专利名称：用于保存制冷流体的容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于保存制冷流体的容器。更具体地是，本发明涉及一种隔热的双壁式容器，该容器具有组合支撑和流体导管结构，用于使一内罐悬浮在一外罐内，从而减少热传递并允许保存较长时间。
背景技术：
燃烧发动机技术方面的发展已表明，常被称作柴油循环发动机的压缩引燃发动机可由气体燃料代替柴油来供给燃料，且不会造成运行或效率方面的损失。例如，此类燃料包括天然气、甲烷、丙烷、乙烷、气体可燃碳氢化合物的衍生物以及氢气。用此类气体燃料代替柴油通常导致成本、可利用率和释放物方面的效益高于柴油。
然而，对于这些应用，使用气体燃料的一个挑战是，气体燃料的能量密度不如传统液体燃料那么高。例如，将气体燃料系统应用于车辆，这是一个重要的考虑，因为交通工具车辆上的燃料存储空间有限。为了使燃烧气体的车辆相对于传统的燃烧柴油的车辆更具吸引力，交通工具上的燃料存储系统就不应该减少车辆的运输能力。
为了增加气体燃料的能量密度，可以以高压来存储气体燃料。为了容纳高压气体，就必须使用被评定为规定最高保存压力等级的压力罐。对于气体燃料，与压缩气体相比，用液化气在较低的存储压力下能达到更高的能量密度。因此，不需要高压等级的燃料箱，从而可减轻燃料箱的重量。
因此，增加气体燃料的能量密度的一种优选方法是在液化状态下以低温来存储气体燃料。以制冷温度存储的液化气在这里被称作制冷流体，且在液化状态下以制冷温度存储的气体燃料在这里通常被称作“制冷燃料”。
为了这种应用的目的，制冷燃料包含液化的气体燃料，该液化的气体燃料在零下100摄氏度或低于零下100摄氏度的温度在大气压下沸腾。这种燃料的一个例子是液化的天然气，通常被称作“LNG”。
在本公开中，液化天然气LNG被指定为制冷燃料的一个优选的例子，这是由于已证实在全世界许多潜在市场中天然气的巨大贮备量、天然气的购买力以及对于天然气来说已经存在的基础的缘故，液化天然气在广度和能力方面正继续膨胀。
然而，技术人员应该理解，现有的存储容器能被用于保存其它冷的或制冷的燃料或者通用液化气。作为例子，公开的存储容器可被用于容纳其它的碳氢化合物例如甲烷、乙烷、丙烷以及碳氢化合物的衍生物或诸如氢气的非有机燃料。此外，本公开的主题的容器还能被用于以制冷温度保存其它的液化气例如氦、氮和氧。
然而，以制冷温度存储液化气的一个挑战是减少热传递到制冷剂空间内。当液体温度增加时，存储容器内的蒸气压力也随之升高。制冷存储容器通常被配备有一压力减轻排放系统，以便防止存储容器的过分增压。过多的热传递到制冷剂空间内会导致燃料通过排放系统而损耗。当液化气是一种燃料时，也不希望燃料被惯常地释放到周围环境中。对于被用作例子的天然气，天然气的主要成分—甲烷是一种温室气体。
制冷存储容器通常使用具有一内罐的一双壁式结构，所述内罐用于保存悬浮在一外罐内的液化气。适用于内罐与外罐之间的空间的真空将传导性的和对流的热传递减至最低。此外，还知道把优良的绝缘材料片包裹在内罐周围，以便将放射的热传递减至最低。然而，用于内罐的一些结构支撑件和内罐与外部环境之间的任何管线都提供了热传导路径，且热能从外部环境传递到制冷剂空间中的液化气的这种现象通常被称作“热泄漏”。
只要具有用于内罐的结构支撑件和穿过隔离空间的管或导管，就会发生一些热泄漏。在这里，“保存时间”被限定为这样一段时间，即在热泄漏到制冷剂空间内造成蒸气压力升高至减压阀打开的程度之前，制冷剂能被保存在存储容器内的这段时间。因此，如果可以减少热泄漏，那么，就不需要排放过量的蒸气压力，从而可以延长保存时间。
美国专利号5651473公开了用于制冷罐的一支撑系统，该支撑系统是现有技术状态的典型。如图1和图1A的放大示意图所示，提供了一种用于将内罐102支撑在外罐104内的结构，同时还提供了一开口，导管可通过该开口被插入，从而流体能流入和流出制冷剂空间。
现有技术中的组件110包括集管块112，该集管块112支撑着内圆筒形元件114。颈圈118被固定到元件114的相对端上，以便限定内部空间116(见图1A)。在块112或圆筒形元件114中可提供一通道，以使空间116与隔离腔室106相连通，因此当在隔离腔室106中形成一真空时，在空间116中也形成一真空。颈圈118支撑着一第二圆筒形元件123，该第二圆筒形元件123被布置在元件114上方且与元件114同轴对齐。圆筒形元件114与123之间的空间125也与隔离腔室106相连通。多个管子122、126和130在颈圈118与集管块112之间延伸。这些管子被配备有一弯管，有时被称作一“折曲”(“joggle”)，该弯管提供了一曲颈管，以便形成液体/蒸气分界面，且允许管子与圆筒形元件114之间的不同热膨胀或收缩。管子122与液体填充管路124相连接，管子126与液体输出管路128相连接，而管子130则与排气管132相连接。
这个系统的一个缺点是，圆筒形元件114和管子都是金属的热导体且都穿透隔离空间，从而提供了多个热路径，通过这些热路径可以将热引入制冷剂空间内。圆筒形元件114是金属的，因此它可以被焊接到集管块112和颈圈118上并被集管块112和颈圈118密封，然而，如果可以采用具有较低导热系数的结构材料，那么就可以实现较少的热传递。
另外，圆筒形元件114既提供径向支撑又提供轴向支撑，所以必须把圆筒形元件114的壁厚度设计成在所有方向上提供足够的强度，在活动的应用中，这是一个重要的考虑因素，因为内罐和容纳在其中的制冷流体的动量受车辆的加速、减速和改变方向的影响。因此，图1和1A中的现有技术的结构布置的又一缺点是，圆筒形元件114的较厚的壁与较高的导热系数相互关联，这是由于通过剖面面积可发生热传递而该剖面面积又较大的缘故。
发明内容
公开了一种用于保存制冷流体的容器，该容器包括a.一内罐，该内罐限定一制冷剂空间并具有一水平轴线；b.一外罐，该外罐环绕着内罐，在外罐与内罐之间限定出一可抽空的空间；c.一结构、用于把内罐支撑在外罐内，该结构包括一细长的金属管状支撑件，该管状支撑件在第一点处被连接到与内罐相联的一内罐支撑托架上，且在第二点处被连接到用于外罐的一外罐支撑托架上，金属管状支撑件能够支撑基本上所有的沿着与水平轴线平行的方向作用在内罐上的荷载；多个非金属的径向支撑件，这些径向支撑件架设在内罐与外罐之间，径向支撑件中的每一个提供一承压面，该承压面与联合内罐和外罐的各自的相对表面相联，用以传递从内罐到外罐的横向于水平轴线的径向荷载，其中，对于每个径向支撑件，与相对表面中的至少一个相联的承压面允许沿着与水平轴线平行的方向移动。
多个非金属径向支撑件可包括一第一非金属径向支撑件和一第二非金属径向支撑件，所述第一非金属径向支撑件与内罐的相交于水平轴线的一第一侧面相联，所述第二非金属径向支撑件与内罐的相对于第一侧面的一第二侧面相联。
使用分离的轴向和径向支撑件以及使用不限制沿轴向移动的径向支撑件的优点是，简化了沿轴向提供支撑的细长金属管状支撑件的结构。容器可被设计成使得内罐与外罐之间的沿轴向的唯一刚性连接是细长的金属管状支撑件。根据这个特征，不需将细长的金属管状支撑件设计成适应在轴向和径向结构支撑元件之间沿轴向的热膨胀与收缩之间的差别。
突入到制冷剂空间内的各自的杯形内部支撑结构的壁可提供与内罐的第一和第二侧面相联的相对表面。杯形内部支撑结构的底部从围绕可抽空空间密封内罐内的制冷剂空间。相对的杯形外部支撑件的壁可提供与从外罐突出的外罐结构相联的相对表面。杯形外部支撑结构的敞开端部朝着内罐敞开并且与杯形内部支撑结构中的相对的一个对齐。杯形外部支撑结构的底部或者外罐本身从围绕外罐的外界密封可抽空的空间。在这个优选的实施例中，第一和第二非金属径向支撑件每个包括一圆筒形元件，该圆筒形元件具有一第一端部和一第二端部，所述第一端部被布置在杯形内部支撑结构的各自的一个支撑结构中，所述第二端部被布置在杯形外罐支撑结构的各自的一个支撑结构中。圆筒形元件可以是中空的，因此它呈管状。
用于细长金属管状支撑件和非金属径向支撑件中的一个径向支撑件的支撑结构可以被共享，例如，如果细长金属管状支撑件延伸穿过非金属的圆筒形元件。根据这种布置，内罐支撑托架与杯形内部支撑结构可成一整体，且外罐支撑托架与杯形外部支撑结构可成一整体。
在优选实施例中，第一和第二非金属径向支撑件由复合材料制成，该复合材料包含布置在一塑料基体中的纤维。具有复合材料知识的技术人员应该知道，可以从纤维和塑料的许多类型中选择，且材料的选择决定了复合材料的性能。在本例中，对于被用于为内罐提供径向支撑的复合材料来说，两个重要的性能是在预期操作状态下的强度和导热系数。也就是说，使用非金属复合材料的目的是减少热泄漏到制冷剂空间内。因此，对于复合材料可期望的是比传统容器中所使用的铁支撑元件具有较低的导热系数。虽然复合材料的热传递系数小于铁类材料，但是，如果复合材料不强硬，那么就需要具有较大导热横截面面积的复合结构元件，这样，整体导热系数就会较大。因此，需要强度与低热传递系数的组合来实现所期望的结果，且优选地是，非金属径向支撑件所具有的导热系数小于由铁类材料制成的具有至少相同结构强度的替代径向支撑件的导热系数。
用于内罐的非金属径向支撑件的复合材料可包括纤维，这些纤维从材料组中挑选，该材料组包括玻璃、碳、树脂制成的合成纤维以及石英。由树脂制成的合成纤维的一个例子是氩酰胺(aramid)纤维，例如由E.I.Dupont deNemours和商标名为Kevlar的公司所销售的材料。环氧树脂可被用于提供塑料基体。优选地是，环氧树脂具有大于175摄氏度(约350华氏度)的固化温度，因此，当容器被加热至在内罐与外罐之间的可抽空空间中形成一个绝缘真空时，不致损坏非金属元件。在其它实施例中，塑料基体可包含双马来酰亚胺或热塑塑料，该热塑塑料选自包括聚醚醚酮和聚苯硫醚的材料组。
虽然可以采用随意定向的纤维，但是，由于径向支撑结构需要主要沿径向的强度，所以优选地是采用受控定向的纤维来提高强度。例如，可以采用编织纤维垫或连续定向绳，因此至少将一些纤维对齐以提供沿径向的更大的强度。
设在真空中的材料会释放气态元素，且由于非金属径向支撑件被设在可抽空的空间内，因而，优选的是具有低除气性能的材料。除气的一个计量是总质量损失(“TML”)，且优选的是小于1％的总质量TMV损失。除气的另一个计量是聚集挥发性可凝结材料(“CVCM”)，且优选的是小于0.1％的聚集挥发性可凝结材料CVCM。
减少热泄漏到制冷剂空间内的另一个方法是增加外部环境与制冷剂空间之间的热传递路径的长度。根据所公开的布置，细长金属管状支撑件在支撑它的第一点和第二点之间可具有一个长度，该长度在内罐与外罐之间提供一热路径，该热路径长于内罐与外罐之间的径向间距。
在另一个优选的布置中，第一和第二非金属径向支撑件每个包括一衬套和多个条带，所述衬套提供承压面，这些承压面与联合内罐的第一和第二侧面的各自的相对表面合作，所述多个条带从衬套延伸至位于外罐的内部上的各自的连接点。
这些条带沿着向内罐提供径向支撑的方向延伸，同时在内罐与外罐之间提供一热传递路径，该路径长于水平轴线与内罐和外罐相交处的内罐与外罐之间的径向间距。如上面所述，通过增加热传递路径的长度来减少热泄漏到制冷剂空间内。根据现在的设置，由于由细长金属管状支撑件提供轴向支撑，所以需要条带提供仅仅沿径向的支撑，这使得条带的尺寸与采用既提供轴向支撑又提供径向支撑的支撑结构相比能够被减少；缩减条带尺寸还有助于减少热泄漏到制冷剂空间内。
这些条带可沿着基本上正切于内罐表面的方向延伸。因为条带被设计成沿径向方向提供支撑，所以条带沿着基本上垂直于水平轴线的方向延伸。例如，如果内罐的被支撑端部是圆顶形的且是沿着圆顶形端部的中轴线提供径向支撑处的点，那么条带既可垂直于容器轴线又可正切于内罐表面。
在一优选的实施例中，非金属衬套具有一中空的轴线，且细长金属管状支撑件延伸穿过该中空轴线。根据这种布置，用于衬套的支撑结构与用于细长金属管状元件的支撑结构可成一整体。
条带可以是金属的或者是非金属的。如果这些条带是金属的，它们就可被焊接到它们与外罐内表面相连接的一点上。被布置在衬套周围的一金属颈圈可提供金属条带与非金属衬套之间的滑动接合。对于所有的实施例，滑动接合是优选的，因此内罐响应细长金属管状支撑件的膨胀或收缩而沿轴向自由地移动。也就是说，优选地是，径向支撑元件不向内罐沿轴向移动提供任何显著的阻力。金属条带可被焊接到金属颈圈上。
如果条带是非金属的，一颈圈仍可被用于提供条带与衬套之间的滑动接合。在一可选的布置中，条带可被固定连接到衬套上，且内罐的轴向移动可由衬套与联合内罐的相对表面结构之间的滑动移动提供。通过已知的连接方法例如螺钉或铆钉，可将非金属条带连接到外罐上。
在又一个实施例中，衬套可以是金属的并且可以被焊接到内罐上。在这种布置中，第一和第二非金属径向支撑件包括多个条带，且第一和第二非金属径向支撑件的支承面由一颈圈提供，该颈圈与金属衬套的各自的相对表面协作。多条带中的每一个条带可具有与颈圈相连接的一个端部和与外罐相连接的另一个端部。
通过减少架设在真空隔离空间的部件数量，就可以减少热泄漏到制冷剂空间内。传统的内罐支撑系统除了用作允许流体流入或流出制冷剂空间的管子之外，通常还提供一支撑结构。对于本实施例，细长金属管状支撑件还能够被用作一导管，制冷流体通过该导管可流入或流出制冷剂空间。优选地是，导管终止于一接近制冷剂空间的顶部的敞开的端部，从而导管可用于填充或排放制冷剂空间。通过使得导管具有许多功能，这也就减少了管子的数量以及向制冷剂空间传递的热传递路径的数量。
细长金属管状支撑件还可被用于支撑一水平传感器或为与布置在制冷剂空间内的仪器相连接的线路提供一条通道。如果带一入口的泵将要设置在制冷剂空间内，那么细长金属管状支撑件还可被用作一支撑该泵的套筒。
为了进一步加长通过细长金属管状支撑件的热传递路径，该细长金属管状支撑件可以被制造有一双壁式结构。在一优选的布置中，这样一个双壁式细长金属管状支撑件包括一内管壁，与一外管壁分隔开，其中，内管壁与外管壁之间的空间以及外罐与内罐之间的可抽空空间是可抽空的；一末端，布置在内罐中，内管壁和外管壁被接合在一起且在末端处或接近于末端处被密封，从而防止制冷剂空间内的制冷流体流到外管壁与内管壁之间的空间内；以及一近端，与内罐和外罐相联，从而内管壁在结构上被连接到内罐上，且外管壁在结构上被连接到外罐上。
由于强度原因，优选地是，内罐基本上呈具有圆顶形端部的圆筒形。为了安装在车辆上当作燃料箱，圆筒的纵向轴线通常与水平轴线相对齐。
用于保存制冷流体的容器的一优选实施例包括下列特征一内罐，限定一制冷剂空间并具有一水平轴线；一外罐，环绕着内罐，在外罐与内罐之间限定一可抽空的空间；一结构，用于支撑内罐，该结构包括
i.一细长的金属的双壁式管状支撑件，能够承受基本上所有的沿着平行于内罐与外罐之间的水平轴线的方向作用的荷载，该细长金属双壁式管状支撑件包括一内壁，与一外壁分隔开，其中内壁与外壁之间的空间以及外罐与内罐之间的可抽空空间是可抽空的；一末端，布置在内罐中，内壁和外壁被接合在一起且在末端处或接近于末端处被密封，从而防止制冷剂空间内的制冷流体流到外壁与内壁之间的空间内；一近端，与内罐和外罐相联，从而内壁在结构上被连接到内罐上，且外壁在结构上被连接到外罐上。
ii.第一和第二径向支撑件，与内罐的相对的第一和第二侧面相联，该相对的第一和第二侧面相交于水平轴线，径向支撑件能够承受基本上所有的沿着相对于水平轴线的径向作用的荷载，第一和第二径向支撑件中的每一个支撑件包括至少一个非金属元件，该非金属元件在内罐与外罐之间延伸。
容器成形为适合它将被使用的场所，并且为其预定用途提供必需的存储容量。在结构上球形是坚固的并且向给定容量提供最小的表面面积。然而，更细长的形状可提供更大的存储容量，以便展开可利用的空间，例如，在车辆上用作一燃料箱。在优选实施例中，内罐沿与水平轴线平行的方向是细长的，并且内罐沿与水平轴线平行的轴向由细长金属管状支撑件支撑。
提供了一种将限定制冷剂空间的一内罐支撑在一外罐内的方法。该方法传递内罐与外罐之间的轴向和径向荷载，并且减少了热泄漏到制冷剂空间内。该方法包括抽空内罐与外罐之间的一密封的空间；通过一细长的金属管传递沿轴向的基本上全部的荷载；和通过至少两个非金属结构元件传递沿径向的基本上全部的荷载，所述至少两个非金属结构元件比细长金属管具有较低的热传递系数。
这种方法还可包括用优良的绝缘材料包裹内罐，以便减少辐射热传递。
如根据径向支撑结构的优选特征所解释的那样，这种方法还包括允许内罐沿轴向相对于外罐移动，并且基本上只由细长金属管限制沿这个方向的移动。也就是说，当细长金属管在长度上膨胀或收缩时，内罐相对于外罐自由的移动。为了允许这样的轴向移动，这种方法包括允许非金属结构元件沿着轴向相对于外罐和内罐的其中至少一个移动。
这种方法还包括把细长金属管用作一导管，通过该导管制冷流体可流入或流出制冷剂空间，因此它既起结构元件的作用又起管道的作用。这种方法还可包括通过把细长金属管用作一多功能的导管，从而减少穿过可抽空密封空间的导热结构的数量，所述多功能导管可用作一填充管、用于把制冷流体引入制冷剂空间内，还可用作一排放管、用于从制冷剂空间排放蒸气。
如果容器具有一泵，该泵具有位于制冷剂空间内的一入口，这种方法还可包括通过将细长金属管用作为泵的一支撑结构，减少穿过被抽空的密封空间的导热结构的数量。这种方法还可包括将细长金属管用作一支撑结构，该支撑结构用于一水平传感器或者用作被布置在制冷剂空间内的仪器的线路的一通道。
本方法的一优选的应用是，将一些燃料在液化状态下保存在制冷剂空间内，将气体燃料储存在交通工具车辆上。可用在交通工具车辆上的装置运用这种方法的能力是显著的，这是因为施加于支撑结构的轴向和径向荷载与施加在类似大小的静止容器上的荷载相比更加显著的缘故。发生在一活动装置中的加速、减速和改变方向可沿着轴向和径向产生动量。与垂直定向的静止容器相比，水平对齐还导致沿径向的显著的荷载，在垂直定向的静止容器中，大部分荷载沿垂直轴线承受。
图1和1A，被标明“现有技术”，表示用于制冷罐的一支撑系统，该支撑系统是现有技术状态的典型；图2和2A表示用于把内罐悬浮在外罐内的支撑系统的优选实施例的剖面图，该支撑系统具有分离的支撑结构，用于操纵轴向和径向荷载。在这个实施例中，径向荷载通过管状非金属元件传递；图3表示采用一管状非金属元件的径向支撑件的另一结构布置；图4、4A和4B表示主题容器的更为优选的实施例的剖面图，在这些实施例中，径向荷载通过圆筒形非金属元件和条带传递，圆筒形非金属元件在内罐的相对端部上的支撑结构之间对接，条带从非金属圆筒延伸至外罐上的各自的连接点；
图5表示主题容器的又一实施例，该容器使用了一可被焊接到内罐上的金属衬套，非金属条带从布置在衬套周围的一颈圈延伸至外罐上；图6表示主题容器的一实施例的剖面图，其中由一双壁式结构提供轴向支撑件，该轴向支撑件还可被用作一套筒，诸如泵的一仪器通过该套筒可被插入到制冷剂空间内。
具体实施例方式
图2是用于保存制冷流体的隔热的双壁式容器200的一优选实施例的剖面图。外罐202环绕着内罐204且与内罐204间隔开，在它们之间限定可抽空的空间206。内罐204还限定制冷剂空间208的总体边界。在所示的实施例中，内罐204具有一带圆顶形的端部的圆筒形主体，这个形状与被连接到重型卡车上的传统燃料箱的总体形状相一致。本发明涉及用于内罐204的支撑系统，并且对于具有相同支撑系统的内罐而言，可以采用其它的形状。例如，其它的形状诸如球形或椭圆形横截面，这些形状由安装容器的可利用的空间和应用情况来确定。由于强度的原因，与尖角或方角的形状相比，优选的是圆形。
为了沿轴向支撑内罐204，用于支撑内罐204的结构包括一细长的金属管状支撑件，该细长金属管状支撑件在第一点处与联合内罐的一内罐支撑托架相连接，并且在第二点处与一外罐支撑托架相连接。在图2的实施例中，导管210充当细长金属管状支撑件。导管210在第一点处与内罐支撑托架212相连接，如图2A中的焊接符号211A所示。此外，导管210在第二点处与外罐支撑托架214相连接，如焊接符号211B所示。因此，导管210提供了一刚性支撑元件，该刚性支撑元件既与内罐204又与外罐202固定连接，并且其尺寸确定为能够提供内罐204所需的沿与水平纵向轴线平行的方向的全部轴向支撑。
如图2A所示，D1是第一点与第二点之间的距离，第一点位于导管210与内罐支撑托架212的连接处，第二点位于导管210与外罐支撑托架214的连接处。距离D2是外罐202与内罐204之间的沿着导管210的轴线的径向间距。导管210是一热导体，因此优选地是，将支撑系统设计成如图2A中所示，因而距离D1长于距离D2，以便增加热传递路径的长度，并由此减少热传递。
再次参照图2，导管210具有一布置在制冷剂空间208的上部区域中的敞开的端部，该上部区域通常充满了蒸气。以这种方式构造，导管210可以被用作一填充路线和/或一排放路线。导管210除了当压力超过卸压阀的设定值时排放制冷剂空间208以外，还可以在制冷剂空间被再次注满液化气之前或当容器被排空以便保养时用于排放制冷剂空间208。可把阀(图中未示)设置在容器200的外面，以便允许这种多功能性，从而消除了对多个分离的单一用途导管的需要，这些单一用途的导管如图1和1A中所示的现有技术结构布置中所使用的导管。这样的阀与外罐支撑托架214的主体可制成一整体，以便减少连接数目，并且减少对容器200外面的管道的需要和隔离的需要。导管210可设置有曲颈管210A，本领域技术人员应理解，该曲颈管210A用于在其中形成一液体/蒸气分界面。
如上所述，虽然希望使用多功能的导管，以便减少热泄漏到制冷剂空间208内，但是，对于现有的轴向支撑结构，如果在功能上需要仍可使用多个导管。多个导管可与导管210平行安装，并且被布置穿过中空的非金属径向支撑件220A，但只有一根导管能实质上有助于轴向支撑结构，而包含一弯管的其它导管则除了提供形成液体/蒸气分界面的曲颈管之外，还要适应不同的热膨胀/收缩。例如，除了导管210以外，还可安装一用于从制冷剂空间208输送液化气的输送线路。
如图2所示，内罐支撑托架212还可被设计成提供一相对的表面，以便支撑非金属径向支撑件220A的一个端部上的承压面。类似地，外罐支撑托架214可提供一相对的表面，以便支撑非金属径向支撑件220A的相对端部处的承压面。在这个优选实施例中，非金属径向支撑件220A大体上呈管状，因此可以将导管210布置在管状非金属径向支撑件220A的中空中央内。这种结构布置优于图1中的现有技术的结构布置，这是因为这种结构布置的空间利用率高、只需较少的部件并减少了制造和材料成本的缘故。
非金属径向支撑件220A可由与金属结构部件210、212和214相比具有低导热系数的材料制成，金属结构部件210、212和214被焊接在一起，以便向制冷剂空间208和可抽空空间206提供一密封的空间。非金属径向支撑件220A只需提供径向支撑，并且不限制它沿轴向相对于内罐支撑托架212和/或外罐支撑托架214滑动。这在容器组装且支撑件220A的一个端部与支撑托架212和214中的一个相结合时有助于把支撑件220A保持入位，但在优选的实施例中，允许至少一个端部的承压面沿轴向相对于相对表面滑动。由于具有刚性支撑元件的现有技术的支撑系统在导管中使用了弯管，以便适应不同的热膨胀和收缩，从而减少支撑系统上的应力，而本系统的一个优点是不需要这样的弯管，且充当刚性支撑元件的导管210可以是直的。由于非金属径向支撑件220A的至少一个端部的承压面不与其各自的支撑托架相结合，它就提供了滑动或“漂浮”接合，这种滑动或“漂浮”接合不限制内罐204相对于外罐202移动。也就是说，如果导管210膨胀或收缩，内罐沿着纵向轴线自由的移动，以便适应这样的膨胀或收缩，因此，不同的收缩/膨胀不产生应力。
本支撑系统允许支撑结构的尺寸在直径上较小，这是由于它无须容纳导管中的弯管的缘故。如图1中的现有技术的支撑系统所示，圆筒形元件114的直径必须足够大，以便容纳管子112、126和130，这些管子各自都具有一弯管。
再次参照图2，内罐204的相对端部由第二非金属径向支撑件220B支撑，除了没有金属管状支撑件延伸穿过径向支撑件220B的中心之外，该径向支撑件220B的功能与径向支撑件220A相同。如果把一刚性轴向支撑件设置在内罐204的两个侧面上，上文所公开的支撑系统的漂浮特征就不可能实现。
如同径向支撑件220A，杯形内部支撑结构222的壁提供一相对朝向的表面，以便支撑径向支撑件220B的一个端部。内部支撑结构222被连接到内罐204上且突入到制冷剂空间208内，以便通过径向支撑件220B增加热传递路径的长度。杯形内部支撑结构222具有一闭合底部，该闭合底部把制冷剂空间208与可抽空空间206分隔开。杯形外部支撑结构224被连接到外罐202上，并且提供一相对朝向的表面，以便支撑径向支撑件220B的另一端部的承压面。
图3表示图2中所示的径向支撑结构布置的一可选实施例。参照图3，外罐302可向支撑结构324提供底部，该支撑结构324向径向支撑件320B的承压面提供相对朝向的表面。内部支撑结构322被连接到内罐304上，并且与图2中的内部支撑结构222基本相同。外部支撑结构324的这种布置的一个优点是，它减少了穿透外罐302的数量，虽然也为泄漏提供了较少机会，但是通过减少装配容器的步骤而易于制造。此外，这种布置使用较少的材料并且缩短了容器的整体长度。
关于图2和3中的实施例，杯形支撑结构的底部被相互间隔开一个距离，该距离大于各自的径向支撑件220B和320B的长度，以便允许一些轴向移动，但是，也要对这种移动加以限制，以便确保径向支撑件220B和320B被保持入位。
通过把轴向荷载支承结构与径向荷载支承结构分开，细长金属管状支撑件的剖面面积可小于传统的用于既承受轴向荷载又承受径向荷载的金属支撑元件。根据现在的优选实施例，用于径向荷载的荷载支承结构可由非金属材料制成，因此，现在的支撑系统的综合导热系数可小于传统的全金属支撑系统。
通过使轴向支撑件具有多功能，由此消除对穿透热绝缘的附加导热部件的需要，这样可进一步减少热传递到制冷剂空间内。
现在参照图4和4A，以容器400的形式表示另一实施例，该容器400包括外罐402和内罐404，限定由抽空空间406包围的制冷剂空间408。图4和4A中表示经改进的支撑系统的另一优选实施例的一个例子，该支撑系统用于水平的细长内罐，其与现有技术中的结构相比采用了用于提高热绝缘的分开的轴向和径向支撑结构。
为了沿轴向支撑内罐404，用于支撑内罐404的结构与用于支撑图2中的内罐204的结构基本相同。轴向支撑结构包括一细长的金属管状支撑件，该细长金属管状支撑件在第一点处与联合内罐的一内罐支撑托架相连接，并且在第二点处与一外罐支撑托架相连接。导管410充当细长金属管状支撑件。如图2的实施例中那样，导管410在第一点处能被焊接到内罐支撑托架412上，如图4中所示。此外，导管410在第二点处也能被焊接到外罐支撑托架414上。因此，导管410提供了一刚性支撑元件，该刚性支撑元件既与内罐404又与外罐402固定连接，并且其尺寸确定为能够提供内罐404所需的沿与水平纵向轴线平行的方向的全部轴向支撑。
如图4中所示，内罐支撑托架412和外罐支撑托架414都呈杯形，且杯子的敞开端部相互面对，以便沿着在第一点和第二点之间的热传递路径的长度延伸，第一点和第二点位于导管410与分别的支撑托架相连接处。然而，如果期望使容器400的长度更紧凑，在另一实施例(图中未示)中，导管410能被直接焊接到外罐402上，从而除了造成更简单的结构以便制造之外，还导致更短的热传递路径。由于这种布置，外罐402的壁可以被加强，以便在它被焊接到导管210处提供必需的强度。
图4的实施例采用了一径向支撑结构，该径向支撑结构包括条带430A、430B和圆筒形非金属径向支撑件420A、420B。非金属径向支撑件420A和420B从各自的内罐支撑托架412和422延伸，但与图2的实施例不同，它们不延伸到外罐402。在图4的实施例中，非金属径向支撑件420A和420B能与各自的内罐支撑托架412和422固定连接，例如使用螺纹连接或耐久胶粘剂。各自的承压面421A和421B允许相对于由各自的颈圈432A和432B的内表面提供的相对朝向表面轴向移动，因此，如同其它公开的实施例，在这个实施例中径向支撑件不限制内罐404沿轴向的移动。
条带430A和430B的每一个在一个端部处与各自的颈圈432A和432B相连接，并且在另一端部处与外罐402上的连接点相连接。如果条带430A和430B是金属的，它们能被焊接到外罐402和各自的颈圈上。如果条带430A和430B是非金属的，可使用诸如螺钉、铆钉或销子的机械紧固件将它们连接到外罐402上。颈圈和条带可成一整体并且可作为一单件非金属合成组件制造。
由于内罐404的形状和内罐支撑托架的位置，这些内罐支撑托架与水平的中心纵轴线同中心，条带430A和430B被定向成既正切于内罐404又垂直于纵向轴线。根据这种布置，条带430A和430B可被定位成沿径向提供支撑，同时提供了一用于减少热泄漏的较长的热传递路径。
图4A是通过图4中所示的切线A-A所看到的径向支撑结构的剖面图。在所示的例子，外罐402的半径大于条带430B被连接处的半径。为了举例目的，表示出了具有三个条带的结构布置，但具有更多条带的结构布置也是可以的。条带的尺寸和数量取决于内罐404的尺寸和预计的径向荷载。在更多条带的情况下，每个条带的剖面面积可较小。考虑到适当的安全因素，期望的是减少这些条带的集中的剖面面积，以便减少内罐与外罐之间的导热传递。在这里，术语“条带”被用于描述一传递径向荷载的结构元件。例如，多个的杆或轮辐在这里被定义为“条带”的范围内，这是由于它们可以相同的方式被使用来达到相同的效果的缘故。
图4B是用于支撑非金属径向支撑件420B的又一结构布置的详图。相同的特征被标注有相同的附图标记。因为条带430B与内罐404和外罐402之间的径向距离相比已经提供了一条延长的热传递路径，所以内部支撑托架可由圆筒形环423提供，代替图4中的杯形结构，该圆筒形环423被焊接到内罐404上。图4B中的结构布置与图4中的结构布置相比，其优点包括用于内罐的较少的密封接合件，较少的材料以及潜在地较低的制造成本。
类似于图4和4B的实施例，图5是一双壁式容器500的另一实施例的详细示意图，该双壁式容器500包括用于通过多个条带将径向荷载从内罐504传递到外罐502的一结构布置。本实施例采用了一金属的衬套来代替充当衬套和绝热层的一非金属圆筒形元件，所述金属衬套被连接到内罐504上。选择非金属的条带530A和530B，以便具有低导热系数，从而减少导热传递到制冷剂空间508内。颈圈532A和532B可以是金属的或非金属的，并且与各自的条带530A和530B形成一整体。
如同其它实施例中的每一个，轴向支撑结构与径向支撑结构中的一个可成一整体。参照图5，导管510沿轴向提供支撑并且在内罐支撑托架512与外罐支撑托架514之间延伸。内罐支撑托架512的敞开边缘延伸超过内罐504的表面，以便提供一金属衬套，该金属衬套向与径向支撑结构相联的承压面提供一相对朝向的表面。用于径向支撑件的承压面由颈圈532A的内表面提供，从而允许内罐504相对于颈圈532A轴向移动。
在内罐504的相反端部处，另一径向支撑结构包括金属的衬套522，该金属衬套522例如通过焊接被连接到内罐504上。条带530B和颈圈532B的结构布置实际上与条带530A和颈圈532A的结构布置相同。
现在参照图6，包括外罐602和内罐604的容器600是用于水平定向内罐的一经改进支撑系统的又一优选实施例的一个例子。如同其它实施例，图6中所示的容器采用了一轴向支撑结构，该轴向支撑结构与一径向支撑结构分离。就所示的用于其它实施例中的每一个实施例的轴向支撑结构而言基本上是相同的，但是，容器600采用了一不同的轴向支撑结构。对于这个实施例，可采用前述径向支撑结构中的任何一个或其组合，作为例子，所示的容器600具有一径向支撑结构，该径向支撑结构类似于图5中所示的结构，并且关于本实施例将不重复描述这个径向支撑结构。
对于用于制冷流体的一些容器，期望的是在制冷剂空间608内为泵或水平传感器设置入口。图6的实施例表示出了具有双壁式套筒610的一容器，在该双壁式套筒610内可布置一泵或仪器。此外双壁式套筒610还起着沿轴向提供支撑的作用。
为了通过套筒610延伸热传递路径，采用了一双壁式结构，从而外壁640与内罐604相连接并且内壁642与外罐602相连接。根据这种布置，从制冷剂空间608到外罐602的热传递路径至少与内壁642一样长。内壁640与外壁642之间的空间敞开向可抽空空间606，以便限制制冷剂空间608与内壁642以及被插入到套筒610内的装置之间的热传递。
为所有实施例所共同的是沿水平轴线被支撑的一容器，该容器具有分离的支撑结构，用于传送径向和轴向荷载。轴向荷载由一细长金属管状支撑件承受，该管状支撑件还可充当一导管或一套筒，用于支撑一泵或诸如水平传感器的仪器。金属管状支撑件的这种双功能是所公开的支撑系统的额外效益，这是由于它减少了对将充当另一条热传递路径的分离管道的需要，所述分开管道。
与旨在用于静止安装的容器不同，安装在车辆上的容器必须被设计成沿所有方向承受荷载。因此，传统支撑系统例如图1中所示的系统，当其用于安装在车辆上时，与本公开的结构布置中的每一个相比，需要一很重的金属圆筒形支撑元件114，这是由于现在的细长金属管状支撑件只需传送轴向荷载的缘故。
在全部实施例中，径向荷载由非金属径向支撑件来传送，该径向荷载对于安装在车辆上的容器是显著的，非金属径向支撑件与图1中的金属圆筒形支撑元件相比具有很低的导热系数。
尽管已经描述和表示出了本发明的特定元件、实施例和应用，但是应当理解，当然本发明并不局限于此，因为本领域技术人员特别是根据上述教导所作出的修改并不背离本公开的范围。
权利要求
1.一种用于保存制冷流体的容器，所述容器包括a.一内罐，限定一制冷剂空间并具有一水平轴线；b.一外罐，环绕着所述内罐，在所述外罐与所述内罐之间限定一可抽空的空间；c.一结构，用于将所述内罐支撑在所述外罐内，所述结构包括一细长的金属管状支撑件，其在第一点处被连接到与所述内罐相联的一内罐支撑托架上，且在第二点处被连接到用于所述外罐的一外罐支撑托架上，所述金属管状支撑件能够支撑基本上所有的沿着与所述水平轴线平行的方向作用在所述内罐上的荷载；和多个非金属的径向支撑件，架设在所述内罐与所述外罐之间，所述径向支撑件中的每一个提供一承压面，该承压面与联合所述内罐和所述外罐的各自的相对表面相联，以便传递从所述内罐到所述外罐的横向于所述水平轴线的径向荷载，其中所述承压面允许沿着与所述水平轴线平行的方向移动。
2.根据权利要求1所述的容器，其中，所述多个非金属径向支撑件包括一第一非金属径向支撑件，与所述内罐的相交于所述水平轴线的一第一侧面相联，所述第一非金属径向支撑件具有承压面；和一第二非金属径向支撑件，与所述内罐的相对于所述第一侧面的一第二侧面相联。
3.根据权利要求2所述的容器，其中与所述内罐的所述第一和第二侧面相联的所述相对表面由突入到所述制冷剂空间内的各自的杯形内部支撑结构的壁提供；与所述外罐相联的所述相对表面由相对的杯形外部支撑结构的壁提供，所述杯形外部支撑结构从所述外罐突出并与所述杯形内部支撑结构对齐；所述第一和第二非金属径向支撑件的每个包括一具有一第一端部和一第二端部的圆筒形元件，所述第一端部被布置在所述杯形内部支撑结构的各自的一个支撑结构中，所述第二端部被布置在所述杯形外罐支撑结构的各自的一个支撑结构中。
4.根据权利要求3所述的容器，其中，所述圆筒形元件是中空的，因此它呈管状。
5.根据权利要求4所述的容器，其中，所述细长金属管状支撑件延伸穿过所述圆筒形元件。
6.根据权利要求5所述的容器，其中，所述内罐支撑托架与所述杯形内部支撑结构成一整体。
7.根据权利要求5所述的容器，其中，所述外罐支撑托架与所述杯形外部支撑结构成一整体。
8.根据权利要求1所述的容器，其中，所述多个非金属径向支撑件包括由复合材料制成的元件，该复合材料包含布置在一塑料基体中的纤维。
9.根据权利要求8所述的容器，其中，所述纤维从包括玻璃、碳、树脂制成的合成纤维以及石英的材料组中挑选。
10.根据权利要求8所述的容器，其中，所述塑料基体由环氧树脂提供。
11.根据权利要求10所述的容器，其中，所述环氧树脂具有大于175摄氏度的固化温度。
12.根据权利要求8所述的容器，其中，所述塑料基体包含双马来酰亚胺。
13.根据权利要求8所述的容器，其中，所述塑料基体包含选自包括聚醚醚酮和聚苯硫醚的材料组的热塑塑料。
14.根据权利要求8所述的容器，其中，所述复合材料具有小于1％的TML。
15.根据权利要求8所述的容器，其中，所述复合材料具有小于0.1％的CVCM。
16.根据权利要求1所述的容器，其中，所述细长金属管状支撑件在所述第一和第二点之间具有一个长度，该长度在所述内罐与所述外罐之间提供一条热路径，该热路径长于所述内罐与所述外罐之间的径向间距。
17.根据权利要求1所述的容器，其中，所述多个非金属径向支撑件具有一集中的导热系数，其小于由铁类材料制成的具有至少相同结构强度的替代径向支撑件的导热系数。
18.根据权利要求2所述的容器，其中，所述第一和第二非金属径向支撑件每个包括一衬套和多个条带，所述衬套提供所述承压面，承压面与联合所述内罐的所述第一和第二侧面的所述各自相对表面合作，所述多个条带从所述衬套延伸至位于所述外罐的内部表面上的各自的连接点。
19.根据权利要求18所述的容器，其中，所述条带沿着向所述内罐提供径向支撑的方向延伸，同时在所述内罐与所述外罐之间提供一条热传递路径，该热传递路径长于所述水平轴线与所述内和外罐相交处的所述内罐与所述外罐之间的径向间距。
20.根据权利要求19所述的容器，其中，所述条带沿着基本上正切于所述内罐的表面的方向延伸。
21.根据权利要求19所述的容器，其中，所述条带沿着基本上垂直于所述水平轴线的方向延伸。
22.根据权利要求18所述的容器，其中，所述衬套具有一中空的轴线，且所述细长金属管状支撑件延伸穿过所述中空轴线。
23.根据权利要求18所述的容器，其中，所述条带是金属的。
24.根据权利要求23所述的容器，其中，所述条带中的至少一个条带具有一端部，该端部在所述连接点的各自的一个连接点处被焊接到所述外罐上。
25.根据权利要求23所述的容器，其中，所述条带中的至少一个条带与被布置在所述衬套周围的一颈圈相连接。
26.根据权利要求18所述的容器，其中，所述条带是非金属的。
27.根据权利要求26所述的容器，其中，所述条带中的至少一个条带具有一端部，该端部在所述连接点的各自的一个连接点处被螺栓拴在所述外罐上。
28.根据权利要求26所述的容器，其中，所述条带中的至少一个条带与被布置在所述衬套周围的一颈圈相连接。
29.根据权利要求2所述的容器，其中，所述第一和第二非金属径向支撑件包括多个条带，且所述第一和第二非金属径向支撑件的所述承压面由各自的颈圈提供，所述各自的颈圈与联合所述内罐的各自的相对表面相协作，所述多个条带中的每一个条带具有与所述颈圈相连接的一个端部和与所述外罐相连接的另一个端部。
30.根据权利要求1所述的容器，其中，所述细长金属管状支撑件还能够被用作一导管，制冷流体通过该导管可流入或流出所述制冷剂空间。
31.根据权利要求30所述的容器，其中，所述导管终止于一接近于所述制冷剂空间的顶部的敞开的端部，从而，所述导管可用于填充或排放所述制冷剂空间。
32.根据权利要求1所述的容器，其中，所述细长金属管状支撑件支撑着一水平传感器或为与布置在所述制冷剂空间内的仪器相连接的线路提供一条通道。
33.根据权利要求1所述的容器，其中，所述细长金属管状支撑件也是一套筒，用于支撑一泵，该泵具有一设置在所述制冷剂空间内的入口。
34.根据权利要求33所述的容器，其中，所述细长金属管状支撑件是双壁的且包括一内管壁，与一外管壁分隔开，其中，所述内和外管壁之间的空间以及所述外罐与所述内罐之间的所述可抽空空间是可抽空的；一末端，布置在所述内罐中，所述内和外管壁被接合在一起且在所述末端处或接近于所述末端处被密封，从而防止所述制冷剂空间内的制冷流体流到所述外和内管壁之间的空间内；一近端，与所述内罐和所述外罐相联，从而所述内管壁在结构上被连接到所述内罐上，且所述外管壁在结构上被连接到所述外罐上。
35.根据权利要求1所述的容器，其中，所述内罐基本上呈具有圆顶形端部的圆筒形，且所述圆筒的纵向轴线与所述水平轴线相对齐。
36.根据权利要求1所述的容器，其中，所述容器可安装在一车辆上并且可用作一燃料箱。
37.一种用于保存制冷流体的容器，所述容器包括a.一内罐，限定一制冷剂空间并具有一水平轴线；b.一外罐，环绕着所述内罐，在所述外罐与所述内罐之间限定一可抽空的空间；c.一结构，用于支撑所述内罐，所述结构包括i.一细长的金属的双壁式管状支撑件，其能够承受基本上所有的沿着平行于所述内罐与所述外罐之间的所述水平轴线的方向作用的荷载，所述细长金属双壁式管状支撑件包括一内壁，与一外壁分隔开，其中，所述内和外壁之间的空间以及所述外罐与所述内罐之间的所述可抽空空间是可抽空的；一末端，布置在所述内罐中，所述内和外壁被接合在一起且在所述末端处或接近于所述末端处被密封，从而防止所述制冷剂空间内的制冷流体流到所述外和内壁之间的空间内；一近端，与所述内罐和所述外罐相联，从而所述内壁在结构上被连接到所述内罐上，且所述外壁在结构上被连接到所述外罐上；ii.第一和第二径向支撑件，与所述内罐的相对的第一和第二侧面相联，所述相对的第一和第二侧面相交于所述水平轴线，所述径向支撑件能够承受基本上所有的沿着相对于所述水平轴线的径向作用的荷载，所述第一和第二径向支撑件中的每一个支撑件包括至少一个在所述内罐与所述外罐之间延伸的非金属的元件。
38.根据权利要求37所述的容器，其中，所述内罐沿与所述水平轴线平行的方向是细长的。
39.根据权利要求37所述的容器，其中，所述非金属元件所具有的导热系数小于由铁类材料制成的具有至少相同结构强度的替代径向支撑件的导热系数。
40.根据权利要求37所述的容器，其中，所述非金属元件是一具有第一和第二荷载支承面的细长的管，所述第一荷载支承面与联合所述内罐的一第一相对表面相联，且所述第二荷载支承面与联合所述外罐的一第二相对表面相联。
41.根据权利要求40所述的容器，还包括一布置穿过所述非金属细长管的导管，流体通过该导管可以分别地从所述容器的外面流入到所述制冷剂空间内，或者从所述制冷剂空间流到所述容器的外面，其中，所述导管还包括一外部直径，该外部直径小于所述细长管的内部直径，因此所述导管与所述细长管间隔开。
42.一种把限定制冷剂空间的一内罐支撑在一外罐内、传递所述内罐与所述外罐之间的轴向和径向荷载并减少热泄漏到所述制冷剂空间内的方法，所述方法包括a.抽空所述内罐与所述外罐之间的一密封的空间；b.通过一细长的金属管传递沿轴向的基本上全部的荷载；c.通过至少两个非金属的结构元件传递沿径向的基本上全部的荷载，所述非金属结构元件比至少沿径向有相同强度的铁类材料具有较低的导热系数。
43.根据权利要求42所述的方法，还包括用优良的绝缘材料包裹所述内罐，以便减少辐射热传递。
44.根据权利要求42所述的方法，还包括允许所述内罐沿着所述轴向相对于所述外罐移动。
45.根据权利要求42所述的方法，还包括允许所述非金属结构元件沿着所述轴向相对于所述外罐和所述内罐的其中至少一个移动。
46.根据权利要求42所述的方法，还包括将所述细长金属管用作一导管，通过该导管制冷流体可流入或流出所述制冷剂空间。
47.根据权利要求42所述的方法，还包括通过将所述细长金属管用作一多功能的导管，从而减少穿过所述被抽空的密封空间的导热结构的数量，所述多功能导管可用作一填充管、用于把制冷流体引入所述制冷剂空间内，还可用作一排放管、用于从所述制冷剂空间排放蒸气。
48.根据权利要求42所述的方法，还包括通过将所述细长金属管也用作一支撑结构，减少穿过所述被抽空的密封空间的导热结构的数量，所述支撑结构用于一具有被布置在所述制冷剂空间内的一入口的泵。
49.根据权利要求42所述的方法，还包括通过把所述细长金属管也用作一支撑结构，减少穿过所述被抽空的密封空间的导热结构的数量，所述支撑结构用于一水平传感器或者用作被布置在所述制冷剂空间内的仪器的线路的一条通道。
50.根据权利要求42所述的方法，其中，所述方法被用于将气体燃料储存在车辆上，一些所述燃料在液化状态下被保存在所述制冷剂空间内。
全文摘要
一种用于保存制冷流体的双壁式真空隔离的容器，包括用于内罐的一支撑系统，该支撑系统包括至少一根细长的金属导管，该导管穿透外罐和内罐的壁。导管本身沿着与水平轴线平行的轴向提供支撑，且至少两个非金属元件从水平轴线沿径向提供支撑。通过要求导管仅仅支撑轴向荷载，就可以减少导管的壁厚度，从而减少通过导管的热传递。沿径向提供支撑的非金属元件选自结构强度和低导热系数的复合材料制成，从而导致容器具有改进的整体的隔热效果，以便减少热泄漏和允许更长的保存时间。
文档编号F17C1/12GK1856679SQ200480027299
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月15日 优先权日2003年9月23日
发明者格雷戈里·C·哈珀 申请人:韦斯特波特研究公司