具有增强的内部密封性的氢气管联接装置的制作方法

本发明涉及一种氢气管联接装置，该氢气管联接装置包括：第一多壁氢气管段，该第一多壁氢气管段具有第一联接部分；第二多壁氢气管段，该第二多壁氢气管段具有构造用以连接到第一联接部分的第二联接部分；密封装置，该密封装置用于密封第一联接部分与第二联接部分之间的连接部；以及按压设备，该按压设备用于将第一联接部分和第二联接部分按压在一起。此外，本发明涉及一种液态氢分配系统，以及一种包括这样的氢气管联接装置的交通工具，特别是飞行器。

背景技术：

1、关于本发明的技术背景，请参考以下引文：

2、cn 110822189 a

3、cn 105069211 a

4、cn 111347366 a

5、cn 205275203 a

6、us 3 458 219 a

7、us 2009/243230 a1

8、us 2021/0207759 a1

9、引文[1]至[6]涉及用于简单管的管联接件，其中已采取特殊措施以便增加联接件中的按压力。引文[7]涉及一种低温管联接装置。

10、目前，对于用氢气为诸如轿车、卡车、飞行器(特别是飞机和直升机)的交通工具提供动力做出了很多努力。因此，在交通工具上和地面上需要氢气储存系统和氢气分配系统。一种可能性是将氢气作为液态氢来储存和分配。液态氢必须在极低的温度下输送，因此具有最佳绝热性能的传输管线是必不可少的。对于液态氢的输送，可以使用低温管道系统。这种低温管道系统具有多壁管段，该多壁管段带有内管和外管。在内管内，输送低温液体。内管与外管之间的空间可以被抽空，或者用特殊的气体填充，以用于实现隔热。本发明的一个方面涉及这种低温管段之间的增强的联接。另一方面涉及用于输送气态氢的多壁管段之间的增强的联接。

技术实现思路

1、本发明的目的是改进氢气管系统的联接件，特别是可拆卸联接件。

2、为了实现该目的，本发明提供了氢气管联接装置。在其他方面给出了这种氢气管联接装置的有利用途和进一步的有利实施例。

3、本发明根据其第一方面提供了一种氢气管联接装置，该氢气管联接装置包括：第一多壁氢气管段，该第一多壁氢气管段具有第一联接部分；第二多壁氢气管段，该第二多壁氢气管段具有构造用以连接到第一联接部分的第二联接部分；密封装置，该密封装置用于密封第一联接部分与第二联接部分之间的连接部；以及按压设备，该按压设备用于将第一联接部分和第二联接部分按压在一起。第一多壁氢气管段具有第一内管和第一外管。第一联接部分包括在第一内管上的第一内环形接头段和在第一外管上的第一外环形接头段。第二多壁氢气管具有第二内管和第二外管，该第二内管用于以流体连通的方式连接到第一内管，该第二外管用于连接到与第一外管。第二联接部分具有在第二内管上的第二内环形接头段，该第二内环形接头段被构造用以与第一内环形接头段连接以形成内管接头。第二联接部分还具有在第二外管上的第二外环形接头段，该第二外环形接头段被构造用以与第一外环形接头段连接以形成外管接头。密封装置具有内密封件和外密封件，该内密封件被构造用以密封内管接头，该外密封件被构造用以密封外管接头。氢气管联接装置还包括至少一个弹簧元件，该至少一个弹簧元件被构造用以：在按压设备的按压力之外，将预按压力施加到内密封件上。

4、优选地，氢气管联接装置包括在第一内管上的第一弹簧元件和在第二内管上的第二弹簧元件。

5、优选地，氢气管联接装置是低温管联接装置，其中多壁氢气管段是用于传导液态h2的多壁低温管段。

6、优选地，内环形接头段中的至少一个在轴向方向上被所述至少一个弹簧元件弹性地支撑。

7、优选地，内部接头段和外部接头段被布置成使得在脱离状态下，与外部接头段相比，内部接头段彼此更靠近。特别地，内部接头段中的至少一个被弹簧元件弹性地支撑。优选地，第一内部接头段被第一弹簧元件(优选地在轴向方向上)弹性地支撑，并且第二内部接头段被第二弹簧元件弹性地支撑。

8、优选地，内部接头段和外部接头段被布置成使得在联接操作期间，在外部接头段彼此接触之前，首先通过至少一个弹簧元件的弹性力将内部接头段按压在一起(特别是具有单凸缘构思的实施例，例如参见图10和图11)。

9、优选地，内部接头段和外部接头段被布置成使得在未加载状态下，内部接头段中的至少一个在轴向上突出超过相关联的外部接头段。在优选实施例中，第一内部接头段在未加载状态下(例如，当联接段未联接在一起时)在轴向上突出超过第一外部接头段，并且第二内段在未加载状态下突出超过第二外部接头段。

10、优选地，第一外部接头段是第一外管上的第一外凸缘。优选地，第一外凸缘包括第一环形外密封座部分。优选地，第二接头段是第二外管上的第二外凸缘。优选地，第二外凸缘具有第二环形外密封座部分。优选地，外密封件位于第一外密封座与第二外密封座之间。优选地，按压设备包括外凸缘按压设备，以用于将第一外凸缘和第二外凸缘按压在一起。

11、优选地，按压设备包括夹持设备。优选地，按压设备包括夹持环。优选地，按压设备包括v型夹。优选地，按压设备包括螺栓凸缘连接部。特别地，按压设备被构造用以将第一外管上的第一外凸缘按压到第二外管上的第二外凸缘上。对于管联接件通常熟知的任何合适的凸缘连接部都是可能的。

12、优选地，第一联接段包括在第一内管上的第一内凸缘。优选地，第一内凸缘具有第一内环形密封座部分。优选地，第二联接段包括在第二内管上的第二内凸缘。优选地，第二内凸缘具有第二内环形密封座部分。优选地，内密封件在第一内环形密封座部分和第二内环形密封座部分之间实现。

13、优选地，所述至少一个弹簧元件包括金属波纹管。优选地，所述至少一个弹簧元件包括在第一内管上的金属波纹管。优选地，所述至少一个弹簧元件包括在第二内管上的金属波纹管。优选地，所述至少一个弹簧元件包括第一内管的弹性段。优选地，所述至少一个弹簧元件包括第二内管的弹性段。优选地，所述至少一个弹簧元件包括具有蘑菇状绕组的金属波纹管。优选地，所述至少一个弹簧元件包括具有水滴状绕组的金属波纹管。优选地，所述至少一个弹簧元件包括具有蜂窝状绕组的金属波纹管。优选地，所述至少一个弹簧元件包括在内管中的一个的端部处的内凸缘中嵌入的压力弹簧。优选地，所述至少一个弹簧元件包括在内管中的一个的端部处的可弹性变形的内凸缘。优选地，所述至少一个弹簧元件包括从内管中的一个的端部朝向内管中的另一个突出的至少一个膜片密封件。

14、优选地，外密封件包括o型环。优选地，外密封件包括弹性体o型环。优选地，外密封件包括弹簧激励密封件。优选地，外密封件包括ptfe激励密封件。优选地，外密封件包括金属密封件。优选地，外密封件包括金属o型环。优选地，外密封件包括金属c形环。优选地，外密封件包括弹簧激励金属密封件。优选地，外密封件包括弹簧激励金属o型环。优选地，外密封件包括弹簧激励金属c形环。优选地，外密封件包括金属垫片。

15、优选地，内密封件包括o型环。优选地，内密封件包括弹性体o型环。优选地，内密封件包括弹簧激励密封件。优选地，内密封件包括ptfe激励密封件。优选地，内密封件包括金属密封件。优选地，内密封件包括金属o型环。优选地，内密封件包括金属c形环。优选地，内密封件包括弹簧激励金属密封件。优选地，内密封件包括弹簧激励金属o型环。优选地，内密封件包括弹簧激励金属c形环。优选地，内密封件包括金属垫片。优选地，内密封件包括可弹性变形的膜片密封件。

16、优选地，氢气管联接装置被构造用以易于联接和脱离，特别是通过按压设备的可释放安装实现。

17、根据另一方面，本发明提供了一种氢气分配系统，该氢气分配系统包括根据前述实施例中任一个的至少一个氢气管联接装置。氢气分配系统可以是用于在交通工具(诸如飞行器)上分配lh2或gh2的系统。特别地，h2分配系统被构造用以将h2从h2罐输送到h2消耗器，诸如由h2提供动力的发动机或由h2提供动力的燃料电池等。此外，氢气分配系统可以用于罐式交通工具(tank vehicle)，特别是用于机场。可替代地，氢气分配系统可以是地面系统，诸如机场上的飞行器燃料分配系统。

18、根据另一方面，本发明提供了一种交通工具，特别是飞行器，该交通工具包括根据前述实施例中任一个的氢气管联接装置和/或根据前述实施例的氢气分配系统。

19、本发明的优选实施例涉及一种弹簧激励凸缘构思，其用以增加h2管可拆卸联接件连接部的凸缘上的密封件座负载。

20、本发明的优选实施例涉及h2管的可拆卸联接件连接部的凸缘设计。这样的连接通常要求非常低的泄漏率，由于安全性和操作的原因，这对h2应用具有高度重要性。为了保持泄漏率的要求，需要一个或多个密封件，并且它们需要非常高的座负载以提供良好的性能。根据本发明的优选实施例，提出了一种弹簧激励凸缘构思，以增加密封件座负载。

21、根据本发明的与h2分配系统相关的优选实施例，使用了双壁管，其中液态氢(lh2)或气态氢(gh2)在内管中输送，并且外管保持有真空状态或惰性气体，以用于防泄漏和隔热。在联接件连接部处，可以使用单凸缘以及内密封件和外密封件。可替代地，也可以考虑双凸缘构思，其中内管由单独的凸缘连接。在这种情况下，每个凸缘均具有其自身的密封件。来自相对的管段的凸缘可以由v型夹或螺栓接头保持在一起。优选地，可以使用双v型夹，以确保凸缘足够坚固，并且单一故障不会导致系统完整性的丧失。密封件上的座负载取决于v型夹力或螺栓扭矩，其可以出于安装原因而被限制。根据本发明的优选实施例，提出了使用弹簧机构来增加密封件上的座负载。

22、可通过一种效应或多种效应的组合来降低座负载，如热收缩和加载、公差、系统负载和加速力的效应。此外，连接元件的负载限制可以限制密封件座负载。

23、对于内和外组合凸缘(单个凸缘)的另一方面在于，内管壁与外管壁之间的温差可能在内管/凸缘部分与外管/凸缘部分之间的连接部处导致非常高的热应力集中。为了限制应力集中，局部降低刚度可以改善关于应力集中的情况，但可能导致密封件凹槽的间隙增大，从而导致泄漏。根据一些实施例，在内凸缘侧上的一种预压缩的弹簧元件可以避免这种密封凹槽的间隙的增加，并消除应力集中。

24、在本发明的优选实施例中，提出了一种弹簧激励凸缘构思，以增加h2管的联接件连接部中的密封件座负载。优选实施例的优点包括：

25、-更好的密封性能和h2无泄露程度。低泄漏率是对h2分配系统的最重要的要求之一，以确保安全性和操作连续性；

26、-可以使用要求更大座负载的更好的密封件；

27、-在凸缘设计允许少量氢气泄漏到外管的情况下，延长了真空隔离的持续时间，并改善维护间隔。

28、在使用双凸缘构思的优选实施例中，提出了在内凸缘上添加机械弹簧。管的长度和弹簧被设定尺寸使得：在组装之后，弹簧将处于压缩状态，且因此，弹簧在内密封件上施加轴向力，从而增加密封件上的座负载。应当注意，虽然在此针对内凸缘示出了弹簧激励构思，但它并不限于这种构造。该同样的构思可以应用于其他联接件连接部布置。

29、一些实施例使用金属波纹管作为内凸缘上的弹簧。金属波纹管通常被用作膨胀接头，以吸收管系统中的移动。然而，在这种应用中，金属波纹管被用作弹簧，以在凸缘上提供附加力。金属波纹管可以被焊接或栓接到管上。一些实施例使用常规金属波纹管作为弹簧元件。除了常规金属波纹管外，其他实施例使用可以通过3d打印实现的其他可能的弹簧形状。例如，弹簧可以具有蘑菇形状，该蘑菇形状可以针对某些刚度和轴向移动进行优化。在其他实施例中，弹簧分别采用水滴的形状或蜂窝状单元的形状。这些是可以像弹簧一样提供轴向刚度的中空结构。也许，可以要求有排出孔，以在制造之后将水滴和蜂窝状单元内的剩余粉末排出。

30、建议将弹簧尽可能地靠近凸缘定位，或者如果可能的话，也可以将弹簧集成到凸缘。这将使所需的弹簧刚度最小化，且因此使重量和将轴向力传递到密封件的复杂性最小化。这也将使该弹簧与管上的其他热/移动补偿波纹管之间的相互作用最小化。

31、在使用单凸缘构思的优选实施例中，波纹管弹簧也可以用于向内密封件施加预负载。与双凸缘构思类似，管可以安装成带有预张力，其中在凸缘上施加夹持力之前弹簧已经被压缩。一旦施加了夹持力，则密封件上的座负载就由夹持力和弹簧力提供。

32、在其他实施例中，膜片被用作组合的弹簧和内密封件。弹簧力基于膜片在其变形时的弹性来实现。膜片的表面可以被机加工以获得良好的粗糙度，并且可以用作密封表面。也可以使用较软材料的涂层来提高表面质量和密封效果。

33、应当注意，无论是波纹管型弹簧元件还是膜片作为组合弹簧和密封元件，其可能的弹簧形状均可以用常规机加工或3d打印方法形成。

34、在优选实施例中，可以使用几种不同类型的密封件作为内密封件或外密封件(除了其中膜片是密封件本身的膜片构思之外)。这包括但不限于弹性体o型环、ptfe弹簧激励密封件、金属密封件(o型环、c型环、弹簧激励)和金属垫片。实际使用的密封件基于操作条件、技术要求和安装要求进行选择。

35、虽然引文[1]至[6]中所示的凸缘构思是为了增加单壁管的凸缘上的压缩负载，但本发明的优选实施例的特殊技术效果是增加多壁(特别是双壁)管的内凸缘或其他内部接头连接部上的压缩负载。这使得能够在h2泄漏、结构简单、使用简单和可靠性方面改进h2管的可拆卸联接件。

36、虽然已经以内管之间的内密封件为示例描述了增加密封件座负载的构思，但同样的原理也可以附加地适用于外密封件。因此，外凸缘或其他外部接头段也可以通过至少一个附加弹簧元件进行预按压。