專利名稱：壓力控制的氣體存貯的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及氣體的存貯，特別涉及在高壓條件下的氣體的存貯。
技術背景氫氣是一種可以用作高效燃料和用于電能生產的氣體。氫氣的使用具 有某些明顯的優點，例如與其它燃燒方案相比能減少廢氣污染問題，并且 氫氣還是較有效的能量存貯介質。但是，將氫氣經濟引入社會的主要障礙 之一在于氫氣的物理存貯方面的困難。對存貯系統的要求包括壽命成本低、 可靠性高、安全性高和操作筒單。因此，能夠以實用的方式存貯氣體、特 別是氫氣倍受關注。存在許多存貯氫氣的可能的方法在金屬中作為金屬混合物、在碳納 米管中、化學存貯在不同的溶液中或者簡單地存貯在高壓儲罐中。世界上 有許多正在進行的研究以尋找最佳方案。挑戰在于找到一種同時滿足全部 或者至少大部分標準的系統。在一種現有技術的用于存貯氫氣的普通的高壓儲罐中，高壓殼體具有 用于引入和/或釋放氣體的開口 。在該開口處通常設置有不同類型的閥構 造，以用于確保能夠將高壓氣體引入儲罐中和確保氣體被從儲罐中可靠地 釋放出來。與氣體的存貯和釋放有關的該程序通常基于氣體管路的物理連 接和閥門的操作。所述閥門通常通過物理程序或通過不同的電氣元件進行 控制。頻繁地操作閥門和氣體管路的連接件通常會導致磨損和機械故障，并 且，由于氣體存貯裝置具有高壓以便減少所占體積，因此必須極其小心地 操作以避免發生事故。上述有關氣體操作的問題在上文中是指關于氫氣操作。但是，任何類 型的氣體也都存在相應的問題。現有技術的氣體存貯方案的一個問題是不能同時滿足壽命成本低、可 靠性高、安全性高和操作簡單的要求。發明內容因此，本發明的目的是提供在各項要求之間具有更好的折衷的用于氣 體存貯的裝置和方法。本發明的另一目的是提供對填充和釋》文氣體的物理 操作需求較少的用于氣體存貯的裝置和方法。通過根據所附專利權利要求的裝置和方法實現上述目的。總的來說， 根據第一方面，提供了一種具有耐高壓殼體和流體控制系統的氣體存貯罐。 所述流體控制系統具有入流支路和出流支路。入流支路包括止回閥，出流 支路包括調壓器和壓力輔助止回閥。優選地，流體控制系統還包括入流過 濾器、出流過濾器和限流器。流體控制系統優選地全部位于耐高壓殼體的內部。流體控制系統優選地設置成形成在粘結的薄片(wafer)堆棧中的小 型系統，其中，止回閥、壓力輔助止回閥、調壓器、入流過濾器、出流過 濾器和限流器由孩史加工幾何結構在粘結的薄片堆棧中形成。根據本發明的第二方面，制造氣體存貯罐的方法包括提供具有至少一 個開口的耐高壓殼體，以及提供流體控制系統。該流體控制系統具有入流 支路和出流支路，其中，入流支路包括止回閥，出流支路包括調壓器和壓 力輔助止回閥。該方法還包括將流體控制系統附裝成覆蓋所述開口。所述 制造優選基于MEMS (微機電系統技術)或MST (微系統技術)的使用。根據本發明的第三方面，用于操作高壓下的氣體的方法包括充氣階段 和放氣階段。充氣階段包括使氣體儲罐暴露于高壓下的氣體中，從而使氣 體儲罐的流體控制系統的入流支路的止回閥由于高壓作用而打開。然后向 氣體儲罐充入氣體，以及最后將氣體儲罐從高壓下的氣體中移出，從而使 所述止回閥被關閉。放氣階段包括將氣體儲罐暴露于第一中間環境壓力下， 從而使所述氣體儲罐的流體控制系統的出流支路的壓力輔助止回閥由于所述第一中間壓力作用而打開。該第一中間壓力大于大氣壓力。然后從儲罐 中排出所述氣體。適當時，放氣階段優選地還包括將氣體儲罐暴露于大于 第 一 中間環境壓力的第二中間環境壓力下，從而使出流支路的調壓器被關 閉，并阻止氣體進一步從氣體儲罐中被排出。本發明可解決如何以質量有效的方式存貯氣體、并在需要時能夠以簡 單的方式取出該氣體的問題。本發明是關于如何在高的或非常高的壓力下 存貯氣體的被動式機械方案。本發明的一個優點是減少了對填充和釋放氣 體時的物理程序的需求，這又減少了造成機械故障的危險和減少了氣體儲 罐的操作次數。于是這種簡單化的操作還使得可以使用較小的儲罐單元， 從而提高了操作氣體期間的安全性。
通過參考下文結合附圖進行的說明將能更好地理解本發明及其其它的方面和優點，其中圖1是根據本發明的氣體儲罐的實施例的方框圖；圖2是根據本發明的氣體儲罐的實施例的斷面視圖；圖3是根據本發明的氣體操作方法的實施例的步驟流程圖；圖4是根據本發明的氣體儲罐的另一實施例的方框圖；圖5是根據本發明的氣體儲罐的另一實施例的斷面視圖；圖6A給出充氣流率與壓力差的關系曲線；圖6B給出排出流率與壓力差的關系曲線；圖7是根據本發明的制造方法的實施例的步驟流程圖；圖8A和圖8B是可用于本發明的流體控制系統的實施例的斷面視圖；圖9A和圖9B是可用于本發明的止回閥的實施例的斷面視圖；圖IOA和圖IOB是可用于本發明的調壓器的實施例的斷面視圖；圖ll是可用于本發明的壓力輔助止回閥的實施例的斷面視圖。
具體實施方式
球形氣體存貯罐的耐壓性能主要取決于三個因素尺寸、儲罐材料和 壁厚。當考慮到全部因素時，就所存貯的氣體的量和總的系統質量之間的 關系而言，由金屬或復合材料制成的小的球體顯然是好的方案。但是，包 括多個小的高壓儲罐的系統將產生一主要問題如何在不使用非常復雜且 會造成高成本和大的支承系統質量的系統的情況下將氣體從或許是好幾百 個小的儲罐中釋》文出來。下述發明提出了一種非常新穎方法來解決所述問 題。本方案基于各存貯罐的通過環境壓力控制的填充和釋放，從而無需任 何使用閥構件的手動或電氣操作。本方案特別適合于小的儲罐，但也可有 利地應用于任何尺寸的氣體儲罐。圖1示出根據本發明的儲罐l的實施例的示意圖。根據本發明，儲罐 1包括其自身的氣體操作系統。因此儲罐1包括耐壓殼體10和具有入流支 路20和出流支路30的流體控制系統5。入流支路20包括止回閥21 。出流 支路30包括調壓器32和壓力輔助止回閥31。調壓器32和壓力輔助止回 閥31都通過環境壓力進行控制，如箭頭33和34所示。這樣，流體控制系 統5可基于壓力間接控制而使氣體能以受控制的方式被填充和釋放。儲罐l優選地具有氣體操作系統，即，集成在內部上的流體控制系統 5。圖2示出該實施例的斷面視圖。耐壓殼體IO包括在凸緣13處彼此聯接 的兩個內半體ll、 12。內半體ll、 12覆蓋有形成殼體外部部分19的纖維 復合材料。在各內半體ll、 12中，殼體10的一部分具有平的內部表面14。 通過一個儲罐內半體ll的平的內部表面14設有進口 15，通過另一儲罐內 半體12的平的內部表面14設有出口 16。流體控制系統5優選地包括在小 的硅片堆棧17、 18中共同工作的被動式微型機械裝置。堆棧17、 18粘結 在平的內部表面14上，分別覆蓋進口 15和出口16。圖3示出根據本發明的氣體存貯方法的實施例的主要步驟的流程圖。 用于提供高壓下的氣體的程序在步驟200開始，首先向氣體儲罐中充入氣 體。在步驟210中，使氣體儲罐暴露于高壓下的氣體。氣體儲罐的流體控 制系統的入流支路的止回閥由于高壓而被打開。在步驟212中，氣體被充入氣體儲罐中。在步驟214中，將氣體儲罐移出高壓下的氣體，從而止回 閥關閉。所述移出可通過將氣體儲罐從高壓體積中物理地移出或通過降低 氣體壓力進行。因此，是環境壓力和儲罐內部壓力之間的壓力差在控制氣體向儲罐中 的流入。當環境壓力高于儲罐內部壓力時，止回閥將打開從外部到內部的 流動通路。當由于儲罐內部壓力變得接近于外界高壓或者由于環境壓力降 低從而導致壓力差下降時，止回閥又將關閉。氣體從儲罐中的釋放在步驟220開始，在該步驟中，使氣體儲罐暴露 于第 一 中間環境壓力下。該第 一 中間環境壓力使得氣體儲罐的流體控制系 統的出流支路的壓力輔助止回閥打開。該第一中間環境壓力高于大氣壓力， 以便能夠在大氣壓力下輸送氣體儲罐而不向外漏氣。在步驟222中，使氣 體從氣體儲罐中排出。在步驟224中，使氣體儲罐暴露于第二中間環境壓 力，該第二中間環境壓力大于所述第一中間環境壓力，并通常等于氣體被 使用的操作壓力。這將造成出流支路的調壓器關閉，從而阻止氣體被進一 步從氣體儲罐中排出。該程序在步驟249中結束。氣體從儲罐中的釋放在系統中的另一流動線路上進行。在該流動線路 中，氣體必須經過兩個裝置。第一裝置是調壓器，該調壓器在第二壓力(環 境壓力)超過某一預定值一一即第二中間環境壓力時使氣體流量減小到零。 最大第二壓力通常取決于整體應用，并可在幾巴(bar)到幾百巴之間。出 流流動路徑中的第二裝置是壓力控制閥，該壓力控制閥在低于另一給定壓 力限值時關閉。該限值、即第一中間環境壓力也可自由地選擇，但通常應 略高于正常大氣壓力。如上所述，這意味著被再充填的儲罐可在充氣站和 用戶之間輸送而不會有氣體損失。圖4示出根據本發明的儲罐1的另一實施例的示意圖。在該實施例中， 入流支路20和出流支路30具有朝向氣體儲罐1的周圍環境的共用開口 40。 如前述實施例中，進入或離開儲罐的所有氣體都必須通過流體控制系統5。 來流氣體流經入流支路20,出流氣體流經出流支路30。在該實施例中，位 于外部側的有效的入流過濾器41保護流體控制系統5免于來流氣體顆粒。位于儲罐1的內部側的類似的出流過濾器42保護流體控制系統5的出流支 路30的對顆粒敏感的閥結構。在過濾器結構41和42之間，入流支路20 和出流支路30被設置成兩個獨立的流動路徑， 一個用于iiA儲罐的氣體， 一個用于離開儲罐的氣體。入流支路20包括止回閥21，并在本實施例中 還包括限流器22。限流器22防止充氣過程中在更為敏感的止回閥21兩側 形成有害的壓力梯度；可選擇地，所述限流器是入流過濾器結構41的一部 分。如上文中簡要說明的，止回閥21僅在外部環境壓力至少略高于儲罐1 的內部壓力時才打開以用于氣體流動。當內部壓力略高于外部壓力時，止 回閥21完全封閉入流支路20。止回閥21的可能的設計方案將在下文中更 加詳細地i兌明。出流支路30包括三個串聯的裝置限流器35、被動式機械調壓器32 和壓力輔助止回閥31。該第二限流器35的目的在于防止氣體在下游故障 的情況下的有害的泄露；所述第二限流器也可以是內部出流過濾器結構42 的一部分。調壓器32是被動式機械裝置，如上所述，當第二壓力達到某一 預定P艮值時，該調壓器將出流氣體流量減少到零。由于該第二壓力與環境 壓力相同， 一旦壓力輔助止回閥31打開，則意味著當環境壓力達到最大工 作壓力時儲罐將停止泄露氣體。將在下文中進一步給出調壓器32的適宜的 設計。出流支路中的第三裝置是壓力輔助止回閥31。該裝置具有重要的系統 功能。如果沒有該裝置，則儲罐從充氣站到用戶位置的輸送將會復雜得多。 由于正常的大氣壓力(1巴)遠低于通常儲罐自動封閉的最大工作壓力， 因此，它們將以僅由上述限流器35限定的流率來使自己被排空。壓力輔助 止回閥31以可,皮描述成逆止閥功能的方式操作，即，下游的壓力使該閥打 開。來自調壓器的最大的第二壓力本身并不能打開該閥。將在下文中詳細 說明設計原理。圖5示出根據圖4的儲罐的實施例的斷面視圖。儲罐l包括兩個半體 11'和12'。在該實施例中，只有一個半體ll'具有開口，其用作共用開 40的一部分。在本實施例中，流體控制系統5包括單個小的硅片堆棧43，其粘結在半殼體ll'的平的內部表面14上、即在共用開口 40上安裝成密 封。根據下文所述實施例中的流體控制系統5所包含的裝置的設計原理， 可使用5個薄的硅片實現該設計示例。所述薄片通常被孩W口工，并當粘結 在一起時形成連接到整個微型流體控制系統5的多個被動式裝置。所述儲罐在所示實施例中顯示為球形儲罐。球形形狀在很多應用中是 有利的，但是，儲罐也可具有適合于用于存貯氣體的高壓系統的任何形狀。 圖5的實施例的儲罐的設計尺寸(直徑)在10到50mm范圍內。這使得 壁厚相當薄，但仍能有內部較高的氣體壓力。另外，上述微加工的硅片堆 棧為這種尺寸的儲罐提供了適宜的流體控制系統5。但是，如上所述，本 發明的原理也可有利地應用于較大的儲罐。儲罐的殼體應設計成用于適當的高壓、例如高達1000巴。可優選的 材料的選擇可以是所有的金屬或具有高強度的復合材料。但是，也可使用 其它材料。在圖2和圖5所示的實施例中，流體控制系統5全部位于耐高壓殼體 的內部。這在很多情況下是有利的，因為該耐高壓殼體可保護流體控制系 統不受外部機械作用。由于不存在可能會被損壞的突出部分，使得操作和 輸送儲罐變得更加容易。但是，根據本發明的基本的功能性原理并不依賴 于此，在一般的裝置中，流體控制系統5也可部分地或全部地祐放置在耐 壓殼體的外部。進入和流出根據圖5的儲罐的氣體流率在圖6A和圖6B中示出。圖 6A示出充氣流率隨作用在止回閥上的壓力差的變化。在止回閥的開啟壓 力300，氣體開始流入儲罐，其流率取決于壓力差。流率向上變化至水平 301,此時在限流器中發生停滯。而圖6B示出排出流率。此時內部壓力 遠高于外部環境壓力。在壓力輔助止回閥的開啟壓力302以下，壓力輔助 止回閥關閉且排出流動被阻止。當高于該限值時，氣體開始以最大流率 303流出，該流率由于壓力差減小而逐漸降低，直到調壓器感應到第二高 壓304，并4吏流動再次停止。下面說明流體控制系統5中的裝置的詳細實施例。在這些示例中，壓力輔助止回閥、調壓器、入流過濾器、出流過濾器和限流器由微加工的幾 何結構在粘結的薄片堆棧中形成。因此，所有這些實施例的共同點在于，它們都是通過使用精密加工、化學-微機電系統(chemMEMS)或微機電 系統制造方法制成的微型系統。但是，應當注意，根據本發明的裝置也可 通過可選擇的常規的制造方法制成。圖7是根據本發明的制造方法的實施例的主要步驟的流程圖。制造氣 體存ji&罐的程序在步驟250開始。在步驟260中，設置具有開口的耐高壓 殼體。在步驟262中，設置流體控制系統。該流體控制系統具有入流支路 和出流支路。入流支路又包括止回閥，而出流支路又包括調壓器和壓力輔 助止回閥。設置流體控制系統的步驟包括優選地將一組薄片微加工成 (將)形成止回閥、調壓器和壓力輔助止回閥的幾何結構，以及將該組薄 片相粘結成結合有止回閥、所述調壓器和所述壓力輔助止回閥的薄片堆 棧。所述微加工優選通過使用精密加工、化學-微機電系統或微機電系統 制造方法進行。在步驟264中，將流體控制系統附裝成覆蓋所述開口。該 程序在步驟299結束。下面說明流體控制系統及其部分裝置的幾個基于薄片的實施例，這些 實施例表明了使用例如微機電系統制造方法生產被動式機械裝置的最廣 泛的可能性。但是，總的保護范圍不應僅局限于這些示例，而只能由所附 專利權利要求進行限定。圖8A示出流體控制系統5的斷面視圖，該系統實現為粘結在一起的 小的薄片堆棧50，并設計成具有進口 51作為儲罐的入口。對于直徑為20 到50mm的球形儲罐，堆棧直徑通常在5-8mm范圍內，厚度為1.5-2mm。 較大的儲罐可具有較大的流體控制系統5,以便提供較大的填充和排出容 量。在該實施例中，堆棧50包括五個薄片52A-E。薄片52A和薄片52B 可具有增加的厚度，以提供機械強固的系統。在薄片52A和薄片52B之 間的粘結界面處形成有外部過濾器41。在薄片54D和薄片54E之間以類 似的方式結合有內部過濾器42。在本實施例中，薄片54E具有不止一個 出口 47。多個出口 47可能是具有吸引力的一一例如用于確認方向的目的。為了降低制造成本，這些口 47可通過各向異性的濕蝕刻在批處理中形成。三個中部薄片52B-D在兩面都被微加工以形成流體控制系統5的微 型裝置。壓力輔助止回閥31與入流過濾器結構41相連，并通過內部通道 53與調壓器32相連。調壓器32轉而與出流過濾器結構42相連。充氣止 回閥21以相似的方式連接在入流和出流過濾器結構41、 42之間。在本實 施例中，入流和出流過濾器結構41、 42也用作限流器35和22。圖8B是流體控制系統5的另一實施例的斷面視圖。在該情況下，流 體控制系統5包括兩部分薄片堆棧17和18，它們是分別形成入流支路 20和出流支路30的獨立的薄片堆棧。各薄片堆棧17和18包括它們各自 的進口 51和過濾器結構41、 42。止回閥21、調壓器32和壓力輔助止回 閥31的實施方式可與圖8A中相同。圖9A是可用于本發明的止回閥21的實施例的斷面視圖。當氣體已 經流過入流過濾結構41時，它將在狹窄的內部輸送通道58中被向上輸送 到薄片52C和薄片52D之間的粘結界面上。輸送通道58狹窄，以不使機 械結構負載有由壓力造成的應力。輸送通道58結束在薄片52C中位于閥 體62上方的圓形的小的容積或空腔59中，所述閥體可沿軸線方向移動， 如箭頭99所示。閥體62借助于波紋形壓力密封膜61可移動地彈性懸置。 當空腔59中逐漸形成壓力時，閥體62被向下推動，從而在閥體62中在 圍繞中心孔63的密封結構60中開啟一狹縫。在本實施例中，密封結構 60包括一個或多個圍繞中心孔63的同心的隆起部55。隆起部55在薄片 52D中封靠閥座涂層56。閥座涂層56相當厚、大于10微米，它提供了 在相等壓力條件下密封止回閥21的小的預載。閥座涂層56的材料可以是 軟金屬或聚合物。實際的選擇取決于待存貯的氣體和操作壓力范圍。當閥 體62被推下直到其到達薄片52B時，該閥體將撞擊薄片52B上的防止其 被粘住的防粘涂層57。另 一氣體輸送通道57將氣體從中心孔63輸送至 流體控制系統5的出口。圖9B是可用于本發明的止回閥21的另一實施例的斷面視圖。大部 分與圖9A中的相同，此處不再討論。但是，在本實施例中具有額外的保護特征結構。當氣體儲罐被充氣且來自入流過濾器結構41的入流壓力被 去除時，氣體儲罐內的內部壓力將變得很高，且閥體62被用力地向上推 靠在閥座涂層56上。彈性保護膜59可防止閥座涂層56處的接觸壓力變 得足夠高以至于破壞密封功能。因此，閥體62通過兩個直徑不同的膜59、 61而懸置。所述兩個膜59、 61之間的直徑比決定了接觸壓力減少多少。圖10A是可用于本發明的調壓器32的實施例的斷面視圖。高壓下的 氣體從出流過濾器結構進入向上引導至閥進給孔69的輸送通道68，所述 閥進給孔是穿過薄片52D的非常狹窄的孔。閥進給孔69被閥座64包圍。 閥座64可具有適宜的硬質涂層如TIN或DLC，以提高耐磨性。在薄片 52C和薄片52B中具有可移動的閥體65，其形成有靠近閥座64的閥帽 66。閥帽66也具有薄膜涂層，以使其具有適當的密封和(耐)磨損性能。在薄片52C中的柔性而壓力密封的上膜70使得閥體65的內部部分 72懸置。上膜70具有較小的直徑。閥體65的外部部分73借助于大直徑 的膜74懸置在薄片52B中。當氣體通過該常開閥時，該氣體將通過通道 75流出到壓力輔助止回閥中。氣體還流動通過開口76、通過薄片52C和 薄片52B,并向下ii7v位于閥體65下方的致動容積77中。如果岡體65 處于低的第二壓力(即調壓器32下游的壓力)下，則會被壓靠在薄片52A 上的防粘涂層78上。向下推動閥體65的力是上膜70和大直徑的膜74 的彈性張力和空腔79中的氣體壓力的合力。如果將由虛線示出的某材料 81從閥體65的外部部分73中除去，則空腔79可具有更大的容積。當致 動容積77中的壓力增加時，閥體65在某一點離開防粘涂層78表面并開 始向上移動，逐漸關閉調壓器32，直到最終閥帽66撞擊到閥座64。當調 壓器32這樣地關閉時，致動容積77中的壓力將停止增加。當加壓氣體離 開該系統時，壓力降低，調壓器32再次打開，從而重新開始壓力調節循 環。圖10B是可用于本發明的調壓器32的另一實施例的斷面視圖。大部 分與圖10A中的相同，在此不再討論。但是，本實施例具有額外的保護 特征結構。在薄片52B的下部中具有有限柔性的非常小的膜71,其構成閥體內部部分72和外部部分73之間的柔性連接。這種布置的原因在于防 止調壓器32在暴露于高的背壓時會受到過大的接觸壓力。在對儲罐填充 高壓氣體的過程中，壓力輔助止回閥打開，氣體向后流動ii^系統中，從 而也使得致動容積77中的壓力增加至一高的水平。該壓力猛烈地向上推 動閥體65,這將關閉調壓器32。另外，該壓力也將閥體65的外部部分 73推靠在薄片52C上的防粘涂層82上。這樣，小的膜71的彈性作用將 阻止閥座64中或許會損壞密封表面的過大的接觸壓力。圖ll是可用在本發明中的壓力輔助止回閥31的實施例的剖視圖。當 感應到的系統的外部環境壓力一一例如通過過濾器結構41和通過輸送通 道83——較低時，壓力輔助止回閥31關閉。這是因為，基準容積(reference volume )84中的壓力高于外部環境壓力，該壓力差將閥體80向上推靠在 閥座85上。閥體80懸置在膜92間，從而使閥體80可械:移置較小的距離。 通過從薄片52B中去除由虛線示出的材料86，可進一步增大基準容積84。 來自調壓器的具有第二壓力的氣體通過通道88進入壓力輔助止回閥31。 該氣體通過薄片52D中的狹孔89向下進入閥體80。在與第二壓力接觸的 閥體80的一小的區域87上產生力。但是，該力通常太小以至于其自身并 不能使壓力輔助止回閥31打開。為了打開壓力輔助止回閥31,需要外部 壓力高于某一水平，這樣，該外部壓力可與第二壓力一起向下推動閥體 80。 一旦壓力輔助止回閥31打開，則氣體開始流過其中，直到外部壓力 基本等于第二壓力。在充氣過程中，當外部壓力非常高時，岡體80將被 推靠在薄片52B上的防粘涂層90上，而壓力輔助止回閥31將完全打開。上述實施例應被理解成本發明的幾個示例性的例子。本領域的技術人 員將能理解，可對這些實施例作出各種變型、組合和改變而不偏離本發明 的范圍。流體控制系統5的裝置的詳細設計可例如被微機電系統領域中的 任何技術人員修改而不改變其基本功能。同樣，在技術可行的情況下，可 在其它構造中結合以不同實施例中的不同的部分方案。但是，本發明的范 圍由所附權利要求進行限定。本發明使得氣體可被存貯在高壓下、優選地在許多小的相互獨立的球形儲罐中。M罐優選地包括集成的微型系統，該微型系統使得氣體可以 自主的方式被填充和被釋放，此時，唯一需要的控制M是外部壓力。該 系統是被動式的，且不需要電能或熱能以進行操作。該孩i型系統可優選地 通過將一定數量的微加工的硅片粘結在一起形成。這種制造方法使得該系 統可大量生產，從而造成低的單位成本。這又使得整個存貯系統的總成本 可被接受。將所存貯的氣體的總量分裝在許多小的儲罐中還有助于降低發 生故障時危險的儲罐破裂的風險。
權利要求
1. 一種氣體儲罐(1)，包括耐高壓殼體(10)；以及具有入流支路(20)和出流支路(30)的流體控制系統(5)；所述入流支路(20)又包括止回閥(21)；以及所述出流支路(30)又包括調壓器(32)和壓力輔助止回閥(31)。
2. 如權利要求1所述的氣體儲罐，其特征在于，所n流支路(20) 和所述出流支欲30 )具有朝向氣體儲罐(1 )的周圍環境的共用的開口( 40 )。
3. 如權利要求1或2所述的氣體儲罐，其特征在于，所述入流支路 (20)還包括入流過濾器Ul)。
4. 如權利要求l-3中任一項所述的氣體儲罐，其特征在于，所述出 流支路(30)還包括出流過濾器(42)。
5. 如權利要求1-4中任一項所述的氣體儲罐，其特征在于，所述入 流支路(20)和出流支路(30)中的至少一個還包括限流器(22, 35)。
6. 如權利要求5所述的氣體儲罐，其特征在于，所述限流器(22， 35)與過濾器(41， 42)相結合。
7. 如權利要求l-6中任一項所述的氣體儲罐，其特征在于，所述流 體控制系統(5)全部位于所迷耐高壓殼體(10)的內部。
8. 如權利要求l-7中任一項所述的氣體儲罐，其特征在于，所述流 體控制系統(5)是形成在粘結的薄片(52A-E )堆棧(50 )中的小型系統。
9. 如權利要求8所述的氣體儲罐，其特征在于，所述止回閥(21)、 所述壓力輔助止回閥(31)、所述調壓器(32)、所述入流過濾器(41)、 所述出流過濾器(42)以及所述限流器(22， 35)中的至少一個由微加工 的幾何結構在所述粘結的薄片(52A-E)的堆棧(50)中形成。
10. 如權利要求9所述的氣體儲罐，其特征在于，所述止回閥(21)、 所述壓力輔助止回閥(31)、所述調壓器(32)中的至少一個包括一膜懸 置的可移動閥體(62, 65, 80)。
11. 如權利要求10所述的氣體儲罐，其特征在于，所述調壓器(32) 的所述膜懸置的可移動閥體的一部分通過兩個直徑不同的膜(59， 61)懸 置。
12. 如權利要求l-ll中任一項所述的氣體儲罐，其特征在于，所述耐 高壓殼體(10)由金屬或復合材料制成。
13. 如權利要求1-12中任一項所述的氣體儲罐，其特征在于，所述耐 高壓殼體(10)具有大致球形的形狀。
14. 一種用于制造氣體儲罐(1)的方法，包括以下步驟 提供(260)具有開口 (40)的耐高壓殼體(10);提供(262)流體控制系統(5);所述流體控制系統(5)具有入流支路(20)和出流支路(30);所述入流支路(20)又包括止回閥(21);以及所述出流支路(30)又包括調壓器(32)和壓力輔助止回閥(31);以及將所述流體控制系統(5)附裝(264)成覆蓋所述開口 (40)。
15. 如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述提供(262)流體 控制系統(5)的步驟又包括以下步驟將一組薄片(52A-E)微加工成形成所述止回閥(21)、所述調壓器 (32)和所述壓力輔助止回閥(31)的幾何結構；以及將所述一組薄片(52A-E)相粘結成結合有所述止回閥(21)、所述 調壓器(32)和所述壓力輔助止回閥(31)的薄片堆棧(50)。
16. 如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述微加工步驟優選 地通過使用精密加工、化學-微機電系統或微機電系統制造方法進行。
17. 用于在高壓下存貯氣體的方法，包括以下步驟 使氣體儲罐(1)暴露于(210)高壓下的氣體中； 從而使所述氣體儲罐(1)的流體控制系統(5)的入流支路(20)的止回閥(21)由于所述高壓作用而打開；向所述氣體儲罐(1)中充入(212)所述氣體；將所述氣體儲罐(1)從所述高壓下的氣體中移出(214);從而所述止回閥(21)關閉；使所述儲罐(1)暴露于(220)第一中間環境壓力；從而使所述氣體儲罐(1)的流體控制系統(5)的出流支路(30)的 壓力輔助止回閥(31)由于所述第一中間環境壓力作用而打開；所述第一中間壓力大于大氣壓力；以及從所述氣體儲罐(1)中排出(222)所述氣體。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括將所述儲罐(1) 暴露于(224)第二中間環境壓力的步驟；所述第二中間環境壓力大于所述第 一 中間環境壓力；從而使所述出流支路(30)的調壓器(32)被關閉，并阻止氣體進一 步從所述氣體儲罐(1)中被排出。
全文摘要
本發明涉及一種氣體存貯罐(1)，其具有耐高壓殼體(10)和流體控制系統(5)。流體控制系統(5)具有入流支路(20)和出流支路(30)。入流支路(20)包括止回閥(21)，而出流支路(30)包括調壓器(32)和壓力輔助止回閥(31)。優選地，流體控制系統(5)還包括入流過濾器、出流過濾器和限流器。流體控制系統(5)優選地全部位于耐高壓殼體(10)的內部。流體控制系統(5)優選地設置成形成在粘結的薄片堆棧中的小型系統，其中，部分裝置通過微加工的幾何結構形成。本發明還提出了一種用氣體存貯罐(1)操作氣體的方法和該氣體儲罐(1)的制造方法。
文檔編號F17C1/00GK101287947SQ200680038425
公開日2008年10月15日 申請日期2006年9月14日 優先權日2005年9月15日
發明者L·斯坦馬克 申請人:曼巴斯阿爾法股份公司