[发明专利]多层安全高压储气缸

说明书

本发明是利用压差原理设计出的一种多层安全储存高压气体的装置。

目前储存高压气体的装置有氧气瓶、氮气瓶、燃气罐等。为了这些高压储气缸具有很好的安全性，缸体壁需要很厚，使缸体很重。在运输时为了安全，这些储气缸往往不能满负荷装高压气体。利用很重的储气缸却不能装更多的高压气体，使资源未能得到很好的利用。人们正在研制更可靠的材料做高压储气缸，但由于焊接、材料成本等问题，很难推广使用。针对上述问题，为了安全高效地运载和使用高压气体，根据压差原理，采用高压保护层的方法，发明出多层安全高压储气缸。

在使用高压储气缸中的气体时，一般不需要很高的气压，通常要经过减压阀减压处理，使气压降至所需要的气压范围。而储气缸气压较低时装载的气体少，现在一般的高压储气缸充入30MP气压的气体时在运输和使用时都很危险。为了使储气缸能够储存较高气压的气体，又保证其可靠安全，因此发明了多层结构的安全高压储气缸。如图(1)所示，为里外三层储气缸，最里面的是储气缸1；中间是储气缸2；外面是储气缸3。

储气缸1外有橡胶等材料制作的弹性支架12可以固定在储气缸2的中间；储气缸2外的弹性支架11可以使储气缸2固定在储气缸3的中间。储气缸1与储气缸2的间隙较小，作为储气缸1的高压保护层用。这种高压保护层可以再加一层或多层，这就需要多加一个或多个储气缸，利用这种方法根据实际需要来确定加几层高压保护层。在此以三层储气缸为例来说明此项发明的原理结构。

所充气体经过气阀6通过与储气缸1相通的高压管道8向储气缸1中充气。储气缸1和2上分别装有单向导通的减压阀4和5。当储气缸1中所充的气体气压达到一定值时，储气缸1的减压阀4被打开向储气缸2中充气；储气缸2中的气压达到一定值时，储气缸2的减压阀5被打开向储气缸3中充气。储气缸3中气体的气压由气压表10检测，当气压表10检测储气缸3中的气压达到规定值时就停止充气。此时三个储气缸就充满了不同气压的气体。

若将减压阀4和5做成减压压差都为15MP时，则储气缸1与储气缸2所储存气体的气压差就为15MP；储气缸2与储气缸3的压差也是15MP。即储气缸1和2的承受气压的能力要大于15MP，而此时储气缸1所储存的气体的气压可以达到30MP。如果储气缸3能够储存5MP气压的气体，那么储气缸1充气至35MP时，储气缸2的气压为20MP，储气缸3储存气体的气压才能达到5MP。如果所储存的气体为无公害气体，如氧气、氮气等，可以在储气缸3上装一个安全的减压阀18。如果储气缸3能够承受的气压大于5MP，那么将减压阀18做成减压差为5MP。当储气缸3的气压超过5MP时，储气缸3中的气体将通过安全减压阀18自动泄出，从而确保此多层储气缸的安全。

减压阀4、5及18的原理结构如图(2)或(3)所示。图(2)是用活塞结构，在减压阀体13中装有气门活塞15、减压弹簧16和密封垫17。图(3)是弹簧片结构，在减压阀体13中装有刚性弹簧片19、支柱20和密封垫17。当充入的气体压强达到一定值时，将推动活塞15或刚性弹簧片19打开减压阀，气体将充入气压低的储气缸中。如果高气压和低气压气体接触活塞15或弹片19两面的面积分别为S₁和S₂；弹簧16或弹簧片19的弹力为F时，则：

P₁·S₁＝P₂·S₂+F  (P₁为高压气体的压强；P₂为低压气体的压强)。当高压与低压气体的压差P＝15MP时，则P＝P₁-P₂＝15MP。

因此：F＝15MP·(S₂-S₁)若低压气体为空气大气压强时，则P₂≈0；此时F＝P₁·S₁。对于减压阀18储存的气压P₁＝5MP；F＝5MP·S₁。由于高低压气体接触活塞15或弹簧片19两面的面积S₁和S₂在加工时是已确定的，因此可以计算出所需弹簧16或弹簧片19弹力的大小。

为确保给多层储气缸充气时的安全，减压阀18的气流量大于减压阀5的气流量；减压阀5的气流量大于减压阀4的气流量；减压阀4的气流量大于气阀6的气流量，使充气时多层储气缸间气体流通顺畅，无阻滞情况发生。