專利名稱：低溫液體儲罐的制作方法
低溫液體儲罐本申請要求于2008年9月23日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/194，OM的權(quán)益，出于所有目的該申請通過引用在此并入。本發(fā)明一般地涉及低溫流體儲罐，以及更具體地涉及提供液態(tài)氫的輕量密封裝置并且適于長期飛行器的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
對于高空、長期飛行器，氫是有吸引力的燃料，因?yàn)榕c傳統(tǒng)烴燃料相比其每磅包含大約2. 8倍能量。在需要非常長距離或者續(xù)航力的飛行器應(yīng)用中，氫的高比能可能是關(guān)鍵推動者。但是，實(shí)際的考慮因素很大程度上阻止了其應(yīng)用。雖然氫的比能很高，但比較而言每單位體積的能量低。為了利用氫的高比能，相關(guān)的儲罐優(yōu)選地是輕量的——理想地僅是儲存的氫的重量的一小部分(和優(yōu)選地大約為10%至25% )。儲存壓縮的氣態(tài)氫的典型儲罐具有的重量是儲存的氫重量的大約10至20倍，并且對于高空、長期飛行器可能是不實(shí)際的。大型火箭加速器的液態(tài)氫儲罐具有的重量在運(yùn)載的氫的10%范圍內(nèi)。但是，這些儲罐并非打算用于延長時(shí)間的儲存(諸如1-2周)。其也受益于大規(guī)模的儲罐，這對高空、長期飛行器的典型實(shí)施方式是不切實(shí)際的。液態(tài)氫推動的高空高續(xù)航力的飛行器典型地需要具有足夠的絕熱以阻止完全氣化一到兩周的儲罐。單獨(dú)的儲罐的預(yù)期容量范圍可從100至2000磅液態(tài)氫，這取決于飛機(jī)的構(gòu)造和尺寸。較小的液態(tài)氫儲罐已證明適合于一些汽車應(yīng)用。對于汽車應(yīng)用，當(dāng)交通工具通常是靜止的而不使用任何燃料時(shí)要求非常低的熱滲透率，并且要求氫在靜止的數(shù)天不從交通工具的儲罐逸出。這些儲罐典型地非常重(例如，儲存10磅液態(tài)氫的一個(gè)系統(tǒng)可以重200 磅)。汽車的安全標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了結(jié)構(gòu)碰撞價(jià)值的水平，該水平對有人或無人駕駛的飛行器通常是不需要的。使儲罐絕熱的方法必須處理許多類型的傳熱經(jīng)過固體傳導(dǎo)、經(jīng)過氣體傳導(dǎo)和對流、以及輻射。實(shí)現(xiàn)高性能絕熱的大多數(shù)方法依靠真空，以幾乎消除傳導(dǎo)和對流氣體傳熱。 通過由具有高的強(qiáng)度與導(dǎo)熱率比的結(jié)構(gòu)支撐(例如，不銹鋼、玻璃纖維、或者聚(對苯二甲酸乙二酯)纖維)在真空中支撐的絕熱儲罐來減小固體傳導(dǎo)。通過輻射屏蔽(諸如多層絕熱或者不透明化的粉末)和/或通過在真空室的內(nèi)壁和外壁上的拋光的高度反射表面使輻射傳熱最小化，如美國專利6，347，719中所述。因此，存在對飛行器低溫儲罐的需求，其可以提供長期儲存，并且其特征在于低重量。而且，該儲罐需要連同以滿足燃料需要的速度提供低溫燃料的其他飛行器系統(tǒng)操作，并且使用使飛行器的綜合效率最大化的系統(tǒng)。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式滿足這些和其他要求， 并且進(jìn)一步提供相關(guān)的優(yōu)勢。發(fā)明概述在各種實(shí)施方式中，本發(fā)明解決上述提及的一些或者全部需求，提出提供高水平的每體積能量儲存的低溫儲罐，具有長時(shí)間容納流體的能力，在其使用中是柔性的，并且相對于可容納的液體的重量是極其輕量的。本發(fā)明特征在于構(gòu)造為在流體儲存空間內(nèi)儲存液體形式的低溫流體的儲罐壁。在第一方面，儲罐特征在于重力底部和重力頂部，并且限定和充分圍繞流體儲存空間的壁的特征在于重力頂部附近的熱傳導(dǎo)性與重力底部附近的熱傳導(dǎo)性不同。有利地，該特征允許儲罐設(shè)計(jì)者改變(例如，減小)不同填充水平下儲罐的燃燒 (burn-off)速度之間的差異。該特征考慮的事實(shí)是燃燒速度主要與和低溫液體實(shí)際接觸的儲罐表面積相關(guān)(與蒸氣形式的流體接觸的表面積相反)。在第二方面，儲罐包括形成硬外層、柔性外層和由多個(gè)區(qū)段制成的一個(gè)或多個(gè)中間層的壁，這些區(qū)段的每一個(gè)具有側(cè)面周邊，該側(cè)面周邊在側(cè)面緊靠一個(gè)或多個(gè)其他區(qū)段的側(cè)面周邊以側(cè)面地延伸遍及所述壁。所述區(qū)段被構(gòu)造成使得壁的特征在于不具有這樣的側(cè)面延伸部分——每一個(gè)中間層完全地在其上具有延伸的周邊從而形成側(cè)面延伸的絕熱縫隙。該構(gòu)造的優(yōu)勢是可以用易處理的片構(gòu)造并且然后裝配壁的氣凝膠絕熱體部分，該部分是大的和典型地彎曲的結(jié)構(gòu)。而且，對于給定的儲罐設(shè)計(jì)，通過僅改變覆蓋壁的任何給定部分的那些片可以改變該壁部分的熱傳導(dǎo)性。因此，基于儲罐的預(yù)期用途，通過僅改變異于基本設(shè)計(jì)的儲罐絕熱的部分，可以按照熱傳導(dǎo)性的特定變化定制每一個(gè)制造的儲罐。在第三方面，在限定和充分圍繞流體儲存空間的最內(nèi)層周圍是從流體儲存空間內(nèi)延伸至流體儲存空間外并且形成產(chǎn)生蒸氣屏蔽(vapor shield)的通道的第一組一個(gè)或多個(gè)管。第二組一個(gè)或多個(gè)管適合作為從流體儲存空間內(nèi)延伸至流體儲存空間外而沒有被配置用作蒸氣屏蔽的通道。轉(zhuǎn)換裝置被構(gòu)造用于控制來自第一和第二組管的相對流速，以控制蒸氣屏蔽的功能水平。使用本發(fā)明的該方面提供了儲罐的燃燒速度的主動調(diào)節(jié)，而通常不必?fù)p失能量以驅(qū)動儲罐內(nèi)的加熱器，并且通過用主動控制的蒸氣屏蔽代替一些絕熱體允許儲罐在結(jié)構(gòu)上更薄和更輕。從優(yōu)選實(shí)施方式的下列詳細(xì)描述，考慮附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將變得明顯，附圖通過舉例圖解了本發(fā)明的原理。如下所述使人能夠建立和使用本發(fā)明實(shí)施方式的具體優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述并非意欲限制列出的權(quán)利要求，而是，其意欲作為要求保護(hù)的發(fā)明的具體實(shí)施例。附圖簡述

圖1是包括具體體現(xiàn)本發(fā)明的儲罐的飛行器的正視圖。圖2是圖1中所描述的儲罐的壁的一部分的剖面圖。圖3是圍繞硬殼和頸部的第一氣凝膠層的透視圖，其并入圖1中描述的儲罐。圖4是在形成圖3中描述的氣凝膠層中使用的五個(gè)單獨(dú)區(qū)段的視圖。圖5是圖3中描述的第一氣凝膠層的透視圖的一部分，進(jìn)一步描述了單獨(dú)區(qū)段。圖6是圖1中描述的儲罐的剖面圖，其示出儲罐的壁的厚度。圖7是并入圖1中描述的儲罐的蒸氣屏蔽的描述。圖8是圖7中描述的蒸氣屏蔽和儲罐壁的局部剖面圖。圖9是圖1中描述的儲罐的基本結(jié)構(gòu)布局連同各種連接的剖面圖。圖10是圖4中描述的氣凝膠層之一的單獨(dú)區(qū)段的剖面圖。圖11是在本發(fā)明下用于制造儲罐的可選實(shí)施方式構(gòu)造工具。
優(yōu)選實(shí)施方式詳述通過參考下列詳細(xì)說明可以更好地理解上述概述的和所列出權(quán)利要求限定的發(fā)明，應(yīng)連同附圖閱讀詳細(xì)說明。如下所述使人能夠建立和使用本發(fā)明具體實(shí)施的本發(fā)明具體優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述并非意欲限制列出的權(quán)利要求，而是，其意欲提供列出的權(quán)利要求的具體實(shí)施例。參考圖1，本發(fā)明的典型實(shí)施方式屬于高空高續(xù)航力的飛行器的液態(tài)氫儲罐。該實(shí)施方式很適合用于無人駕駛的長期飛行器101，該飛行器被構(gòu)造為在同溫層中飛行。飛行器包括一個(gè)或多個(gè)儲罐103以運(yùn)載氫燃料。用管子輸送從儲罐氣化的氫氣至能量轉(zhuǎn)換器 105(其典型地是燃料電池或者內(nèi)燃機(jī))。能量轉(zhuǎn)換器或者在發(fā)動機(jī)中燃燒氫以產(chǎn)生軸動力轉(zhuǎn)動一個(gè)或多個(gè)螺旋槳107和/或產(chǎn)生電以給載荷(payload) 109供電，或者在燃料電池中使氫與來自空氣的氧反應(yīng)以產(chǎn)生電。然后該電用于給推進(jìn)電動機(jī)和載荷供電。儲罐的特征在于許多獨(dú)特的方面，其中每一個(gè)可單獨(dú)地使用，或者與其他方面的一個(gè)或多個(gè)結(jié)合使用。其構(gòu)造為這樣的壁，其充分圍繞流體儲存空間，并且具有形成流體儲存空間的內(nèi)部硬殼，以及外部絕熱體。由數(shù)個(gè)氣凝膠的層形成外部絕熱體，氣凝膠被裝入氣密封的柔性封袋(cover)和所述硬殼之間。吸出空氣以在硬殼和柔性氣密封封袋之間形成真空。由多個(gè)區(qū)段制成每一層，多個(gè)區(qū)段類似于拼圖組合在一起以充分圍繞硬殼和流體儲存空間，使得層側(cè)面地延伸遍及所述壁。區(qū)段具有限定邊緣的側(cè)面周邊，每層的邊緣僅在儲罐壁周圍的單一點(diǎn)與其它層的邊緣交疊。對于本申請，術(shù)語側(cè)面應(yīng)理解為指在考慮的圓周位置平行于硬殼的局部表面的方向。當(dāng)飛行器使用氫燃料時(shí)，儲罐中的液面減小，從而減小硬殼和液態(tài)氫之間的有效直接傳熱面積。調(diào)節(jié)絕熱以使大部分的熱的傳遞更接近儲罐的底部，因此減緩改變有效直接傳熱面積的影響。絕熱體還包括蒸氣屏蔽，S卩，圍繞儲罐的一系列的管，并且管連接儲罐的內(nèi)部與儲罐外面的外部輸入管道。另一系列的管是直接的出口，該出口連接儲罐與外部輸入管道，不形成蒸氣屏蔽。來自儲罐的液體被蒸發(fā)并從儲罐吸出，可以通過蒸氣屏蔽管道任選地吸出以吸收外部熱量，并且從而減少進(jìn)入儲罐的熱流?？蛇x地，可以從儲罐經(jīng)過其他的、直接出口通道撤出液體，這不引起到儲罐的熱流通過蒸氣屏蔽的作用而發(fā)生減小。使用閥以控制液體流動經(jīng)過的通道。通過掌控經(jīng)過蒸氣屏蔽和直接出口通道的相對流速，可以主動地調(diào)節(jié)進(jìn)入儲罐的熱流，從而減少使用電流或者其他方式以將熱量引入儲罐中的需要，并且從而調(diào)節(jié)液體的汽化。層狀的氣凝膠更具體地，參考圖2，本發(fā)明第一實(shí)施方式下的液體儲罐形成限定和充分圍繞流體儲存空間即內(nèi)部儲罐Iio的壁109。壁的結(jié)構(gòu)部分包括硬殼111、真空阻擋膜117、以及硬殼和真空阻擋膜之間的一個(gè)或多個(gè)中間絕熱層。絕熱層(一個(gè)或多個(gè))在真空中，提供絕熱， 并且支撐真空引起的外部壓力負(fù)荷。更具體地，具有第一中間氣凝膠絕熱層113，和第二中間氣凝膠絕熱層115。在該實(shí)施方式中，硬殼直接確定流體儲存空間的界限，并且具有適合于容納液態(tài)氫防止?jié)B透的材料和構(gòu)造。其載荷承載能力被設(shè)計(jì)為承載內(nèi)部設(shè)計(jì)壓力(典型地可能在20至80psi的范圍)。
在討論該實(shí)施方式的上下文中，關(guān)于壁的構(gòu)造而言，可以認(rèn)為硬殼111和真空阻擋膜117為外層，即使殼相對于儲罐的總體構(gòu)造形成壁的內(nèi)表面。因此，關(guān)于壁而言，硬殼是硬外層和真空阻擋膜是柔性的外層，而絕熱層是內(nèi)層。參考圖2-4，硬殼111和真空阻擋膜117之間的每一個(gè)中間氣凝膠絕熱層113&115 由多個(gè)區(qū)段121制成，例如，第一層113由第一層區(qū)段制成，以及第二層115由第二層區(qū)段制成。對每一層，每一區(qū)段的特征在于側(cè)面周邊123，其在側(cè)面緊靠該層的一個(gè)或多個(gè)其他區(qū)段的側(cè)面周邊，使得區(qū)段以類似拼圖的方式在整個(gè)壁組合在一起，以圍繞和充分覆蓋整個(gè)硬殼111。第一和第二層的區(qū)段具有不同的構(gòu)造，使得對于每一個(gè)第一層區(qū)段，沒有第一層區(qū)段的周邊部分既平行于任何第二層區(qū)段的周邊部分延伸又徑向地與任何第二層區(qū)段的周邊部分交疊。因此，兩層形成至多具有在其上沒有氣凝膠的單點(diǎn)位置(而不是側(cè)面延伸的線)的絕熱層，并且壁的特征在于沒有這樣的側(cè)面延伸部分，每一個(gè)中間層完全地在該部分上具有延伸的周邊，以至在壁絕熱體中具有徑向縫隙，該徑向縫隙延伸一定距離，形成側(cè)面延伸的絕熱縫隙。在具有三個(gè)或更多完整的中間氣凝膠層(即，充分圍繞硬殼的絕熱層)的可選實(shí)施方式中，兩層可具有這樣的側(cè)面延伸部分——完全地在該部分上兩層均具有延伸的周邊，只要附加的一個(gè)或多個(gè)層覆蓋該側(cè)面延伸部分，使得至多僅有在其上沒有氣凝膠的單點(diǎn)位置。在另一可選的實(shí)施方式中，更加復(fù)雜的氣凝膠形狀可形成為來自所述實(shí)施方式的附連或者合并的第一和第二層片的結(jié)合。與前面描述的可選實(shí)施方式相同，該實(shí)施方式的壁的特征在于不具有這樣的側(cè)面延伸部分——完全地在該部分上每一個(gè)中間層具有延伸的周邊，以至在壁絕熱體中具有沿一定距離延伸的徑向縫隙。柔性的真空阻擋膜層是圍繞絕熱的中間層的袋的形式。硬的和柔性的儲罐層互相密封以形成容納絕熱層的氣密封室，并且從該氣密封室吸出空氣以充分形成真空。真空足以接近完全真空以作為低溫液體的良好絕熱體，如在本領(lǐng)域已知的。在該實(shí)施方式中，柔性的層是壁的外側(cè)上的外層，以及硬殼是壁的內(nèi)側(cè)上的相對剛性的(即，承載載荷的)層。其他構(gòu)造在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。參考圖5，除第一中間層氣凝膠絕熱區(qū)段121之外，不是層的一部分并且可能比層區(qū)段薄的單獨(dú)區(qū)段131也用于阻止經(jīng)過任何單點(diǎn)位置的熱滲漏一一在單點(diǎn)位置上每一個(gè)中間層具有延伸的周邊以至在壁絕熱體中存在線性的徑向縫隙。未在該圖中表示的第二中間層具有這樣的周邊——其在單獨(dú)區(qū)段的點(diǎn)處位于第一中間層的周邊上面。在該實(shí)施方式中，單獨(dú)區(qū)段131在單點(diǎn)位置上方形成小塊，并且具有不在側(cè)面緊靠任何其他單獨(dú)區(qū)段的側(cè)面周邊的側(cè)面周邊。它們位于第一和第二層113&115之間，但是在其他實(shí)施方式中，它們可以在第一層和硬殼111之間，或者在第二層和真空阻擋膜117之間。改變的絕熱效率當(dāng)儲罐在使用中時(shí)，熱量主要經(jīng)過直接與低溫流體接觸的儲罐壁的部分傳導(dǎo)進(jìn)入儲罐，而不是經(jīng)過容納作為蒸氣的流體的儲罐部分。結(jié)果，在所有環(huán)境因素保持不變的情況下，隨著與儲罐中現(xiàn)存流體液面相關(guān)的表面積下降，氣化速度下降。對同溫層飛行器，這是不一定起反作用，因?yàn)楫?dāng)儲罐并且因此飛行器重量更少時(shí)飛行器典型地需要更少的燃料保持飛行。然而，對任何給定的飛行器，預(yù)期的平均飛行模式的特征可能在于當(dāng)氣化速度僅隨燃料液面表面積改變時(shí)，接近結(jié)束時(shí)過小或者過大的氣化，如上所述。當(dāng)儲罐中氣化過小時(shí)，一些類型的加熱器諸如電加熱器可用于提高氣化速度。這樣提供適當(dāng)?shù)娜剂狭鲃?，但是花費(fèi)可另外地用于延長飛行器的飛行時(shí)間的能量。當(dāng)氣化過大時(shí)，或者必須傾倒過剩的燃料，或者必須使用額外的冷卻機(jī)構(gòu)以降低氣化速度。任一種情況引起限制飛行時(shí)間的效率低下。通過調(diào)節(jié)在平均預(yù)期飛行的環(huán)境條件下發(fā)生的自然發(fā)生的氣化速度，本發(fā)明限制這些效率低下。通過調(diào)節(jié)儲罐的壁上的熱傳導(dǎo)性調(diào)節(jié)氣化速度，使得基于儲罐的液面表面積實(shí)現(xiàn)氣化速度的更好無源控制。參考圖1、2和6，在飛行器101內(nèi)，儲罐103是這樣定向的，使得其特征在于重力底部201和重力頂部203。限定和充分圍繞流體儲存空間即內(nèi)部儲罐110的壁的特征在于在重力頂部和重力頂部附近比在重力底部和重力底部附近的熱傳導(dǎo)性低。應(yīng)當(dāng)理解，該描述明確地指壁本身的傳熱性，其區(qū)別于可能存在于重力頂部和/或底部的任何連接硬件(例如，頸部)的熱傳導(dǎo)性。在該實(shí)施方式中，壁包括多個(gè)部分，多個(gè)部分包括底部部分205，其容納和包括重力底部201，以及頂部部分207，其容納和包括重力頂部203。遍及多個(gè)部分的每一部分，壁的特征在于恒定的熱傳導(dǎo)性。頂部部分的熱傳導(dǎo)性低于底部部分的熱傳導(dǎo)性，即，頂部部分是比底部部分更好的絕熱體。在描述的實(shí)施方式中，存在壁的兩部分，頂部壁部分由比底部壁部分的氣凝膠層厚的氣凝膠層構(gòu)成。結(jié)果，由于頂部附近的更好絕熱，熱通量的大部分通過底部發(fā)生，并且氣化速度比起液面下降時(shí)經(jīng)過儲罐的頂部部分另外發(fā)生的變化更小。在可選的實(shí)施方式中，熱傳導(dǎo)性從重力頂部至重力底部連續(xù)地變化，或者以調(diào)節(jié)液體流經(jīng)的每一液面期望熱通量的方式變化?？梢酝ㄟ^改變絕熱體厚度，或者改變熱傳導(dǎo)性，諸如通過使用多于一種類型或者密度的絕熱體，進(jìn)行這種調(diào)節(jié)。通過改變在任何給定流體液面下儲罐緯度方向的圓周周圍的導(dǎo)熱性，以及通過根據(jù)流體液面改變導(dǎo)熱性，可以進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)。對于以下事實(shí)，這可能有助于進(jìn)行彌補(bǔ)儲罐赤道(其將重力底部一半與重力頂部一半分開)周圍的緯度帶的表面積大于取自儲罐中更高或更低緯度的相等寬度緯度帶的表面積。通過使用在儲罐的一個(gè)緯度末端(例如，頂部)比另一末端較不導(dǎo)熱的絕熱體結(jié)構(gòu)，可完成本方面的熱傳導(dǎo)性改變。例如，在上述實(shí)施方式中，覆蓋區(qū)段周邊123中單點(diǎn)重疊部分的氣凝膠的單獨(dú)區(qū)段131在儲罐中單獨(dú)區(qū)段的高度上(即，與重力頂部的接近度) 可變化。例如，單獨(dú)區(qū)段在儲罐的頂部附近可比其在底部附近更厚，或者其在儲罐的頂部附近可以側(cè)面地更大，或者在底部附近的位置其甚至可以不在儲罐上。應(yīng)當(dāng)注意，最后的選擇可能提供一些結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檎婵兆钃跄?17由各氣凝膠區(qū)段相對真空支撐，并且僅單獨(dú)區(qū)段131在不同水平的單點(diǎn)重疊部分區(qū)段周邊提供此支撐。蒸氣屏蔽參考圖觀7，儲罐103被進(jìn)一步構(gòu)造具有蒸氣屏蔽以更好地使容納低溫液體的流體儲存空間與儲罐放置的環(huán)境條件隔絕。流體儲存空間定義為內(nèi)部儲罐110。蒸氣屏蔽圍繞硬殼111的至少一部分延伸，硬殼111形成限定和充分圍繞流體儲存空間的最內(nèi)層。蒸氣屏蔽包括第一組一個(gè)或多個(gè)管301，其被構(gòu)造為繞在最內(nèi)層(例如，硬殼111)的外面延伸，并且適于形成低溫蒸氣(來自低溫液體)的環(huán)繞通道，以用作在最內(nèi)層的至少一部分周圍的蒸氣屏蔽。該第一組管從流體儲存空間的重力上部末端305內(nèi)的入口延伸至形成環(huán)繞通道的管部分303，并且最后至流體儲存空間外的出口 307。形成環(huán)繞通道的管部分303優(yōu)選地是輕量的，具有良好熱傳導(dǎo)性。管部分303的合適的材料是鋁。在描述的實(shí)施方式中，從第一組一個(gè)或多個(gè)管形成兩個(gè)環(huán)繞通道。在頂部集合管(manifold) 308處兩個(gè)通道分離，并且在底部集合管309處再結(jié)合。第二組一個(gè)或多個(gè)管311適合作為從流體儲存空間的重力上部末端305內(nèi)的入口延伸至流體儲存空間外的出口 313的第二通道，但是被構(gòu)造為沒有形成適于作為儲罐蒸氣屏蔽的環(huán)繞通道的部分。第一和第二組管均適于按照飛行器使用所需從儲罐充分提供蒸發(fā)的液體(燃料)。任選地，第一和第二組管從其入口至頂部集合管308可以是一體的。蒸氣屏蔽被構(gòu)造具有轉(zhuǎn)換裝置321，其被構(gòu)造來控制和調(diào)節(jié)來自第一和第二通道的出口 307、313的相對流速，使得飛行器可以可控制地從任一來源吸出蒸氣?；谄谕麣饣俣?即，期望的反應(yīng)物流速)和不使用蒸氣屏蔽而在環(huán)境條件中發(fā)生的氣化速度之間的差異，控制系統(tǒng)323控制轉(zhuǎn)換裝置以控制儲罐的氣化速度。換言之，其被構(gòu)造基于儲罐內(nèi)含物的熱量要求以及飛行器的需要，改變經(jīng)過兩個(gè)通道的相對流速。應(yīng)當(dāng)注意，轉(zhuǎn)換裝置1) 可以僅作為開-開型開關(guān)(或者兩個(gè)開-關(guān)型開關(guān))進(jìn)行操作，其利用平均達(dá)到期望的蒸氣屏蔽活動速度的工作循環(huán)；2)可被構(gòu)造來可控制地提供來自兩個(gè)通道的部分流量；或者 3)可被構(gòu)造為既可控制地提供部分流量又利用平均達(dá)到期望的蒸氣屏蔽活動速度的工作循環(huán)。在操作中，隨著氣化氣體流動經(jīng)過蒸氣屏蔽，儲罐的熱量進(jìn)入速度減小至另外方式的大約估計(jì)60%——假設(shè)220K環(huán)境溫度。另外方式滲透進(jìn)入儲罐的熱量改為在其傳送至儲罐外面之前轉(zhuǎn)至加熱流動經(jīng)過蒸氣屏蔽的氣體。儲罐內(nèi)的對應(yīng)的氣化速度減小相同的因數(shù)——假設(shè)儲罐壓力保持不變。實(shí)踐中，可能允許儲罐壓力在一些范圍內(nèi)變化，并且氣化氣體經(jīng)過蒸氣屏蔽的時(shí)間的相對量用作對儲罐壓力的緩慢控制。如所描述，轉(zhuǎn)換裝置321位于流體儲存空間外，其提供環(huán)境條件下的操作。在可選的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)換裝置可以在儲罐(例如，在通道的入口)內(nèi)。這樣可能需要能夠操控低溫溫度的更加耐用的轉(zhuǎn)換裝置。形成蒸氣屏蔽的圍繞通道的(第一組一個(gè)或多個(gè)管301的)管部分303進(jìn)一步被構(gòu)造具有熱傳導(dǎo)性散熱器(heat spreader)331，其被構(gòu)造來擴(kuò)散蒸氣屏蔽的屏蔽效應(yīng)至環(huán)繞通道之間的區(qū)域。散熱器由熱傳導(dǎo)的材料組成，并且可以具有與形成蒸氣屏蔽的管部分 303相同的材料。通過提供與低熱阻抗連接的裝置，散熱器基本沿著沿散熱器中心的直線連接至管部分?？尚械姆椒ㄊ浅暫附樱蛘邿醾鲗?dǎo)的低溫粘合劑。因此，可以任選地經(jīng)過兩個(gè)途徑之一輸送氣化的氫(1)直接離開儲罐至其消耗的位置，或者( 經(jīng)過可嵌入氣凝膠絕熱體內(nèi)的作為蒸氣屏蔽的一部分的一個(gè)或多個(gè)管。 經(jīng)過蒸氣屏蔽輸送的氫蒸氣導(dǎo)致減小的熱滲透并且因此減小氣化速度。通過用變化的工作循環(huán)在氣體途徑之間轉(zhuǎn)換，可以連續(xù)改變進(jìn)入儲罐的平均熱量滲透，允許氣化速度與飛行器的變化的燃料消耗需求相匹配，而不廣泛使用補(bǔ)充加熱器或者沒有燃料滲出(bleeding) 以及相關(guān)的廢棄能量。如果有時(shí)需要的氫消耗太高，儲罐中壓力可能下降，即使當(dāng)控制最大熱滲透的閥
10時(shí)(即，不使用蒸氣屏蔽)。在這種情況下，補(bǔ)充的電阻加熱器(參考圖9描述和表示的) 可以增加需要的熱量以保持期望的壓力。在其他時(shí)候，如果氫消耗速度太低，儲罐中壓力可上升，甚至所有的氣化氣體經(jīng)過蒸氣屏蔽。在這種情況下，必須排出(和廢棄)過量的氫蒸氣。但是，預(yù)期這些情況是不常見的，特別是因?yàn)榘凑疹A(yù)期的應(yīng)用可以精確地調(diào)節(jié)儲罐上絕熱的量。預(yù)期的是，通過控制閥工作循環(huán)以調(diào)節(jié)蒸氣屏蔽的使用，可以適應(yīng)多數(shù)的氫氣化速度。對于多數(shù)儲罐和應(yīng)用，預(yù)期的是以分鐘度量，閥-轉(zhuǎn)換時(shí)間可以是大的。具有多于一組的管在本發(fā)明的范圍內(nèi)，它們每一組單獨(dú)地起蒸氣屏蔽的作用，并且通過開關(guān)321和控制系統(tǒng)323每一組是可單獨(dú)地控制的。因此，可配置一組管用于冷卻儲罐的一部分，并且可配置另一組管用于冷卻儲罐的第二部分。協(xié)同作用本發(fā)明的三個(gè)方面具有許多協(xié)同作用。例如，使用第一方面的層狀的和分區(qū)段的構(gòu)造提供了構(gòu)造具有定制設(shè)計(jì)的熱梯度(在本發(fā)明的第二方面下)的每一個(gè)儲罐?？梢远嘤谝环N的熱構(gòu)造制造每一層的每個(gè)區(qū)段，例如，可構(gòu)造為具有兩種不同的厚度或者兩種不同的氣凝膠密度。當(dāng)要制造具體的儲罐時(shí)，儲罐設(shè)計(jì)者按照飛行計(jì)劃的過程首先建立儲罐的平均預(yù)期熱要求，然后將其與預(yù)期的環(huán)境條件比較，以確定在每一個(gè)不同液面的熱要求。 利用那些信息，可對儲罐的每一個(gè)區(qū)段緯度確定絕熱的水平，并且因此可設(shè)定每一層區(qū)段的熱質(zhì)量。任選地，可提供儲罐設(shè)計(jì)者基本設(shè)計(jì)，以及以各種熱傳導(dǎo)性提供的一組層區(qū)段， 使得可以在不同的流體液面改變基本設(shè)計(jì)。在另一協(xié)同作用中，參考圖8，形成蒸氣屏蔽的環(huán)繞通道的管部分303在硬殼111 和柔性的蒸氣阻擋層117之間，并且典型地在第一和第二中間(氣凝膠)層113&115之間， 嵌入緊靠另一個(gè)中間層表面的中間層表面中(如所描述)，或者在與管部分具有相同厚度的層中的縫隙之間延伸，因此成為該層的一部分。在這些選擇的后者，在第一中間層和第二中間層之間典型地具有第三中間層，第三中間層由多個(gè)第三層區(qū)段制成，并且一個(gè)或多個(gè)管被構(gòu)造用作蒸氣屏蔽，每一個(gè)第三層區(qū)段具有側(cè)面周邊，該側(cè)面周邊在側(cè)面緊靠其他多個(gè)第三層區(qū)段的一個(gè)或多個(gè)的側(cè)面周邊，或者一個(gè)或多個(gè)管之一的側(cè)面以側(cè)面地延伸遍及所述壁。在這些選擇的任一種中，可安排管部分303以使散熱器331延伸跨過較低絕熱的區(qū)域并且使較低絕熱的區(qū)域絕熱，較低絕熱的區(qū)域諸如區(qū)段121的周邊1 和周邊的單點(diǎn)重疊部分。在第三協(xié)同作用中，實(shí)施方式可具有多于一組的管，它們每一組單獨(dú)地起蒸氣屏蔽的作用，并且每一組通過開關(guān)可單獨(dú)地控制。例如，可配置一組管用于冷卻儲罐的重力頂部部分，和可配置另一組管用于冷卻儲罐的重力底部部分。在飛行的初期，當(dāng)燃料在儲罐的頂部部分中時(shí)，可使用上部的一組蒸氣屏蔽管以形成或者增加本發(fā)明第二方面的絕熱效率的變化水平。然后兩組管可在當(dāng)僅需要最小的燃料使用時(shí)的條件下使用，并且當(dāng)流體液面下降至較低的部分并且經(jīng)過上部部分的熱流變得不重要時(shí)在后面部分的飛行中可僅使用較低的一組管。作為實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的結(jié)果，實(shí)施方式提供用于飛行器應(yīng)用的儲存液態(tài)氫的實(shí)用的和輕量的裝置。通過飛機(jī)的動力系統(tǒng)消耗氣化氫氣以提供推動力和其他能量載荷。各種實(shí)施方式的特征在于許多優(yōu)勢的結(jié)合，這些優(yōu)勢可包括1)較低的重量分?jǐn)?shù) (表示為儲罐的重量/運(yùn)載的氫的重量)；2)可以不需要剛性外層儲罐；3)可以不需要拋光的和/或電鍍的儲罐表面；4)可在大的范圍內(nèi)控制地調(diào)節(jié)氫氣輸送的速度，預(yù)期范圍大小大約為1.7 1，而不使用電加熱器力)低的制作成本；和6)高度可調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)，其允許按照具體的規(guī)格設(shè)計(jì)氫氣化速度。其他結(jié)構(gòu)考慮因素參考圖9，如果硬殼111的材料具有如在金屬(例如，鋁或者鈦)中的各向同性的性質(zhì)，殼的預(yù)期形狀是球形的。殼的可選形式，諸如其中通過金屬襯層進(jìn)行儲罐密封并且通過單向復(fù)合材料的外包層承載壓力負(fù)荷的形式，可具有可選的形狀，諸如是等張力體 (geodesic isotensiod)，其是在外包層纖維中提供均一應(yīng)力分布的已知形狀。進(jìn)入內(nèi)部儲罐110是通過連接于并密封至硬殼111的重力頂部的頸部401。頸部是這樣的裝置，通過它將內(nèi)部殼密封至外部真空阻擋膜117，并且其可以提供儲罐的外部和內(nèi)部之間的所有連接。這些連接連接至包括以下的設(shè)備液體注入口(filled port)403, 排氣孔405、形成蒸氣屏蔽的第一組一個(gè)或多個(gè)管303、形成用于直接地提供燃料至能量轉(zhuǎn)換器(不形成蒸氣屏蔽)的氣化氣體端口的第二組一個(gè)或多個(gè)管311、安全閥407、安全盤 (burst disk)409、開關(guān)321、以及配置來感測儲罐壓力、液面等的相關(guān)傳感器?？蓪⒁粋€(gè)或多個(gè)電阻加熱元件411貼附于硬殼111的外表面(不與低溫液體接觸)，優(yōu)選地位于或者接近于儲罐的重力底部，以在需要時(shí)提供補(bǔ)充的熱量，用于提高氣化速度?；趦迌?nèi)的壓力和/或飛行器的燃料需求，控制系統(tǒng)(323)控制加熱元件的操作。向儲罐增加補(bǔ)充的熱量的另一任選的方式是使加熱的氫氣返回儲罐。在實(shí)施方式的該變型中，用來自能量轉(zhuǎn)換器的廢熱加熱氫氣化氣體并且用小型低壓壓縮機(jī)返回至儲罐。如果能量轉(zhuǎn)換器是燃料電池，將加熱去燃料電池的氫，因此加熱氫的同一熱交換器可用于加熱返回的氫。用管道輸送返回的氣體至儲罐底部并且使用插入管413經(jīng)過剩余液體使返回的氣體鼓泡，或者直接吹到液體表面上。補(bǔ)充的開孔泡沫絕熱體可在外面應(yīng)用于真空阻擋膜以細(xì)微地調(diào)整總的熱滲漏。輕量的開孔泡沫諸如聚酰胺泡沫具有卓越的絕熱性質(zhì)，但是不適合用于低溫溫度。這類泡沫在真空阻擋膜外面的應(yīng)用典型地將泡沫經(jīng)歷的最低溫度限制到可接受的水平(即，足夠高以避免深冷抽吸)。任選地，這些泡沫可用于(進(jìn)一步)調(diào)節(jié)不同燃料高度的壁的熱傳導(dǎo)性，如上所述。為在真空阻擋膜和頸部之間提供功能性連接，由具有比硬殼的熱傳導(dǎo)性更低的熱傳導(dǎo)性的金屬制作頸部(例如，硬殼是鋁儲罐，而頸部由不銹鋼構(gòu)成)。使用在低溫儲罐的制造中的已知技術(shù)可以進(jìn)行這兩種不同金屬之間的連接。頸部被構(gòu)造為薄的并且足夠地長以使其遠(yuǎn)端(即，距離儲罐的內(nèi)部最遠(yuǎn)的頂端)絕熱，使得其足夠地溫暖以在飛行中儲罐將經(jīng)歷的所有環(huán)境條件下適應(yīng)所有的連接要求。真空阻擋膜117最初是袋的形式，當(dāng)應(yīng)用于硬殼111上時(shí)其稍微大于氣凝膠的尺寸。通過將許多塊阻擋膜裝配在一起制造該袋。相鄰塊的連接優(yōu)選地通過傳統(tǒng)的熱封，如在商業(yè)真空絕熱板的制造中所使用的。首先從儲罐的重力底部裝配該袋，向上直至儲罐的中間赤道部分。然后將內(nèi)部殼和氣凝膠絕熱體插入該部分完成的袋中，并且通過密封剩余的接縫完成該袋。在儲罐的重力頂部，以真空密封的方式，真空阻擋膜117袋通過頸部401連接至硬殼111。真空阻擋膜是多層層壓件，典型地是一層或多層金屬聚酯膜和/或聚乙烯，諸如典型地在真空絕熱板的制造中使用的。在本實(shí)施方式中，真空阻擋層的冷面(cold side) 是硬殼，即，支撐液態(tài)氫壓力并且形成氫氣逸出的阻擋層的相同結(jié)構(gòu)，而真空阻擋層的暖面 (warm side)是真空阻擋膜。在液體-氫溫度下，袋材料典型地是易碎的，并且不能容忍彎曲。真空阻擋膜117 袋和頸部401之間的連接必須構(gòu)造成避免當(dāng)充滿儲罐并將其在飛行器上運(yùn)載時(shí)損壞袋。用手持熱封機(jī)將形成袋的面的表面密封在一起以留出開口，該開口與頸部上預(yù)期的密封表面的尺寸基本上相同。首先用設(shè)計(jì)用于聚烯烴諸如聚乙烯的溶劑基粘合劑涂布將結(jié)合至頸部的袋的部分并使其干燥。這一層作為底漆。然后用等級為液態(tài)氫溫度類型的室溫固化環(huán)氧樹脂將該涂底漆的袋表面結(jié)合至頸部。將袋的多余片粘合或者向下貼在(tap down)在頸部附近以避免彎曲，當(dāng)儲罐充滿且是冷的時(shí)候彎曲可能使膜破裂。不銹鋼頸部的距離必須足夠長以保證與袋結(jié)合的外表面接近環(huán)境溫度。加熱器可用于保證袋至頸部的過渡部分保持溫暖。夾圈(clamping collar)可用于提供壓縮至接合處。構(gòu)造以后，氣凝膠絕熱體中以及外部袋和內(nèi)部殼之間的空間中的氣體/空氣被抽吸至大約優(yōu)選地小于2.0托的壓力。附連在頸部上的配件和管提供至真空空間的入口。優(yōu)選地用低傳導(dǎo)性的金屬諸如不銹鋼制造管。在管的末端，t形連接提供進(jìn)入真空空間的真空閥和監(jiān)測真空水平的真空壓力傳感器。當(dāng)儲罐容納液態(tài)氫時(shí)真空水平進(jìn)一步提高，因?yàn)槭Ｓ嗟目諝庠谟矚さ谋谏蟽鼋Y(jié)。由于真空中的氣凝膠層和內(nèi)部儲罐仍在大氣壓下，將對內(nèi)部殼具有少量的產(chǎn)生的外部壓力。這是施加在阻擋膜的外側(cè)上的大氣壓的結(jié)果。產(chǎn)生的載荷通過氣凝膠轉(zhuǎn)移至內(nèi)部殼。表觀外部壓力是環(huán)境大氣壓與真空阻擋層的外部直徑與內(nèi)部殼直徑之比的平方的乘積。如果內(nèi)部儲罐在環(huán)境大氣壓下，結(jié)果是純外部壓力，引起環(huán)形壓縮(hoop compression)。通過在真空下強(qiáng)加儲罐壁的氣凝膠絕熱層的穩(wěn)定作用，減少彎曲的可能性。 此外，由于對于典型的設(shè)計(jì)，與內(nèi)部殼的直徑相比絕熱體相當(dāng)薄，殘留的外部壓力相當(dāng)小， 大約為一個(gè)大氣壓的2%至3%。氣凝膠的最佳配方是儲罐設(shè)計(jì)參數(shù)的函數(shù)。氣凝膠優(yōu)選地包括遮光劑諸如炭黑以減少輻射傳熱。一個(gè)具體的功能需求是在飛行器暴露的所有高度，氣凝膠必須支撐表現(xiàn)為擠壓外部真空阻擋膜和內(nèi)部殼之間的氣凝膠的大氣壓力。不是所有的氣凝膠都能夠支撐該載荷而基本不壓碎。可以以不同的密度生產(chǎn)氣凝膠。如果應(yīng)用于本申請，低密度氣凝膠在增加生成物密度并且降低熱性能的載荷下可以部分地壓碎。本申請最佳的氣凝膠通常是在一個(gè)大氣壓壓縮載荷下時(shí)具有導(dǎo)熱性和密度之積的最小值的氣凝膠。導(dǎo)熱性-密度乘積的最小化導(dǎo)致最低的絕熱體質(zhì)量(盡管對于具有相同導(dǎo)熱性-密度乘積的不同材料，具有最高密度/最低導(dǎo)熱性的材料是優(yōu)選的，因?yàn)榻^熱體的厚度將最小化)。減小絕熱體厚度有兩個(gè)好處如上所述減小內(nèi)部殼的殘留壓縮，并且減小與較大總直徑相關(guān)的熱傳導(dǎo)增加。導(dǎo)熱性隨溫度變化，所以最佳材料將取決于儲罐應(yīng)用的具體內(nèi)部和外部溫度?？梢酝ㄟ^許多不同的方式支撐儲罐。在一個(gè)方式中，在上部和下部重力末端支撐儲罐。在上部末端，通過與頸部的結(jié)構(gòu)連接完成該方式。在下部末端，通過連接至第二底部頸部完成該方式，使用與第一(頂部)頸部相同的技術(shù)使第二底部頸部連接至袋。第二頸部也允許蒸氣屏蔽通道在儲罐的與其進(jìn)入的(頂部)側(cè)相反的(底部)側(cè)離開壁。
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這是按照儲罐制造者的優(yōu)選支撐方法，并且是意欲用于飛行儲罐的方法。用該方法，在北極(上部重力)和南極(下部重力)加強(qiáng)儲罐硬殼厚度，在儲罐的其余部分周圍則是薄的。在硬殼構(gòu)造期間進(jìn)行焊接的赤道處厚度也增大。在該支撐方法中，北極配件支撐垂直的、縱向的、側(cè)面的和懸擺的載荷。因?yàn)橛捎陟o態(tài)和熱載荷儲罐可能輕微地收縮或者伸長，南極配件僅支撐側(cè)面的和縱向的載荷。這樣保證沒有壓縮載荷引入儲罐。必須設(shè)計(jì)北極和南極配件，以保證飛行載荷可經(jīng)由配件轉(zhuǎn)移同時(shí)保證存在足夠長的熱途徑。在支撐儲罐的可選方式中，制造輕質(zhì)材料的環(huán)形支撐環(huán)，其具有角度與儲罐的外部輪廓匹配的表面。環(huán)的直徑小于儲罐的直徑，并且選擇環(huán)的直徑以使儲罐中重力產(chǎn)生的應(yīng)力最小化(考慮液面的全部范圍)。選擇環(huán)與儲罐之間接觸表面積的大小以形成低的平均接觸壓力，該低的平均接觸壓力能夠在沒有過多壓縮的情況下由氣凝膠支撐?？梢詫⑾嗨频沫h(huán)形環(huán)置于儲罐的頂部側(cè)以確保儲罐在湍流中或者其他不同的載荷條件下安全地固定在適當(dāng)?shù)奈恢??？赏ㄟ^許多常規(guī)的結(jié)構(gòu)元件包括受拉構(gòu)件、壓縮構(gòu)件、或者梁連接環(huán)形環(huán)至飛行器結(jié)構(gòu)。儲罐構(gòu)造在最終的儲罐中，通過施加的真空，將氣凝膠有效地保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。在其自然狀態(tài)，氣凝膠通常是粉末或者珠，所以需要臨時(shí)工具將氣凝膠置于適當(dāng)?shù)奈恢茫钡绞┘诱婵?。參考圖2-4&10，在本發(fā)明的構(gòu)造方法中，使用方便的鋪片模式，以氣凝膠的包裝區(qū)段121對硬殼111鋪片。如上所述，區(qū)段成形，以形成第一層。設(shè)定每一個(gè)區(qū)段鋪片的尺寸以允許包裝的氣凝膠區(qū)段彎曲，與硬殼的球體疏松接觸。經(jīng)驗(yàn)表明具有儲罐圓周的大約 10%的最大尺寸的鋪片是實(shí)用的。如前所討論，圖4顯示以40個(gè)鋪片覆蓋球形儲罐的五種鋪片模式的樣品。對球形儲罐，可選的鋪片方法可以是類似足球的模式。其他模式在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。氣凝膠鋪片由預(yù)壓縮的不透明化的氣凝膠粉末501片制成，其被切割成適當(dāng)?shù)匿伷螤畈⑶野b在多孔袋503中，使其能夠被操作。壓縮階段施加的壓力是足夠的，典型地至少是一個(gè)大氣壓，使得在儲罐上、在真空載荷下所得鋪片不顯著地壓縮。多孔袋由熱可收縮的膜構(gòu)成并且在鋪片的周邊附近進(jìn)行密封和修邊。氣凝膠和形成成形和袋裝區(qū)段的方法是商業(yè)上已知的產(chǎn)品。然而，如在此所述，施加這些鋪片到球形儲罐上在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。通過以普通的塑料膜膠帶505(見圖幻將鋪片與鄰接的鋪片粘結(jié)，裝配氣凝膠鋪片至儲罐。膠帶的功能是保持鋪片近似地在適當(dāng)?shù)奈恢?，直到施加真空以拉動鋪片與儲罐緊密接觸和彼此緊密接觸。當(dāng)安裝袋時(shí)聚乙烯收縮包裝的包裝也可用于固定鋪片在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｈ缜八?，?yōu)選地在層中構(gòu)建氣凝膠絕熱體。這導(dǎo)致很多好處。首先，鋪片(區(qū)段 121)之間的接合處可以是交錯(cuò)的，以防止鋪片之間不可避免的小縫隙形成直接從環(huán)境至內(nèi)部殼的絕熱不良的熱流途徑，如上所述。第二，增加多個(gè)較薄的層代替一個(gè)較厚的層導(dǎo)致相對于儲罐直徑更薄的單獨(dú)鋪片，導(dǎo)致更精確的配合，因?yàn)閺钠渫鈧?cè)至其內(nèi)側(cè)鋪片的圓周長度之間差異較小。第三，可以使一個(gè)或多個(gè)內(nèi)層成形為給待嵌入層中的蒸氣屏蔽管提供空間，如上所述。例如，可以對1/4英寸厚的層鋪片，為作為蒸氣屏蔽一部分的1/4英寸管留出空間。參考圖11，在可選的構(gòu)造方法中，使用直接放置粉末狀或者珠狀的氣凝膠在適當(dāng)位置而不需要鋪片或者預(yù)壓縮氣凝膠的方式。裝配工具(fabrication fixture)由殼層結(jié)構(gòu)601組成，制造殼層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形狀以稍大于絕熱儲罐的期望最終外部形狀。沿著經(jīng)過其中心的平面(未圖示)，該工具可分離為兩個(gè)半殼以允許進(jìn)入放置硬殼611。該工具包括通過許多排氣孔605連接到半殼內(nèi)表面上的壓力通風(fēng)系統(tǒng)603。壓力通風(fēng)系統(tǒng)連接至真空源 607。為了裝配，首先在硬殼611和蒸氣屏蔽613上疏松地裝配真空阻擋膜袋609，袋的口未連接至儲罐的頸部。將袋和硬殼/蒸氣屏蔽安裝進(jìn)入所述工具，并且從頂部的頸部支撐，諸如位于硬殼611和殼層結(jié)構(gòu)601之間空間形成的腔的中間。通過內(nèi)部殼的許多小的隔離物將蒸氣屏蔽613及其管道支持在適當(dāng)位置。然后臨時(shí)地連接并且密封袋口至殼層結(jié)構(gòu)601，并且通過壓力通風(fēng)系統(tǒng)603施加真空至袋和殼層結(jié)構(gòu)601的內(nèi)表面之間的空間。因此均勻地向外拉動阻擋膜袋與殼層結(jié)構(gòu)601接觸，如所描繪。袋形成為直徑稍小于殼層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部直徑。當(dāng)相對殼層結(jié)構(gòu)601的壁拉動袋609時(shí)真空輕微地拉長袋609，以保證袋的內(nèi)表面上沒有褶皺?，F(xiàn)在環(huán)形縫隙存在于儲罐的頸部和袋口之間(袋相對于殼層結(jié)構(gòu)被臨時(shí)地密封)?，F(xiàn)在通過該環(huán)形縫隙加入氣凝膠粉末或者珠615，直到完全充滿空間?？梢哉駝?、 用止打錘(dead blow hammer)敲擊、或者搖動裝配工具，以促進(jìn)空間均勻填充而沒有空隙。 在已加入所有的氣凝膠之后，從殼層結(jié)構(gòu)601釋放輕的真空，并且從裝配工具分離袋口，以及用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┯谰玫孛芊庵羶蘅凇，F(xiàn)在如上所述施加真空?？梢韵蚪^熱層中增加吸氣劑(即，用于從真空系統(tǒng)除去微量氣體的反應(yīng)性物質(zhì))以保持真空在期望水平。應(yīng)理解本發(fā)明包括設(shè)計(jì)儲罐和生產(chǎn)儲罐的設(shè)備和方法，以及儲罐本身的設(shè)備和方法。此外，本發(fā)明的各種實(shí)施方式可以合并上述特征的各種結(jié)合。而且，考慮權(quán)利要求比描述的實(shí)施方式更寬。雖然已圖解和說明了本發(fā)明的具體形式，但明顯的是不背離本發(fā)明的精神和范圍可進(jìn)行各種改變。因此，盡管僅參考優(yōu)選的實(shí)施方式詳細(xì)描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解不背離本發(fā)明的范圍可以進(jìn)行各種改變。因此，本發(fā)明并非意欲限于上述討論，并參考所附權(quán)利要求進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)造用于儲存低溫液體的儲罐，所述儲罐的特征在于重力底部和重力頂部，包括限定和充分圍繞流體儲存空間的壁，其中所述壁的特征在于所述重力頂部附近的熱傳導(dǎo)性與所述重力底部附近的熱傳導(dǎo)性不同。
2.權(quán)利要求1所述的儲罐，其中所述壁的特征在于所述重力頂部附近的熱傳導(dǎo)性低于所述重力底部附近的熱傳導(dǎo)性。
3.權(quán)利要求2所述的儲罐，其中所述壁包括多個(gè)部分，所述多個(gè)部分包括容納所述重力底部的底部部分和包括所述重力頂部的頂部部分；遍及所述多個(gè)部分的每一部分，所述壁的特征在于恒定的熱傳導(dǎo)性；和所述頂部部分的熱傳導(dǎo)性低于所述底部部分的熱傳導(dǎo)性。
4.權(quán)利要求3所述的儲罐，其中所述多個(gè)部分由兩部分組成。
5.權(quán)利要求2所述的儲罐，其中基本遍及所述壁，所述熱傳導(dǎo)性從所述重力頂部至所述重力底部連續(xù)地變化。
6.權(quán)利要求2所述的儲罐，其中所述重力頂部附近的所述壁比所述重力底部附近的所述壁厚。
7.權(quán)利要求1所述的儲罐，其中所述壁由氣凝膠組成，并且其中所述重力頂部附近的所述氣凝膠的密度與所述重力底部附近的所述氣凝膠的密度不同。
8.一種形成儲存低溫液體的儲罐的方法，所述儲罐的特征在于重力底部和重力頂部， 包括形成限定和充分圍繞流體儲存空間的儲罐壁，其中所述壁的特征在于所述重力頂部附近的熱傳導(dǎo)性與所述重力底部附近的熱傳導(dǎo)性不同。
9.一種液體儲罐，其包括限定和充分圍繞流體儲存空間的壁，所述壁包括硬外層；柔性外層；和在所述硬外層和所述柔性外層之間的一個(gè)或多個(gè)中間層，所述一個(gè)或多個(gè)中間層的每一個(gè)由多個(gè)區(qū)段制成，這些區(qū)段的每一個(gè)具有側(cè)面周邊，該側(cè)面周邊在側(cè)面緊靠一個(gè)或多個(gè)其他區(qū)段的側(cè)面周邊以側(cè)面地延伸遍及所述壁；其中，所述壁的特征在于不具有這樣的側(cè)面延伸部分——每一個(gè)中間層完全地在所述部分上具有延伸的周邊從而形成側(cè)面延伸的絕熱縫隙。
10.權(quán)利要求9所述的液體儲罐，其中所述硬層和柔性層互相密封以形成容納所述中間層的氣密封室，并且所述氣密封室處于真空下。
11.權(quán)利要求9所述的液體儲罐，其中所述柔性外層在所述壁的外側(cè)上，并且其中所述硬外層在與所述流體儲存空間相鄰的所述壁的內(nèi)側(cè)上。
12.權(quán)利要求9所述的液體儲罐，其中所述一個(gè)或多個(gè)中間層包括在所述硬外層和所述柔性外層之間的第一中間層，所述第一中間層由多個(gè)第一層區(qū)段制成，每一個(gè)第一層區(qū)段具有側(cè)面周邊，該側(cè)面周邊在側(cè)面緊靠一個(gè)或多個(gè)其他多個(gè)第一層區(qū)段的側(cè)面周邊以側(cè)面地延伸遍及所述壁；和在所述第一中間層和所述柔性外層之間的第二中間層，所述第二中間層由多個(gè)第二層區(qū)段制成，每一個(gè)第二層區(qū)段具有側(cè)面周邊，該側(cè)面周邊在側(cè)面緊靠一個(gè)或多個(gè)其他多個(gè)第二層區(qū)段的側(cè)面周邊以側(cè)面地延伸遍及所述壁。
13.權(quán)利要求12所述的液體儲罐，其中，對每一個(gè)第一層區(qū)段，沒有所述第一層區(qū)段的所述周邊的部分既平行于任何第二層區(qū)段的所述周邊的部分延伸又徑向地與任何第二層區(qū)段的周邊的部分交疊。
14.權(quán)利要求12所述的液體儲罐，其中所述第一層區(qū)段的所述周邊和所述第二層區(qū)段的所述周邊形成多個(gè)徑向交疊點(diǎn)，并且進(jìn)一步包括多個(gè)單獨(dú)區(qū)段，每一個(gè)單獨(dú)區(qū)段被放置以覆蓋一個(gè)或多個(gè)交疊點(diǎn)。
15.權(quán)利要求14所述的液體儲罐，其中每一個(gè)單獨(dú)區(qū)段位于所述第一中間層和所述第二中間層之間。
16.權(quán)利要求14所述的液體儲罐，其中每一個(gè)單獨(dú)區(qū)段被放置以覆蓋一個(gè)交疊點(diǎn)，并且其中每一個(gè)單獨(dú)區(qū)段位于所述第一中間層和所述柔性外層之間。
17.權(quán)利要求14所述的液體儲罐，其中每一個(gè)單獨(dú)區(qū)段具有側(cè)面周邊，該側(cè)面周邊不在側(cè)面緊靠任何其他單獨(dú)區(qū)段的側(cè)面周邊。
18.權(quán)利要求12所述的液體儲罐，并且還包括一個(gè)或多個(gè)管，其被配置用作蒸氣屏蔽， 其中所述一個(gè)或多個(gè)管在所述第一中間層和所述第二中間層之間延伸。
19.權(quán)利要求12所述的液體儲罐，并且還包括在所述第一中間層和所述第二中間層之間的第三中間層，所述第三中間層由多個(gè)第三層區(qū)段制成，并且一個(gè)或多個(gè)管被配置用作蒸氣屏蔽，每一個(gè)第三層區(qū)段具有側(cè)面周邊，該側(cè)面周邊在側(cè)面緊靠一個(gè)或多個(gè)其他多個(gè)第三層區(qū)段的側(cè)面周邊或者所述一個(gè)或多個(gè)管的一個(gè)的側(cè)面，以側(cè)面地延伸遍及所述壁。
20.一種形成液體儲罐的方法，所述液體儲罐包括限定和充分圍繞流體儲存空間的壁， 包括提供硬外層；提供柔性外層；和裝配所述壁，所述壁在所述硬外層和所述柔性外層之間包括一個(gè)或多個(gè)中間層，每一個(gè)所述一個(gè)或多個(gè)中間層由多個(gè)區(qū)段制成，每一個(gè)這些區(qū)域具有側(cè)面周邊，該側(cè)面周邊在側(cè)面緊靠一個(gè)或多個(gè)其他區(qū)段的側(cè)面周邊以側(cè)面地延伸遍及所述壁；其中在所述裝配步驟中，所述壁的特征在于不具有這樣的側(cè)面延伸部分——每一個(gè)中間層完全地在所述部分上具有延伸的周邊從而形成側(cè)面延伸的絕熱縫隙。
21.一種儲罐，包括限定和充分圍繞流體儲存空間的最內(nèi)層；第一組一個(gè)或多個(gè)管，其被配置用作圍繞所述最內(nèi)層的至少一部分的蒸氣屏蔽，所述第一組一個(gè)或多個(gè)管被用作從所述流體儲存空間內(nèi)至所述流體儲存空間外延伸的第一通道；第二組一個(gè)或多個(gè)管，其被用作從所述流體儲存空間內(nèi)至所述流體儲存空間外延伸的第二通道；和轉(zhuǎn)換裝置，其被構(gòu)造來控制來自所述第一通道和第二通道的相對流速。
22.權(quán)利要求21所述的儲罐，其中所述轉(zhuǎn)換裝置位于所述流體儲存空間外。
23.權(quán)利要求21所述的儲罐，其中所述第二通道是不用來起蒸氣屏蔽作用的直接出
24.權(quán)利要求21所述的儲罐，并且還包括控制器，其被配置來基于所述儲罐的壓力要求改變所述相對流速。
25.權(quán)利要求21所述的儲罐，其中所述儲罐被構(gòu)造來儲存為低溫液體的流體，并且還包括被配置來基于流體蒸氣的期望流速改變所述相對流速的控制器。
26.—種調(diào)節(jié)來自儲罐的液體形式的低溫流體的氣化速度的方法，包括 提供所述儲罐以具有限定和充分圍繞流體儲存空間的最內(nèi)層；提供第一組一個(gè)或多個(gè)管，其被配置用作圍繞所述最內(nèi)層的至少一部分的蒸氣屏蔽， 所述第一組一個(gè)或多個(gè)管被用作從所述流體儲存空間內(nèi)至所述流體儲存空間外延伸的第一通道；提供第二組一個(gè)或多個(gè)管，其被用作從所述流體儲存空間內(nèi)至所述流體儲存空間外延伸的第二通道；和使用轉(zhuǎn)換裝置控制來自所述第一通道和所述第二通道的流體蒸氣的相對流動，所述轉(zhuǎn)換裝置被配置來控制來自所述第一通道和第二通道的相對流速，以將所述低溫流體的所述氣化速度調(diào)節(jié)至期望水平。
27.—種構(gòu)造低溫儲罐的方法，包括確定鋪片形狀的模式，以在硬殼上形成層；提供由預(yù)壓縮的不透明化的氣凝膠粉末片制成的氣凝膠鋪片，切割所述氣凝膠鋪片為在所述確定步驟中確定的所述鋪片形狀，并且包裝在多孔袋中，其中設(shè)置每一個(gè)鋪片的尺寸以允許所述氣凝膠鋪片彎曲，與球體疏松地接觸；通過將每一個(gè)鋪片貼附于所述硬殼上適當(dāng)位置，將所述硬殼鋪上氣凝膠鋪片； 沿已鋪片硬殼的周邊，構(gòu)造和密封膜袋以形成在所述硬殼和所述膜袋之間容納所述氣凝膠鋪片的密封室；和從所述密封室排出空氣，以使真空拉動所述鋪片與所述儲罐緊密接觸和彼此緊密接觸。
全文摘要
一種用于氫為燃料的飛行器的氫儲罐。該儲罐具有由硬殼層周圍的氣凝膠區(qū)段的層制成的壁，其被密封在柔性外層內(nèi)，并且除去空氣以形成真空。每一個(gè)層區(qū)段的周邊緊靠該層的其他區(qū)段，但是僅在單獨(dú)的點(diǎn)與其它層的區(qū)段的周邊重疊。所述壁的特征在于其重力頂部附近的熱傳導(dǎo)性低于其重力底部的熱傳導(dǎo)性。儲罐具有兩個(gè)出口通道，一個(gè)是直接的，另一個(gè)經(jīng)過在兩層氣凝膠之間延伸通過壁的蒸氣屏蔽?？刂葡到y(tǒng)控制經(jīng)過兩個(gè)通道的相對流動以調(diào)節(jié)儲罐的氣化速度。
文檔編號F17C1/12GK102216667SQ200980146321
公開日2011年10月12日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月23日
發(fā)明者A·N·布魯克斯, B·D·黑彼斯, D·R·湯普森 申請人:威羅門飛行公司