепежным элементом 4. Соответственно, можно предотвращать передачу тепла от крышки 2 к крепежному элементу 4 и, следовательно, предотвращать хрупкое разрушение крепежного элемента 4, вызываемое понижением температуры.

Третий вариант осуществления.

Далее со ссылкой на фиг. 5 и фиг. 6 описывается аккумулятор 102 давления согласно третьему варианту осуществления. На фиг. 5 схематично представлена внутренняя конструкция одного конца аккумулятора давления, вид в разрезе. На фиг. 6 схематично представлена торцевая поверхность внешней части крышки аккумулятора давления согласно третьему варианту осуществления. Конструктивные элементы, идентичные соответствующим конструктивным элементам аккумуляторов 100, 101 давления согласно первому и второму вариантам осуществления, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и описание таких конструктивных элементов, если это уместно, будет опущено.

Как показано на фиг. 5, цилиндрический корпус 1 аккумулятора 102 давления согласно третьему варианту осуществления имеет первое вентиляционное отверстие 1a и второе вентиляционное отверстие 1b, при этом первое вентиляционное отверстие 1a позволяет внешней стороне цилиндрического корпуса 1 сообщаться с зазором S для нагнетания газа для теплообмена в зазор S с внешней стороны цилиндрического корпуса 1, а второе вентиляционное отверстие 1b позволяет внешней стороне цилиндрического корпуса 1 сообщаться с зазором S для выпуска газа, нагнетаемого в зазор S через первое вентиляционное отверстие 1a, наружу цилиндрического корпуса 1. Нагнетательная труба 300, через которую нагнетается газ, соединена с первым вентиляционным отверстием 1a. Выпускная труба 400, через которую выпускается газ, соединена со вторым вентиляционным отверстием 1b. Примером газа является инертный воздух, причем предпочтительно по возможности использовать осушенный газ. Газ может быть инертным газом, а может быть и иным газом. Газ нагнетается под давлением в зазор S с помощью силового устройства, например компрессора, циркулирует через зазор S и затем выводится наружу цилиндрического корпуса 1. В аккумуляторе 102 давления согласно третьему варианту осуществления, благодаря нагнетанию газа в зазор S, слой газа образует теплоизолирующий слой, повышающий эффект подавления передачи тепла от крышки 2 к цилиндрическому корпусу 1. В аккумуляторе 102 давления даже при возникновении ситуации, при которой газообразный водород, хранящийся в пространстве 10 цилиндрического корпуса 1, просачивается в зазор S, просочившийся газообразный водород может выводиться наружу через второе вентиляционное отверстие 1b.

Крышка 2 включает в себя внутреннюю часть 20 и внешнюю часть 21, причем внутреннюю часть 20 изготавливают из аустенитной нержавеющей стали и располагают вблизи пространства для хранения цилиндрического корпуса 1, а внешнюю часть 21 изготавливают из низколегированной стали и располагают вблизи крепежного элемента. Из торцевой поверхности внутренней части 20 крышки и торцевой поверхности внешней части 21 крышки, которые обращены друг к другу, торцевая поверхность внешней части 21 крышки имеет канавку 24, благодаря которой газ, нагнетаемый в зазор S снаружи цилиндрического корпуса 1, циркулирует по торцевой поверхности внешней части 21 крышки.

На фиг. 6 толстыми линиями показана канавка 24. Как показано на фиг. 6, канавка 24 включает в себя множество кольцевых канавок 24a и прямолинейную соединительную канавку 24b, которая соединяет множество кольцевых канавок 24a друг с другом. В примере, показанном на чертеже, множество кольцевых канавок 24a образовано тремя окружностями, которые окружают внешнюю периферию сквозного отверстия 21a. Эти три окружности сформированы так, что большие окружности охватывают внешнюю периферию меньшей окружности через, по существу, равные промежутки. Соединительная канавка 24b имеет обе концевые части, сообщающиеся с зазором S, и сформирована так, чтобы проходить в радиальном направлении и соединять три окружности друг с другом. Газ, нагнетаемый в зазор S, поступает в соединительную канавку 24b с одного конца соединительной канавки 24b, проходит через кольцевые канавки 24a и затем выходит в зазор S с другого конца соединительной канавки 24b. Газ, нагнетаемый в зазор S с внешней стороны цилиндрического корпуса 1, циркулирует по канавке 24, как описано выше, и, таким образом, слой газа образует теплоизолирующий слой, что повышает эффект подавления передачи тепла от внутренней части 20 крышки к внешней части 21 крышки. Если газ представляет собой сухой воздух, то даже при понижении температуры газа в момент осуществления теплообмена конденсация влаги и замерзание росы в канавке 24 части 21 крышки не происходит.

Хотя это не показано на чертеже, из торцевой поверхности внутренней части 20 крышки и торцевой поверхности внешней части 21 крышки, которые обращены друг к другу, торцевая поверхность внутренней части 20 крышки может иметь канавку 24. Кроме того, каждая из торцевой поверхности внутренней части 20 крышки и торцевой поверхности внешней части 21 крышки, которые обращены друг к другу, может иметь канавку 24.

Канавка 24 не ограничивается формой, показанной на чертеже. Например, кольцевые канавки 24a не ограничиваются формой окружности, а могут иметь прямоугольную или другую форму. Соединительная канавка 24b не ограничивается прямолинейной формой, и может иметь криволинейную, зигзагообразную или иную форму. Кроме того, канавка 24 может иметь, например, решетчатую или спиральную форму, а также другие формы. Короче говоря, при условии обеспечения канавкой 24 возможности циркуляции газа, нагнетаемого в зазор S снаружи цилиндрического корпуса 1, по торцевой поверхности внутренней части 20 крышки или торцевой поверхности внешней части 21 крышки, канавка 24 может иметь любую форму.

В аккумуляторе 102 давления желательно, чтобы из торцевой поверхности внутренней части 20 крышки и торцевой поверхности внешней части 21 крышки, которые обращены друг к другу, либо одна из торцевой поверхности внутренней части 20 крышки или торцевой поверхности внешней части 21 крышки, либо обе из торцевой поверхности внутренней части 20 крышки и торцевой поверхности внешней части 21 крышки имели канавку 24. Однако наличие канавки 24 не всегда обязательно, и она может быть опущена.

Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, например, аккумулятор 102 давления применим и для конфигурации, в которой крышка 2 изготовлена только из аустенитной нержавеющей стали. Однако в этом случае канавка 24, показанная на фиг. 5 и фиг. 6, отсутствует.

Аккумулятор 102 давления может быть приспособлен для осуществления управления определением условий нагнетания газа в зазор S на основе значения температуры, получаемого от блока 5 определения температуры. Примеры условий нагнетания газа включают в себя расход, скорость потока, продолжительность нагнетания и т.п. Аккумулятор 102 давления не всегда должен определять условия нагнетания газа в зазор S на основе обнаруженного значения температуры, получаемого от блока 5 определения температуры, и может определять условия нагнетания газа в зазор S с помощью других блоков определения.

Аккумуляторы (100, 100A, 101, 101A, 102) давления были описаны на основе приведенных выше вариантов осуществления. Однако аккумуляторы (100, 100A, 101, 101A, 102) давления не ограничиваются конфигурациями описанных выше вариантов осуществления. Конфигурации вышеупомянутых аккумуляторов (100, 100A, 101, 101A, 102) давления являются лишь примерами и могут включать в себя другие конструктивные элементы. Короче говоря, аккумуляторы (100, 100A, 101, 101A, 102) давления включают в себя варианты осуществления, в которые специалисты в данной области техники обычно вносят конструктивные изменения или доработки, не отступая от технической концепции изобретения.

Список ссылочных обозначений

1 – цилиндрический корпус, 1a – первое вентиляционное отверстие, 1b – второе вентиляционное отверстие, 2 – крышка, 2a – сквозное отверстие, 3 – уплотнительная конструкция, 4 – крепежный элемент, 5 – блок определения температуры, 6 – уплотнительный элемент, 7, 8, 9 – теплоизолирующий элемент, 10 – пространство для хранения, 11 – внутренняя резьбовая часть, 20 – внутренняя часть крышки, 20a – сквозное отверстие, 21 – внешняя часть крышки, 21a – сквозное отверстие, 22 – резьбовая крепежная часть , 23 – сварная крепежная часть, 24 – канавка, 24a – кольцевая канавка, 24b – соединительная канавка, 100, 100A, 101, 101A, 102 – аккумулятор давления, 200 – труба, 300 – нагнетательная труба, 400 – выпускная труба, S – зазор.

Изобретение относится к аккумулятору давления, который включает в себя цилиндрический корпус, изготовленный из металла и приспособленный для испарения и хранения сжиженного газа в пространстве для хранения, имеющемся в цилиндрическом корпусе. Аккумулятор включает крышку, имеющую сквозное отверстие, позволяющее трубе проходить через сквозное отверстие. При этом крышка приспособлена для фиксации трубы, проходящей через сквозное отверстие, и для закрывания открывающегося конца цилиндрического корпуса с зазором между крышкой и внутренней периферийной поверхностью цилиндрического корпуса. При этом зазор сообщается с пространством для хранения цилиндрического корпуса. Кроме того, содержится уплотнительная конструкция между внешней периферийной частью крышки и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса, которая заполняет часть зазора, и крепежный элемент, расположенный на открывающемся конце цилиндрического корпуса. Причем внешняя периферийная поверхность крепежного элемента соединена резьбой с внутренней периферийной поверхностью цилиндрического корпуса для поддерживания и фиксации крышки с внешней стороны крышки. Техническим результатом является возможность испарять и хранить сжиженный газ, не вызывая хрупкого разрушения цилиндрического резервуара. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Аккумулятор (100) давления, обеспечивающий нагнетание в него сжиженного газа при очень низкой температуре снаружи через трубопровод (200) для испарения и хранения сжиженного газа и включающий в себя:

цилиндрический корпус (1), изготовленный из металла и приспособленный для испарения и хранения сжиженного газа в пространстве (10) для хранения в цилиндрическом корпусе (1);

крышку (2), имеющую сквозное отверстие (2a), позволяющее трубе (200) проходить через сквозное отверстие (2a), при этом крышка (2) приспособлена для фиксации трубы (200), проходящей через сквозное отверстие (2a), и для закрывания открывающегося конца цилиндрического корпуса (1) с зазором (S) между крышкой (2) и внутренней периферийной поверхностью цилиндрического корпуса (1), причем зазор (S) сообщается с пространством (10) для хранения цилиндрического корпуса (1);

уплотнительную конструкцию (3), расположенную между внешней периферийной частью крышки (2) и внутренней периферийной частью цилиндрического корпуса (1), при этом уплотнительная конструкция (3) приспособлена для заполнения по меньшей мере части зазора (S); и

крепежный элемент (4), расположенный на открывающемся конце цилиндрического корпуса (1), причем внешняя периферийная поверхность крепежного элемента (4) прикреплена посредством резьбы к внутренней периферийной поверхности цилиндрического корпуса (1) для поддерживания и фиксации крышки (2) с внешней стороны крышки (2).

2. Аккумулятор давления по п. 1, в котором крышка (2) включает в себя резьбовую крепежную часть (22), приспособленную для фиксации трубы (200), проходящей через сквозное отверстие (2a), посредством резьбового соединения, и

уплотнительный элемент (6) между внутренней периферийной частью крышки (2) и внешней периферийной частью трубы (200) для закрывания пространства, образуемого между внутренней периферийной частью крышки (2) и внешней периферийной частью трубы (200).

3. Аккумулятор давления по п. 1, в котором крышка (2) включает в себя сварную крепежную часть (23), приспособленную для фиксации трубы (200), проходящей через сквозное отверстие (2a), сваркой.

4. Аккумулятор давления по любому из пп. 1-3, в котором крышка (2) изготовлена из аустенитной нержавеющей стали.

5. Аккумулятор давления по любому из пп. 1-4, дополнительно включающий в себя теплоизолирующий элемент (9), расположенный между крышкой (2) и крепежным элементом (4).

6. Аккумулятор давления по любому из пп. 1-3, в котором

крышка (2) включает в себя:

внутреннюю часть (20) крышки, изготовленную из аустенитной нержавеющей стали и расположенную вблизи пространства (10) для хранения, имеющегося в цилиндрическом корпусе (1); и

внешнюю часть (21) крышки, изготовленную из низколегированной стали и расположенную вблизи крепежного элемента (4).

7. Аккумулятор давления по п. 6, в котором между внутренней частью (20) крышки и внешней частью (21) крышки расположен теплоизолирующий элемент (7), и между внешней частью (21) крышки и трубой (200) расположен теплоизолирующий элемент (7).

8. Аккумулятор давления по любому из пп. 1-7, дополнительно включающий в себя блок (5) определения температуры, приспособленный для определения температуры сжиженного газа, который испаряется, хранясь в пространстве (10) для хранения цилиндрического корпуса (1), или температуры крышки (2).

9. Аккумулятор давления по любому из пп. 1-8, в котором

цилиндрический корпус (1) включает в себя:

первое вентиляционное отверстие (1a) для нагнетания газа в зазор (S) с внешней стороны цилиндрического корпуса (1), выполненное так, чтобы внешняя сторона цилиндрического корпуса (1) сообщалась с зазором (S); и

второе вентиляционное отверстие (1b) для выпуска газа, нагнетенного в зазор (S) через первое вентиляционное отверстие (1a), наружу цилиндрического корпуса (1), выполненное так, чтобы внешняя сторона цилиндрического корпуса (1) сообщалась с зазором (S).

10. Аккумулятор давления по п. 9, в котором крышка (2) включает в себя внутреннюю часть (20) и внешнюю часть (21), причем внутренняя часть (20) крышки изготовлена из аустенитной нержавеющей стали и расположена вблизи пространства для хранения цилиндрического корпуса (1), а внешняя часть (21) крышки изготовлена из низколегированной стали и расположена вблизи крепежного элемента (4), и

из торцевой поверхности внутренней части (20) крышки и торцевой поверхности внешней части (21) крышки, которые обращены друг к другу, либо одна из торцевой поверхности внутренней части (20) крышки и торцевой поверхности внешней части (21) крышки, либо обе торцевые поверхности внутренней части (20) крышки и внешней части (21) крышки имеют канавку (24), по которой циркулирует газ, нагнетаемый в зазор (S).

11. Аккумулятор давления по п. 10, в котором канавка (24) включает в себя:

множество кольцевых канавок (24a), и

соединительную канавку (24b), сообщающуюся с зазором (S) и предназначенную для соединения множества кольцевых канавок (24a) друг с другом.