[发明专利]轻型低渗透套管内活塞蓄能器

说明书

交叉引用的有关申请

本申请要求申请号为No、60/551,271，申请日为2004年3月8日，具有相同名称的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明总的来说涉及用于高压应用的蓄能器，更具体的说涉及管套-内-活塞(或活塞和管套)型高压蓄能器。本发明进一步地涉及这样的蓄能器与燃料结合在高效的液压混合动力车辆上的潜在应用。

背景技术

1、液压的混合动力车辆

混合动力系统是一种日益流行的一提高车辆的燃料利用率。″混合″指的是一或多个传统的内燃机与辅助动力系统的结合。所述辅助动力系统通常起接收和存储由发动机和制动回收产生的能量作用，并在必要时再传递这些能量以补充所述发动机。这使得内燃机更高效地操作，同时辅助动力系统与发动机一起确保符合道路阻力需求的足够的动力，且任何剩余的动力被储存用于后来的应用。

现有技术中已经知道多种形式的辅助动力系统。例如，各种电气系统，比如电池和电动/发电机，在商业应用中变得流行。然而，最近，液压动力系统已经显示出具有比较好的甚至最佳的效率，同时提供潜在的功率密度，成本，和使用寿命优势。液压动力系统采用一或多个液压蓄能器用于能量储存和一或多个液压泵，马达，或泵/马达用于动力传输的形式。液压蓄能器以能量可以通过压缩气体存储的原理操作。蓄能器的压力容器容纳被控制的气体的充气，通常为氮，其随着液压泵将液体泵入所述容器而被压缩。所述液体借此变成被加压并在释放时可以用来驱动液压马达。液压蓄能器如此应用两个不同的工作介质，一个是可压缩的气体而另一个是相对不可压缩的液体。在该说明书中，术语″气体″应当指的是气态介质而术语″液体″应当指的是液体工作介质，这与现有技术中的习惯相同。

美国专利No.5,495,912(″混合动力系统车辆″)和美国专利No.6,719,080(″液压的混合动力车辆″)提供了液压蓄能器在液压的混合动力系统中的角色的背景，同时详细说明了与本发明所述蓄能器一起使用的优选的串和并联液压的混合动力车辆结构，上述内容通过引用完全包含于此。

2、高压蓄能器设计考虑的事项-渗透

在高压蓄能器的设计中必须注意最小化所述长度，该长度中所述气态介质与所述液压流体混合并溶解。气体分子在液压流体中的溶解可以产生很多显著的问题，特别是在液压的混合动力车辆应用中。例如，当非常高的的加压流体被从蓄能器中排出以驱动液压马达时，随着流体流经所述马达流体压力将快速且剧烈地下降(例如，在不到一秒钟的时间内从5000磅/平方英寸到100磅/平方英寸)。这样的压降导致任何存在于液体中的溶解气体立即从溶液中出来并形成小的气孔或气泡。随着所述降压的液体从马达排出，所述气体与其一起流动，通常进入低压蓄能器(或储液槽)之内，其中所述液体被存储直到再次需要。随着时间的过去大量的气体可以封闭在所述低压蓄能器中。尽管有可能使用一种装置在所述气体被收集在低压蓄能器流体面中以后放出所述气体，但这些气体的损失还表示出高压蓄能器的预定压力的气体慢慢耗尽且将导致不定期的充气的需要(对消费者来说这不是理想的结果，特别是与汽车一起使用)。并且这样的低压蓄能器中的气体还以气孔或气泡的形式夹入液体中，所述液体随后被泵送回，导致泵受到潜在地损伤效应例如空化作用或转矩波动。进一步地，气体的积聚体积减少了所述低压蓄能器的有效的液体容量。

在超高压下操作的系统是特别易受伤的，所有的这些困难是因为高压促使气体在液体中大的溶解度，而大的压降度增加了气体从溶液中出来的比率。

现有技术中高压蓄能器的设计因此竭尽全力的最小化气体溶解并确保加压气体与所述液体的实际的隔离。多个隔离装置是公知的，包括利用弹性的囊状物或隔板，柔性膜盒，或在圆筒中的活塞。然而，到目前为止，现有技术中的隔离装置不能使气体溶解最小化至商业上可接受的液压的混合动力车辆的度。这样的应用要求高压系统，所述高压系统优选“封闭”的，也就是说能长时间的操作而不需要频繁的调整蓄能器内的气体或液体水平。

3、现有技术中的高压蓄能器设计

在现有技术中，最通常可利用的蓄能器使用一弹性囊状物。尽管液压流体中在囊状物的一侧的压力通常等于囊状物的另一侧的压缩气体的压力，气体分子倾向于渗透入所述囊状物并溶解在所述液体中，追求一平衡浓度。一些弹性的囊状物材料具有最小化渗透的性能，但是由于弹性体的分子本性，渗透不能完全地消除。此外，抗渗透的，韧性涂层例如聚乙烯醇可以应用在所述囊状物的气体一侧，但即便具有这样的涂层渗透水平在高压下仍然是不能接受的。