用于加压流体的容器系统 【发明领域】
本发明关于装有高压流体的容器，它导致一种便宜的、轻的、密集型的、柔性的、安全的和抗爆裂的加压流体的容器。
【发明背景】
现在用于储存和使用加压流体、尤其是气体的容器一般采用圆柱形金属瓶，它们缠绕增强材料以抵抗高的流体压力。这种储存设备制造费用昂贵、重量较大且笨重、无柔性且具有破裂倾向，这会导致爆炸。这类容器通常用于储存氧气，压缩氧气的医用对流动病人来说正在迅速增长。另一个例子是消防人员在失火时为了提供应急气体时携带的便携式金属罐式容器。现在还采用合成塑料的容器作加压流体的容器，然而这种类型的现有的容器在遇到高流体压力时不具有足够的抗爆裂强度。
发明概述
体现本发明的用于加压流体的容器系统克服了上述先有技术的加压流体容器系统固有的问题。
特别是体现本发明的加压流体的容器系统包括：多个保形的通常为椭圆形的腔，该腔具有敞开地端部，管芯同轴地穿过该端部并密封地固定在腔的端部内。管芯用于支撑沿芯长度的椭圆形腔，管芯沿其长度形成孔，其中一个孔位于每个腔内，从而与椭圆形腔的外部流体传送联通。孔的尺寸较小，从而能控制来自椭圆形腔的加压流体的排放速度。因此，如果一个或多个椭圆形腔破裂，所有腔的所含的流体必定通过管芯孔逸出，由于孔较小而产生的阻力，使加压流体保持其内部质量的惯性，因此非常低的流体排放速度就可避免大的和潜在的爆炸危险。
本发明的流体容器系统采用了上述椭圆形腔，它们由共用的管芯连接，在保护罩内，管芯支撑符合要求数量的椭圆形腔。椭圆形腔最好以平行的行的形式安置在罩内，管芯弯曲使该行的上下端相互连接。管芯的一端连到流体的入口上、而另一端连到内罩支撑的出口上。这种容器的用途包括便携式氧气背包、家用氧气瓶、轻重量的焊机瓶和加压气体带动的工具的背包。这种容器还可用来替代飞机、船只和汽车上的燃料罐。这是因为它们可按收藏所需要的位置来成形。在强烈的冲击下，这种燃料容器不会象一般单腔燃料容器那样发生爆炸。
本发明还提供一种用于形成椭圆形腔和管芯组件的方法和装置，使上述加压流体容器系统与一般的装有高压氧气和其它气体的纤维缠绕的金属罐相比，能在较低的制造成本下生产出来。
下面将参照附图详细描述本发明的上述目的和优点。
附图概述
图1是体现本发明的由管芯互连的多个刚性的、对准的、通常为椭圆形的腔组成的断开的侧视图；
图2是沿图1的2-2线的放大的剖视图；
图3是沿图2的3-3线的椭圆腔和管芯的垂直剖视图；
图4是沿图2的4-4线的垂直剖视图；
图5是沿图1的5-5线的放大的水平剖视图；
图6是沿图1的6-6线的放大的水平剖视图；
图7是可以体现本发明方法的装置的侧视图，它通常制成如图1～6所示的椭圆形腔和管芯组件；
图7A表示制造椭圆形腔和管芯组件的第一个步骤；
图7B表示制造这种组件的第二个步骤；
图7C是表示制造这种组件的第三个步骤的断开的剖视图；
图8是用于制造体现本发明的椭圆形腔和管芯组件的机器的概略侧视图；
图9是沿图7的9-9线的放大的垂直剖视图，它表示如何将椭圆形腔超声焊接到管芯上；
图10是沿图7的10-10线的放大的垂直剖视图，它表示制造椭圆形腔和管芯组件的方法中的纤维缠绕步骤；
图11是沿图7的11-11线的放大的侧视图，它表示椭圆形腔和管芯涂覆了本发明的热保护合成塑料涂层；
图12是用于本发明的多个椭圆形腔和管芯组件上的罩的透视图；
图13是图11的罩的顶部平面视图；
图14是沿图11的14-14线的图12中的罩的侧视图；
图15是沿图12的15-15线的放大的垂直剖视图。
优选实施例的详细描述
参见附图，特别是图1～6，一个体现本发明的加压容器系统包括多个保形的通常为椭圆形的腔C和管芯T，管芯T同轴地并密封地固定到腔C上。管芯T上沿其长度开有若干纵向等距离隔开的孔A，它们与每个腔C内部20传输的流体联通。孔A的尺寸选成能控制来自腔C的加压流体的排放速度，这样，可产生很低的流体排放速度，从而避免大的和潜在的在一个或多个腔C穿孔时而引起能量泄漏，发生爆炸。
现参见图2和3，每个腔C包括通常由合适的合成塑料模制的椭圆形壳24，该壳具有敞开的前、后端26和28。孔26和28的尺寸做成通过压合接纳管芯T的外径。管芯T用超声法焊接到壳24上，从而在它们之间形成流体密封。壳24的外部和壳之间的管芯T的外部包覆合适的抗压增强纤维30，用以防止壳和管芯的爆裂。一层保护性合成塑料涂层32加到包住壳和管芯T的外部。
更为特殊的是，壳24可由如TEFLON或氟化乙烯丙烯共聚物通过转轴模塑、吹塑或注塑制成。管芯T最好采用同样的材料制成，抗压纤维30可以由碳纤维、Kelvlon或Nylon制成，保护涂层32可由氨基甲酸乙酯制成，用以保护腔和管芯，使它们抗磨、抗紫外线或免受加热元件的损害。由通常为椭圆的腔C和它们支撑的管芯T形成的组件可按需要的长度制成10～20英寸长。孔A的尺寸将取决于多种参数，如所含流体的容积和粘度、预计的压力范围及所需要的流动速等。通常用于气体而选择的直径比用于液体的要小，因此，孔的尺寸通常在0.010～0.125英寸之间变化。
参见图5，在管芯T的入口或前端装有合适的一般的带外螺纹的接头34。管芯T的排放或后端装有一般的带内螺纹的接头36。这种外螺纹和内螺纹接头在管芯T的相邻长度之间提供压力型连接。
现参见图7～11，它们示出一种优选形式的装置，该装置可用来实施本发明的方法，制造如图1～6所示的通常为椭圆形的腔C和管芯T。参见图7，该装置包括一个支架F，在其上在图7的从右到左以对准关系装有：一个腔壳装载器L、一个超声焊接器S、一个纤维缠绕机W和一个塑料涂覆机P。图8详细示出一个腔壳装载机L，该装载机包括立柱38和39，它们的下端附着到支架F的基座40上，它们的上端支撑一供给箱41，供给箱的下方装有一个壳传送盘42。该传送盘42可垂直移动地由辊子支撑在立柱上，使它可在升起的装载的第一位置和降下的卸载第二位置之间移动，第一位置位于图7和8实线所示的装载器的下方，第二位置在图8中以点划线示出。立柱39的上部支撑一个卷筒44，卷筒上带有卷起的管芯材料T。管芯材料由一般的动力驱动的、安置在右立柱39上的推辊装置46和47、和安置在左立柱38上部的一般的动力驱动的推辊装置48驱动，以通过传送盘42。一个一般的动力驱动的冲孔器50安置在推辊装置47的上方。一个动力驱动的第一后管芯切割器52安置在推辊装置46的上方，同样的第二前管芯切割器54安置在推辊装置48的上方。一个电操纵的一般的计数器和控制盒56装在靠近推辊装置48的左立柱38上，一个液压驱动的推进压头装置58装在立柱39上，与壳传送盘的卸载位置水平对准。
在壳装载器L工作时，多个壳24的水平和垂直对准的阵列AA以水平的等距离的位置支撑在壳传送盘42的箱41内，如图8的点划线所示。壳24的水平对准的阵列的一个单行依次落出箱41、进入传送盘42的上开口端，由合适的装置(未示出)暂时保持在同轴水平对准状态，以接纳来自供给卷筒44提供的管芯材料T，同时传送盘安置在其升起的壳的装载位置。第一长度的管芯材料T依次地水平推出穿过传送盘42，从而以牢固配合关系穿入壳24的开口端内。在管芯材料T穿过壳的移动中，穿孔器50依次在管芯上以纵向相等的位置形成孔A，该孔与单个壳24的中心大致相对应。当管芯材料以压配合接纳在壳24的敞开端内时，后切割器52将切断靠近盘42进口端的管芯部分、同时前切割器54将切割靠近盘42出口端的管芯材料部分。然后将盘42和管芯T-1及含管芯的壳24降至图8点划线所示的推出位置，管芯与液压推进装置的推杆59同轴对准。然后液压推进的推杆59将第一壳和管芯组件60推出盘42，使其进入超声焊接机S。然后盘42向上返回到原来的如图8实线所示的位置，以再次接纳下一阵列AA的腔壳24和管芯材料T。应该看到，在腔壳装载器上装有合适的动力驱动的控制装置，用以进行对上述部分的操作。
当第一壳和管芯组件60由液压推进推杆59推出盘42时，该第一组件60的管芯左侧或前端将贴靠壳和管芯组件64的右侧或后端，以迫使该组件进入超声焊接机S。该普通的超声焊接机S包括熔化辐射体66和68，它们用于将管芯T熔接到通常为椭圆形的壳24上。由推杆59推入超声焊接机S的壳和管芯组件64的移动是由该组件的管芯的左侧或前端迫使相邻的壳和管芯组件70移动到普通的纤维缠绕机W而产生的。正如图10所示，该普通的纤维缠绕机W包括可转动的滚筒70，由它可将增强纤维74高速缠绕在壳24和管芯T的外表面上。应该看到，采用通常为椭圆形的壳24可使纤维均匀地覆盖在壳和管芯的整个外表面区C上，由此可得到最大的抗爆裂能力。在纤维缠绕步骤完成后，壳24和管芯T的组件向左推出纤维缠绕机进入普通的塑料涂覆器P。正如图11所示，该塑料涂覆器P装有容器80，其中装有如合适的TEFLON或氟化乙烯丙烯共聚物那样的合成塑料。容器80连到喷口件82上，如图11所示，它用于涂覆纤维缠绕的壳和管芯组件76的外表面，从而形成保护层。然后在液压推杆59的下一行程期间，由壳和管芯组件76将完成的壳和管芯组件84推出塑料涂覆器P。
现参见图12～15，它表示体现本发明的加压流体的容器系统的例子。在这些图中，这种容器系统采用具有罩H的加压气体组合件的形式，罩H具有入口接头87和排放接头88。排放接头88连到一个普通的口罩89上。作为特例，罩H可由合适的不可燃材料、如碳纤维、聚乙烯、合成塑料泡沫或致密的合成发泡橡胶的铸件制成。普通的入口接头87装在罩H的一侧，与垂直放置的、上述方法制成的椭圆形腔和管芯组件的第一列92的管芯件91的上端联通。管芯件91的下端做成具有逆转的弯曲部分93，然后向上延伸穿过通常为椭圆形的腔和管芯组件的第二列94。第二列94的管芯件的上端再形成逆转的弯头，向下延伸穿过通常为椭圆形腔的第三列96，其它的组件以类似的方法安置在罩H内。组件最后一列的管芯的上端与普通的排放接头88联通，该接头88装在罩的左侧。这个排放接头88再装到与口罩89相连的软管97上。上述组件可做得比具有这种特性的普通组件重量轻、并且更密集，可用作盛装气体、氧气、氢气或其它气体的调节装置。
从前面的描述可以看出，体现本发明的用于加压气体的容器系统提供了优于现有流体的容器系统的重大优越性，例如，一旦一个或多个腔C破裂，仅这些腔内的加压流体突然放出，由于受到孔A的影响，其它腔中的加压流体仅能以安全、受控制的速度散逸到空气中。
在上面已描述了本发明的特殊形式时，对本专业技术人员来说，显然可以作出不超出本发明精神和范围的各种修改。因此，本发明范围为所附权利要求限定。