專利名稱：用于車輛燃料高壓存儲(chǔ)的油箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)在適用于任何類型發(fā)動(dòng)機(jī)的道路車輛中存儲(chǔ)氣體，具體地說(shuō)，適用于在燃料電池車輛中存儲(chǔ)氣態(tài)氫和/或氣態(tài)氧，的油箱。
背景技術(shù)：
在車輛上由氣體存儲(chǔ)造成的問(wèn)題之一是在車輛事故的情況下、在損壞油箱的情況下和/或在過(guò)高壓力上升的情況下爆炸的危險(xiǎn)?，F(xiàn)有人已經(jīng)提出用于液化石油氣車輛的放氣閥，以便使氣體逐漸泄漏，因?yàn)闊o(wú)論如何必須避免由大量壓縮氣體簡(jiǎn)單的壓力突然釋放而引起的爆炸危險(xiǎn)。盡管這種解決方法在由加熱造成的壓力升高的情況下是適合的，但在對(duì)油箱造成直接損壞的情況下卻是無(wú)用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供對(duì)在車輛上存儲(chǔ)高壓流體問(wèn)題的一種實(shí)際和通用解決方法。
根據(jù)本發(fā)明，該用來(lái)在車輛上存儲(chǔ)高壓流體的油箱形成車輛結(jié)構(gòu)平臺(tái)的整體部分，并且包括至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包括通過(guò)互連連通的大量腔室，該互連適于對(duì)由車輛所使用必需的流體消耗而引起的液體流動(dòng)只呈現(xiàn)不影響所述使用的壓力降，并且適于在一個(gè)或多個(gè)腔室破裂的情況下，泄漏的流動(dòng)可引起足夠大的壓力降以限制其流動(dòng)。
該平臺(tái)構(gòu)成車輛的工作承載結(jié)構(gòu)。以這種方式，把機(jī)械目的與存儲(chǔ)目的協(xié)調(diào)地相結(jié)合，與通常用來(lái)在壓力下存儲(chǔ)流體的圓柱體相比，這種結(jié)合具有非常顯著提高的安全性，這使得有可能構(gòu)造提供足夠總體積的足夠剛性平臺(tái)。該互連允許氣體從一個(gè)腔室循環(huán)到另一個(gè)，但是大大限制了其流量。以這種方式，對(duì)于車輛的通常功能必需的循環(huán)不受影響，因?yàn)閷?duì)于車輛的通常功能必需的從一個(gè)腔室到另一個(gè)的通道流動(dòng)較低，這僅引起非常低的壓力降與通常操作完全相容。在表明本發(fā)明的和下面詳細(xì)描述的例子中，每個(gè)互連由一個(gè)小孔形成。小孔當(dāng)然具有小尺寸，以便完成上述功能。然而，能想象其它解決方法，如在腔室間壁的至少部分中的多孔材料。
在事故的情況下，如果腔室的一個(gè)或多個(gè)被刺穿，只有包含在這個(gè)腔室中的氣體量能迅速逃逸到大氣中，包含在所有其它腔室中的氣體肯定能夠逃逸，但由于在各個(gè)腔室之間的壓力降而大大減小其流量。以這種方式，在損壞油箱的情況下避免了大量氣體的迅速釋放。
在存儲(chǔ)電池起作用必需的氫的燃料電池車輛中，有可能把這種方案應(yīng)用于儲(chǔ)氫箱和儲(chǔ)氧箱。自然這種方案也能只應(yīng)用于儲(chǔ)氫箱，例如在其中通過(guò)壓縮環(huán)境空氣供給電池工作必需的氧的情況下。
在一個(gè)特別較佳的實(shí)施例中，特別是為了限制車輛重量，結(jié)構(gòu)平臺(tái)形成一個(gè)底盤，所述車輛的各種元件安裝在這個(gè)底盤上。本發(fā)明的這種具體布置當(dāng)然適用于所有類型的車輛，條件是必須在高壓下存儲(chǔ)流體，盡管已經(jīng)選擇借助于燃料電池車輛表明本發(fā)明，但具體的選擇當(dāng)然沒(méi)有限制特性。


在如下圖中·圖1示出了一客車；·圖2表明在圖1中示出的車輛底盤的制造階段；·圖3是沿圖2中的IV-IV的截面；·圖4表示由圖1中的箭頭A指示的部分的放大圖；·圖5表示一個(gè)變化實(shí)施例；·圖6是根據(jù)本發(fā)明的底盤的另一個(gè)變化實(shí)施例的平面圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，能看到其承載平臺(tái)形成一個(gè)底盤10的小客車1。也能看到與底盤10制成整體以便具有整體機(jī)械強(qiáng)度的車體11。所有機(jī)械部件以及車門和內(nèi)裝飾安裝在這種承載結(jié)構(gòu)上，特別是包括車輪12和一個(gè)燃料電池13。把底盤設(shè)計(jì)成不僅形成車輛承載結(jié)構(gòu)的部分，而且也與用來(lái)在車輛上存儲(chǔ)加壓氣體的至少一個(gè)油箱形成整體。它可能是在高壓下存儲(chǔ)任何流體，例如液化石油氣、壓縮天然氣或壓縮氫或壓縮氧，的情形。
每個(gè)油箱帶有小體積的大量腔室2，由在圖2至4中清晰可見的小孔3連接在一起。最好，設(shè)想油箱包括至少一百個(gè)，例如約一千個(gè)，連接在一起的腔室2。也可設(shè)想包括連接在一起的高達(dá)十萬(wàn)個(gè)腔室2的油箱的工業(yè)產(chǎn)品。
在一個(gè)或多個(gè)腔室2損壞的情況下，例如在由例如事故造成的沖擊之后，損壞的腔室壓力立即變?yōu)榇髿鈮毫?。然而，依靠與損壞腔室相鄰的腔室壁的強(qiáng)度，一個(gè)或多個(gè)腔室的損壞不會(huì)引起串聯(lián)破裂。流體以緩慢減小的壓力暫時(shí)保持包含在相鄰未受損的腔室中。未受損腔室到損壞腔室的泄漏流動(dòng)由于小孔的存在而大大地受到限制。特別是，由于在小孔兩側(cè)的某一壓力比，氣體穿過(guò)小孔的流動(dòng)速度限于聲速，并且即使壓力比增大速度也不會(huì)增大。
這里應(yīng)該強(qiáng)調(diào)一個(gè)重要的定尺寸特性每個(gè)腔室2的所有壁必須能夠由本身單獨(dú)承受流體的存儲(chǔ)壓力。這不排除在腔室網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生損壞的情況下，相鄰腔室的壁在內(nèi)部壓力的影響下變化。彈性極限的超過(guò)是可接受的，但自然不能超過(guò)破裂極限。
當(dāng)然，不能完全避免油箱的放空。然而，對(duì)于存儲(chǔ)的約幾公斤的大量氫，在一個(gè)或多個(gè)腔室損壞的情況下，放空油箱必需的時(shí)間能延長(zhǎng)高達(dá)幾分鐘。因而避免爆炸效果。
即使這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致增大在給定壓力下存儲(chǔ)給定量氣體必需的總體積，這也不會(huì)成比例地增大油箱的重量，并且這真正使得有可能制造車輛的工作結(jié)構(gòu)的油箱部分，這對(duì)于車輛的整體重量是有利的。
底盤10把油箱T1與連通腔室2形成整體，用來(lái)存儲(chǔ)氣態(tài)氫。示出的本發(fā)明車輛是不僅存儲(chǔ)需要的氫而且存儲(chǔ)壓縮氣體形式的氧的燃料電池車輛。在這種情況下，可能最好獨(dú)立于車輛平臺(tái)把氣態(tài)氧存儲(chǔ)在油箱中，例如對(duì)于常規(guī)技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)圓筒形成的油箱。
也有可能在車輛的底盤10集成幾個(gè)油箱，例如用來(lái)存儲(chǔ)兩種不同氣體的兩個(gè)油箱，油箱的每一個(gè)具有本發(fā)明的特性，如下面將要解釋的那樣。如有必要，能設(shè)想通過(guò)用來(lái)產(chǎn)生形成平臺(tái)的底盤的材料(不會(huì)蔓延火焰的材料)的明智的選擇和優(yōu)選借助于下面將解釋的其它預(yù)防措施同時(shí)存儲(chǔ)氫和存儲(chǔ)氧。
在圖6中，能看到底盤10的一個(gè)第一區(qū)域，形成能夠存儲(chǔ)氫的油箱T1。底盤10的一個(gè)第二區(qū)域形成帶有連通腔室2的第二油箱T2，自然不會(huì)與油箱T1的腔室2連通，油箱T2能夠存儲(chǔ)氧。
在油箱T1與油箱T2之間，優(yōu)選留下一個(gè)區(qū)域，其在顯著寬度上沒(méi)有腔室，或者裝有不連通或填充有惰性氣體的死腔室，可與底座的總厚度可比較，以便限制氫和氧混合物的形成的危險(xiǎn)，這種混合物具有爆炸性。在圖1中示意表示的變化中，底盤一側(cè)在其整個(gè)長(zhǎng)度上能專供例如用于氧的油箱之用，而底盤另一側(cè)在其整個(gè)長(zhǎng)度上能專供例如用于氫的油箱之用，兩個(gè)油箱當(dāng)然能夠由不帶有腔室的一個(gè)分離區(qū)域5分離，所述分離區(qū)域具有足夠大的寬度，或者裝有不與相鄰油箱中的腔室連通的腔室51，所述腔室放成與大氣連通或者填充有可能在壓力下、甚至在大于在油箱T1和T2中的流體壓力的壓力下的惰性氣體。因而顯著限制在側(cè)沖擊的情況下氧和氫混合物形成的危險(xiǎn)。底盤優(yōu)選不超過(guò)包括在軸之間的長(zhǎng)度，并且在車輛的前部和后部處得到保護(hù)，且最好也由通過(guò)變化而吸收沖擊的區(qū)域在橫向上得到保護(hù)。
為了提高腔室的強(qiáng)度，最好使腔室的形狀接近與通常采用的用于壓縮氣體的存儲(chǔ)圓筒，例如，每個(gè)腔室最好包括一個(gè)中心部分和兩個(gè)端部，中心部分的壁為大致的圓柱形，兩個(gè)端部形成裝配成一個(gè)球的壁。
現(xiàn)在給出如何可能產(chǎn)生這樣一種油箱的描述，圖3和4支持這種描述。由適當(dāng)形狀和體積的塊(在平臺(tái)僅集成氫油箱的情況下最好由鋁制成)生產(chǎn)底盤，該塊與底盤的最后特性相對(duì)應(yīng)。塊具有扁平的形狀，帶有一個(gè)第一表面22和基本上平行于第一表面的相對(duì)表面23。這個(gè)塊用于例如能通過(guò)加工形成一個(gè)底座20，底座20具有與腔室一樣多的凹口21。凹口21都從第一表面20向相對(duì)表面23延伸。他們都在第一表面22處打開，而在相對(duì)表面23處不打開。每個(gè)凹口21包括形狀基本是圓柱形的一個(gè)第一部分24，并且在第一表面22與一個(gè)過(guò)渡臺(tái)面25之間延伸，該過(guò)渡臺(tái)面25設(shè)置在第一表面22與相對(duì)表面23之間。每個(gè)凹口21包括一個(gè)第二部分240，第二部分240首先延伸并且包括一個(gè)形成一個(gè)圓頂?shù)谋?6，圓頂?shù)脑敿?xì)形狀對(duì)于壓力容器方面的技術(shù)人員是熟知的。小孔3設(shè)置在這個(gè)第二部分26中。
在圖2中，能看到一個(gè)襯套27。使用與凹口一樣多的襯套27。每個(gè)襯套包括一個(gè)其壁基本上是圓柱形的主體28。在主體28的外表面上，能看到肋280。主體28的外徑小于或等于凹口21的第一部分24的內(nèi)徑。每個(gè)襯套27包括一個(gè)其內(nèi)壁形成一個(gè)頂襯套的底部29。所有襯套27引入到凹口中，粘結(jié)要粘合的表面。肋280防止刮除所有粘合劑，并且在小體積281中提供積累的粘合劑(見圖4)。這使得有可能以密封方式封閉凹口21，因而形成腔室2。在上述在襯套上示出的肋280可以用在凹口21的第一部分24的壁上形成的肋來(lái)代替。在后一種情況下，能為在較高內(nèi)部壓力的作用下通過(guò)其壁的變化為固定襯套作好準(zhǔn)備。
在圖3中，能看到，每個(gè)腔室2連接到所有相鄰腔室上。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，這并不是必須的，在圖中表示的腔室之間能夠設(shè)想所有連接組合，并且只有連接對(duì)于串聯(lián)連接腔室是必需的。在圖4中，能看到穿過(guò)底盤10的部分截面，詳細(xì)表示由小孔3互連的腔室2。
已經(jīng)描述了用來(lái)生產(chǎn)底座20的加工。然而，通過(guò)鑄造，特別是熔模鑄造，能生產(chǎn)這個(gè)或其至少一個(gè)毛坯。
在一種變化中，如圖5中所示，有可能使用擰入凹口21B中的蓋27B。在這種情況下，凹口21B的第一部分的壁包括一個(gè)螺紋28B。除螺紋外，壁還包括角度α的一個(gè)截頭錐體表面29B。蓋27B包括一個(gè)頭部270B、一個(gè)螺紋凸緣271B、及一個(gè)其外表面也是相同角度α的載頭錐體的裙部272B。裙部272B包括接收一個(gè)密封274B的一個(gè)槽273B。在頭部270B與裙部272B之間，蓋27B的壁變薄，從而腔室4內(nèi)的壓力越高，裙部越牢固地向截頭錐體表面29B的表面壓緊。因而避免密封的擠出問(wèn)題。在螺紋中也有可能使用粘合劑，以便最后以密封方式固定底座和蓋。
最后，當(dāng)然，可能注意到，根據(jù)本發(fā)明的油箱填充速度可與在事故期間油箱放空的速度相比較。在圖中表示的連接的選擇有助于較短填充時(shí)間，所有其它事情是等同的。如果希望更迅速地填充這樣一個(gè)油箱而不減小放空時(shí)間，則有可能提供經(jīng)特定小孔并聯(lián)供給幾個(gè)非相鄰腔室的器件，該器件裝有在填充之后提供密封的閥。
在各種實(shí)施例中，也指示腔室不能與所有相鄰腔室互連。油箱能包括僅串聯(lián)連接的腔室網(wǎng)絡(luò)、或串聯(lián)連接的幾個(gè)腔室網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)以并聯(lián)連接。
權(quán)利要求
1.機(jī)動(dòng)車輛的結(jié)構(gòu)平臺(tái)(10)，形成用于在車輛上在壓力下存儲(chǔ)流體的一個(gè)油箱(T1)，所述油箱包括通過(guò)互連而連接在一起的至少一個(gè)腔室(2)網(wǎng)絡(luò)，該互連適于對(duì)由車輛使用所必需的流體消耗而引起的流體流動(dòng)只呈現(xiàn)不影響所述使用的壓力降，并且適于在一個(gè)或多個(gè)腔室破裂的情況下，泄漏的流動(dòng)可引起足夠高的壓力降以限制其流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于包括經(jīng)互連而連接在一起的至少一百個(gè)而不大于十萬(wàn)個(gè)腔室(2)的至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于每種互連是由一個(gè)小孔(3)形成。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于每個(gè)腔室包括其壁基本為圓柱形的中央部分、和在兩端處的頂蓋。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于包括多個(gè)串聯(lián)連接在一起的腔室的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)以并聯(lián)方式連接。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于包括一個(gè)通過(guò)特定小孔以并聯(lián)方式供給多個(gè)非相鄰腔室的器件，該器件裝有在填充之后提供密封的閥。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于該平臺(tái)集成有用來(lái)存儲(chǔ)另一種不同流體的第二獨(dú)立油箱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于該第二油箱(T2)包括至少一個(gè)經(jīng)互連連接在一起的腔室(2)網(wǎng)絡(luò)，該互連適于對(duì)由車輛使用所必需的流體消耗而引起的流體流動(dòng)只呈現(xiàn)不影響所述使用的壓力降，并且適于在一個(gè)或多個(gè)腔室破裂的情況下，泄漏的流動(dòng)可引起足夠高的壓力降以限制其流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于包括一個(gè)底座(20)，該底座帶有數(shù)量與腔室(2)一樣多的凹口(21)，該底座具有扁平的形狀，并帶有一個(gè)第一表面(22)和基本上平行于第一表面的相對(duì)表面(23)，所有凹口都從第一表面到相對(duì)表面延伸并且都在第一表面處打開而在相對(duì)表面處不打開，每個(gè)凹口由一個(gè)密封固定的蓋(27)封閉從而形成一個(gè)腔室，所述小孔設(shè)置在底座中，以使凹口連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于每個(gè)凹口包括具有基本為圓柱形狀的第一部分(24)，其在第一表面(22)與設(shè)置在第一表面與相對(duì)表面之間的過(guò)渡臺(tái)面(25)之間延伸，每個(gè)凹口包括一個(gè)第二部分(240)，第二部分首先延伸并且包括形成一個(gè)頂蓋的壁(26)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于每個(gè)蓋(27)包括一個(gè)主體(28)，其壁基本為圓柱形并且具有小于或等于每個(gè)凹口第一部分內(nèi)徑的外徑，每個(gè)蓋(27)包括一個(gè)底部(29)，所有襯套插入并粘合地粘結(jié)在凹口內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于每個(gè)襯套(27B)擰入到凹口(21B)中，并帶有密封(274B)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12之一所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于在油箱(T1)與油箱(T2)之間，設(shè)置有一個(gè)不帶腔室的分離區(qū)域(5)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至12之一所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其特征在于在油箱(T1)與油箱(T2)之間，設(shè)置有一個(gè)裝有不與相鄰油箱腔室連通的腔室(51)的分離區(qū)域(5)。
15.裝有根據(jù)權(quán)利要求1至14之一所述的結(jié)構(gòu)平臺(tái)(10)的車輛，其特征在于該底盤至少部分地形成有在其上安裝有所述車輛的各種元件的承載結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛，其特征在于包括一個(gè)燃料電池，該集成在結(jié)構(gòu)平臺(tái)中的油箱提供氣態(tài)氫的存儲(chǔ)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的車輛，其特征在于包括一個(gè)燃料電池(13)、和集成在結(jié)構(gòu)平臺(tái)中的兩個(gè)油箱(T1和T2)，該油箱中的一個(gè)提供氣態(tài)氫的存儲(chǔ)而另一個(gè)油箱提供氣態(tài)氧的存儲(chǔ)。
全文摘要
車輛的結(jié)構(gòu)平臺(tái)(11)，包括用來(lái)在車輛上存儲(chǔ)在壓力下的流體的兩個(gè)油箱(T1)和(T2)。每個(gè)油箱包括至少一個(gè)經(jīng)小孔(3)彼此連接的腔室(2)網(wǎng)絡(luò)，小孔適于對(duì)由車輛使用所必需的流體消耗而引起的流體流動(dòng)只呈現(xiàn)不影響所述使用的壓力降，并且適于在一個(gè)或多個(gè)腔室(2)破裂的情況下，泄漏的流動(dòng)可引起足夠高的壓力降以限制其流動(dòng)。
文檔編號(hào)B60K15/00GK1511723SQ20031012129
公開日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者D·洛朗, D·奧爾默, D·瓦爾澤, D 洛朗 申請(qǐng)人:米其林創(chuàng)意開發(fā)股份有限公司