Frame for fixing and transporting vessels

Abstract

The present disclosure provides a frame (1) for a vessel (2). The frame (1) includes a body; a first restraining mechanism (3) disposed near bottom of the body and configured to restrict movement of the vessel (2) in a vertical direction; a second restraining mechanism (4) disposed near a middle-lower portion of the body and configured to restrict rotation of the vessel (2) relative to the vertical direction; and a third restraining mechanism (5) disposed near top of the body and configured to restrict movement of the vessel (2) in a horizontal direction and limit rotation freedom of the vessel (2).

Description

FRAME FOR FIXING AND TRANSPORTING VESSELSCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION

[0001] The present application claims priority to and the benefit of Chinese patent application No. 202410190893.4, filed on February 20, 2024, the content of which is incorporated herein by reference in its entirety.TECHNICAL FIELD

[0002] The present disclosure relates to the field of mechanics, and in particular to a frame for a vessel.BACKGROUND

[0003] Hydrogen is being recognized as a promising clean energy source with great potential for future development. One method of storing and transporting hydrogen gas is to utilize composite vessels capable of withstanding high pressure. However, the expansion of these vessels under high pressure makes it challenging to securely fasten them to transportation vehicles.

[0004] Traditional methods of securing vessels, such as straps and brackets, may not be effective due to the extreme pressures involved. The expanding wall of a vessel may prevent the fixing mechanism from effectively restraining and limiting it, making it easy to move, slip or even rotate and potentially endangering the safety of the vehicle and its occupants. In addition, the weight and bulkiness of these vessels may further complicate the attachment process. The sheer size and weight of the vessels can make them difficult to maneuver and integrate into the vehicle's design. Therefore, there is a need for an improved solution that ensures the safe and reliable fixation of high-pressure hydrogen storage vessels onto vehicles. Such a solution is expected to facilitate the widespread use of hydrogen as a clean energy source for various applications.SUMMARY OF THE INVENTION

[0005] An object of the present invention is to overcome the shortcomings in the related art and to provide a frame that allows for a safe and efficient transportation of high-pressure vessels by transportation vehicles.

[0006] The present disclosure provides a frame for a vessel, including a body; a first restraining mechanism disposed near bottom of the body and configured to restrict movement of the vessel in a vertical direction; a second restraining mechanism disposed near a middle-lower portion of the body and configured to restrict rotation of the vessel relative to the vertical direction; and a third restraining mechanism disposed near top of the body and configured to restrict movement of the vessel in a horizontal direction and limit rotation freedom of the vessel.

[0007] In a possible implementation, the first restraining mechanism includes a first number of detachable retaining plates and a first clamp.

[0008] In a possible implementation, the first number of detachable retaining plates, when assembled together, form a sleeve through which a neck of the vessel passes, and an inner wall of the sleeve is adapted to a contour of the neck.

[0009] In a possible implementation, the first clamp is configured to fasten around an outer wall of the sleeve.

[0010] In a possible implementation, the first number of detachable retaining plates are fixable to the body.

[0011] In a possible implementation, the second restraining mechanism includes a band and a second clamp.

[0012] In a possible implementation, the band is configured to surround an outer surface of the vessel and is provided with a flexible material on an inner side of the band.

[0013] In a possible implementation, the band is supported by a first support member extending from the body.

[0014] In a possible implementation, the second clamp is configured to fasten the band.

[0015] In a possible implementation, the band is composed of a second number of band sections, and multiple said second clamps are configured to fasten the second number of band sections together.

[0016] In a possible implementation, the first support member is fixable at different positions on the body along the vertical direction.

[0017] In a possible implementation, the third restraining mechanism includes a third clamp configured to fasten around another neck of the vessel.

[0018] In a possible implementation, the third clamp is configured to allow the other neck of the vessel to slip along the vertical direction.

[0019] In a possible implementation, the third clamp is supported by a second support member disposed near the top of the body.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0020] Further features of the present invention, the details and advantages are shown in the description of the exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:

[0021] FIG. 1 illustrates a schematic perspective view of a frame and a vessel fixed thereon according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0022] FIG. 2 illustrates a partial schematic perspective view, depicting a frame and a vessel fixed thereon, as seen from the bottom of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0023] FIG. 3 illustrates schematic diagrams depicting different types of vessels and retaining plates according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0024] FIG. 4 illustrates schematic diagrams depicting different types of bottom clamps according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0025] FIG. 5 illustrates a partial schematic perspective view, depicting a frame and a vessel fixed thereon, as seen from the middle of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0026] FIG. 6 illustrates a schematic diagram depicting a variant of the second restraining mechanism according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0027] FIG. 7 illustrates a schematic diagram depicting a variant of an implementation in which the first support member is movably fixed to the body of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0028] FIG. 8 illustrates a schematic diagram depicting another variant of an implementation in which the first support member is movably fixed to the body of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0029] FIG. 9 illustrates a partial schematic perspective view, depicting a frame and a vessel fixed thereon, as seen from the top of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0030] FIG. 10 illustrates a schematic top view and a partial schematic enlarged view of the third restraining mechanism according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0031] The following exemplary embodiments are described with reference to the accompanying drawings. These exemplary embodiments are only specific implementations that can be used to implement the present disclosure, and are not intended to limit the scope of the present disclosure. The directional language mentioned in the present disclosure, such as “up, ” “down, ” “front, ” “rear, ” “left, ” “right, ” “inside, ” “outside, ” “end, ” etc., only refers to the directions in the accompanying drawings. Therefore, the directional language used is for the purpose of illustrating and understanding the present disclosure, not for limiting the present disclosure. In the drawings, units with similar structures are denoted by the same reference numerals. In the accompanying drawings, some component sizes may be exaggerated and / or some component structures may be simplified for clarity and ease of description. That is, the size and structure of each component shown in the drawings is schematically shown and the present disclosure is not limited to this.

[0032] FIG. 1 illustrates a schematic perspective view of a frame and a vessel fixed thereon according to an exemplary embodiment described in the present disclosure, and FIG. 2 illustrates a partial schematic perspective view, depicting a frame and a vessel fixed thereon, as seen from the bottom of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0033] As illustrated in FIGS. 1 and 2, the frame 1 may include from bottom to top three restraining mechanisms, namely, a first restraining mechanism 3, a second restraining mechanism 4, and a third restraining mechanism 5, which are used in conjunction to fix a vessel 2 onto the frame and restrict the mobility (e.g., movement, slip, and / or rotation, etc. ) of the vessel 2 on the frame 1. The dimensions of the frame 1 may be set according to the size of the vessel 2 to be transported. For example, the dimensions of the frame 1 may be set to accommodate a deformed volume (e.g., locally or globally expanded volume) of the vessel 2 when it is filled with contents. In some cases, the dimensions of the frame 1 may be set for ease of transportation, loading / unloading, or usage of the vessel 2. The material of the frame 1 may be chosen according to practical considerations such as cost, load capacity, transportation, or convenience of transshipment, and the present disclosure does not impose any restrictions in this regard. In some examples, the frame 1 may be made of one or more materials, and different parts of the frame may be made of different types of materials. Examples of materials for the manufacture of the frame 1 may include metals, alloys, composite materials, or combinations thereof. In some examples, as shown in the figures, the frame 1 may have a cuboid shape. However, it will be readily appreciated that the shape of the frame 1 may be altered as needed. In some cases, the frame 1 may have reinforcing features, such as the X-shaped reinforcement shown in the figures, although this is not essential.

[0034] As shown, the vessel 2 may include three parts, namely a top neck, a body of the vessel, and a bottom neck. The top neck and / or the bottom neck may be configured to facilitate filling and releasing contents into / from the vessel. As used herein, the term “vessel” refers to a container used for storing and releasing the contents, such as gases, liquids, or substances in a gas-liquid coexistence state.

[0035] In the following, the three restraining mechanisms of the frame 1, i.e., the first restraining mechanism 3, the second restraining mechanism 4, and the third restraining mechanism 5, will be described in the direction from bottom to top of the frame 1.

[0036] With reference to FIG. 2, the first restraining mechanism 3 may at least include a number of detachable retaining plates 31 (for example, two retaining plates are shown in the figures) and a bottom clamp 32. The retaining plates 31 may be matched with a neck of the vessel 2 (e.g., the bottom neck of the vessel 2) . When the detachable retaining plates 31 are put (e.g., assembled) together, a sleeve is formed through which the neck of the vessel 2 passes. And an inner wall of the sleeve may be adapted to a contour of the neck. In an exemplary process of fixing the vessel with the first restraining mechanism 3, the number of retaining plates 31 may first be matched to the bottom neck of the vessel 2, allowing the neck to pass through the sleeve formed by the retaining plates while these retaining plates being assembled together, followed by fastening with the bottom clamp 32 around an outer wall of the formed sleeve. In the illustrated example, the tightness of the bottom clamp 32 on the sleeve may be adjusted by rotating the nut to change its position on the bolt. Subsequently, the retaining plates, which are now assembled together with the bottom neck of the vessel 2 maintained therebetween, are to be installed on the body of the frame 1 using for example a reworkable connection. As shown in the figures, in some examples, the retaining plates 31 may be installed on the frame 1 using nuts 33. In other examples, other reworkable connections such as pins or rivets may be used to install the retaining plates 31 on the frame 1. Of course, non-reworkable connections, such as adhesives or welding, may also be used to install the retaining plates 31 to the frame 1. It should be noted that although the process described above involves first fastening the retaining plates 31 along with the bottom neck of the vessel 2 using the bottom clamp 32, and then installing the retaining plates 31 on the frame 1; it will be understood that it is also possible to first install the retaining plates 31 with the bottom neck maintained therebetween to the frame 1, and then fasten the retaining plates 31 along with the bottom neck of the vessel 2 with the bottom clamp 32; or these two actions may be performed concurrently.

[0037] With reference to FIG. 3, FIG. 3 illustrates schematic diagrams depicting different types of vessels and retaining plates according to an exemplary embodiment described in the present disclosure. As shown in FIG. 3, two options for the design of the bottom neck of the vessel are schematically illustrated. One option is a grooved shape, as depicted in picture (a) . The other option is a V-flange shape, as depicted in picture (d) . Accordingly, in the case where the number of the retaining plates 31 is two, two retaining plates 31 matching a bottom neck of the grooved shape may be as depicted in pictures (b) and (c) , and two retaining plates 31 matching a bottom neck of the V-flange shape may be as depicted in pictures (e) and (f) . As can be seen from FIG. 3, the retaining plates 31 may be designed to maintain therebetween the bottom neck when they are put (e.g., assembled) together, providing a redundant fastening mechanism to prevent the bottom neck from slipping vertically when the bottom clamp 32 becomes loose due to unexpected factors. It will be understood that the examples of the contour of the bottom neck of the vessel and / or respective features on the retaining plates depicted in FIG. 3 are merely illustrative and any other suitable designs may be adopted, and the present disclosure does not impose any restrictions in this regard.

[0038] With reference to FIG. 4, FIG. 4 illustrates schematic diagrams depicting different types of bottom clamps according to an exemplary embodiment described in the present disclosure. As shown, examples of the bottom clamp 32 that are compatible with the two designs in FIG. 3 are illustrated. The clamp shown in picture (a) may be configured to fasten around an outer wall of a sleeve formed by the two assembled retaining plates 31 as depicted in pictures (b) and (c) in FIG. 3 (as shown, the inner wall of clamp (a) in FIG. 4 is vertical and smooth so as to match the grooved shape in line with that of the outer wall of said sleeve) . The clamp shown in picture (b) may be configured to fasten around an outer wall of a sleeve formed by the two assembled retaining plates 31 as depicted in pictures (e) and (f) (as shown, the inner wall of clamp (b) in FIG. 4 has grooves so as to match the flange shape in line with that of the outer wall of said sleeve) . It will be understood that the examples of the design of the bottom clamp 32 included in the first restraining mechanism 3, as shown in the figure, are merely illustrative, and any other suitable design designs may be adopted, and the present disclosure does not impose any restrictions in this regard.

[0039] As such, when vessel 2 is vertically mounted onto frame 1 as shown in FIG. 1, the first restraining mechanism 3 effectively restricts the vertical movement of the vessel 2. This restriction is achieved, at least in part, by fixing one end of the vessel, specifically the bottom neck, between the retaining plates 31 and fastening them in place using the bottom clamp 32. This design prevents any potential displacement of the vessel 2 in the vertical direction relative to the frame 1, which may occur due to bumping or jolt or other factors during vehicle transportation. As a result, the transportation safety is ensured. The first restraining mechanism effectively limits the freedom of vertical movement, providing stability and security for the vessel during transportation.

[0040] In some embodiments, the inner wall of the sleeve formed by assembling the retaining plates 31 may only surround a portion of the contour of the bottom neck of the vessel 2. In other words, the contour of the bottom neck is not completely enclosed by the inner wall of the sleeve. Accordingly, the bottom clamp 32 may be fastened around the outer wall of the sleeve as well as the portion of the contour of the bottom neck that is not surrounded by the inner wall of the sleeve. This allows forces generated by the up-and-down movement of the vessel 2 to be transferred to the frame 1 effectively, thereby restricting the freedom of vertical movement of the bottom neck of the vessel 2.

[0041] While the previous description exemplified the first restraining mechanism 3 using two retaining plates 31, it should be understood that the number of retaining plates 31 may be determined as needed, and the present disclosure does not impose any restrictions in this regard.

[0042] With reference to FIG. 5, FIG. 5 illustrates a partial schematic perspective view, depicting a frame and a vessel fixed thereon, as seen from the middle of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure. The second restraining mechanism 4 may at least include a band 41 and a middle clamp 42. The band 41 may be supported by a first support member 43. The first support member 43 may extend from the body of the frame 1, for example, extending radially towards the interior of the frame 1 from one of the pillars of the frame 1. In some examples, the first support member 43 may be fastened to the frame through a reworkable connection, such as a nut as shown in the figure. In other examples, the first support member 43 may be integrally formed with the frame 1 or fixed to the frame 1 through non-reworkable connections such as welding. The material of the band 41 may be selected from metals, alloys, composite materials, etc. or a combination thereof, depending on the material of the outer wall of the vessel 2, to ensure that the band 41 does not damage the vessel 2 and cause leakage of the contents therein when the band 41 surrounds the body of the vessel. The band 41 may be tightened using the middle clamp 42, for example, to completely enclose the body of the vessel 2. As shown, the tightness of the middle clamp 42 on the band 41 may be adjusted by rotating the nut to change its position on the bolt.

[0043] It should be noted that due to the constraint of one end (e.g., the bottom neck) of the vessel 2 by the first restraining mechanism 3 of the frame 1, there exists a tendency for upward expansion and deformation on the wall of the vessel when it is filled with contents, such as gas. Based on experimentation, the inventors have recognized that when the bottom of the vessel is constrained by the first restraining mechanism, the deformation is more prominent on the upper portion of the outer wall of the vessel. Therefore, positioning the second restraining mechanism 4 in the middle-lower section of the vessel 2 is necessary to prevent the upward displacement of the band 41 caused by the deformation on the vessel’s outer wall, which could negatively affect the intended restraining effect of the second restraining mechanism.

[0044] Thus, when the vessel 2 is mounted vertically on the frame 1 as shown in FIG. 1, with the aid of the second restraining mechanism 4, the rotation of the vessel 2 relative to the vertical direction is reduced or limited, thereby preventing the vessel 2 from revolving around the vertical direction during transportation due to factors such as turning or emergency maneuvering, thereby ensuring transportation safety.

[0045] In some embodiments, the number of the first support member 43 may be more than one. FIG. 6 illustrates a schematic diagram depicting a variant of the second restraining mechanism according to an exemplary embodiment described in the present disclosure. As shown in FIG. 6, there exist two first support members 43.

[0046] In some embodiments, the band 41 may be composed of a plurality of band sections, and in such cases, there may exist a plurality of middle clamps 42 which could be used to tighten these band sections.

[0047] It should be understood that there are no mapping relations in terms of the number of the first support member 43, the number of the band section, and the number of the middle clamp 42. In other words, the number of the first support member 43, the number of the band section, and / or the number of the middle clamp 42 may be chosen as needed, and the present disclosure does not impose any restrictions in this regard.

[0048] In some embodiments, the support of the band 41 by the first support member 43 may be achieved through a connection or fixation between the first support member 43 and the band 41, which may be implemented by reworkable or non-reworkable connections as described above, and the present disclosure does not impose any restrictions in this regard.

[0049] In some embodiments, the first support member can be integrally molded with the band 41 and the entirety may be supported by the frame 1.

[0050] In some embodiments, the inner side of the band 41 may be provided with a flexible material (such as rubber, sponge, padding, etc. ) to further compensate for the radial expansion of the vessel 2. In addition, due to the frictions between the flexible material and the material of the outer wall of the vessel, it can facilitate the constraint and prevention of rotation of the vessel relative to the vertical direction.

[0051] FIG. 7 illustrates a schematic diagram depicting a variant of an implementation in which the first support member is movably fixed to the body of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure, and FIG. 8 illustrates a schematic diagram depicting another variant of an implementation in which the first support member is movably fixed to the body of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0052] In some embodiments, the first support member 43 may be fixed at different positions of the body of the frame 1 (such as one of the pillars of the frame 1) along the vertical direction. FIG. 7 is a top-down view from the perspective of the top of a pillar of the frame 1 to which the first support member 43 is fixed. As shown in FIG. 7, in one example, the height at which the first support member 43 is positioned may be adjusted by changing the position of the nuts 45 (e.g., within a pair of vertical grooves on the pillar) . As another example, as shown in FIG. 8, several fixed apertures 46 may be provided on one pillar (e.g., at reasonable intervals) to secure the first support member 43 at the desired height. It is understood that the present disclosure does not impose any restrictions on the specific implementations in which the height of the second restraining mechanism 4 may be adjusted within a certain range according to actual needs.

[0053] FIG. 9 illustrates a partial schematic perspective view, depicting a frame and a vessel fixed thereon, as seen from the top of the frame according to an exemplary embodiment described in the present disclosure, and FIG. 10 illustrates a schematic top view and a partial schematic enlarged view of the third restraining mechanism according to an exemplary embodiment described in the present disclosure.

[0054] According to the embodiments disclosed herein, the third restraining mechanism 5 may at least include a top clamp 52. The top clamp 52 may be supported by a second support member 51. In some examples, the third restraining mechanism 5 may also include the second support member 51. The second support member 51 may be positioned near the top of the frame 1, such as in the form of a crossbeam at the top of the frame 1 as shown in the figures. In some examples, the second support member 51 may be fixed to the body of the frame 1 by reworkable connections such as nuts 53 as shown, or by non-reworkable connections as described above.

[0055] In some embodiments, the top clamp 52 may be configured to fasten around another end of the vessel 2, such as the top neck of the vessel 2. Additionally, when the top clamp 52 is fastened, this end of the vessel 2 may slide along the vertical direction within the top clamp 52. In other words, compared to the first restraining mechanism 3, the third restraining mechanism 5 does not restrict the vertical displacement of the vessel 2. This allows for the release of the vertical deformation and the up-and-down slip of the vessel caused by, for example, radial expansion of the vessel 2. Meanwhile, due to the radial constraint of the top clamp 52 included in the third restraining mechanism 5 on the top neck of the vessel 2, the horizontal movement of the vessel 2 is restricted and the rotation freedom of the vessel 2 with respect to the vertical direction is also limited.

[0056] In some embodiments, the support of the top clamp 52 by the second support member 51 may be achieved through a connection or fixation between the second support member 51 and the top clamp 52. This connection or fixation may be implemented by reworkable or non-reworkable connections as described above, and the present disclosure does not impose any restrictions in this regard.

[0057] In some embodiments, the dimension of the top clamp 52 in the vertical direction are set to accommodate: (a) the maximum elongation of the top neck in the vertical direction caused by the maximum internal expansion while the bottom neck of vessel 2 is fixed, and (b) the height of the top neck when the bottom neck of vessel 2 is fixed and vessel 2 does not experience any expansion.

[0058] The present disclosure provides a fixing device (for example, a frame as described above) for vertically securing a cylindrical container on means of conveyance such as vehicles. The container may have a cylindrical vessel and upper and lower necks (for example, the top neck and bottom neck as described above) respectively set at both ends of the vessel along its axial direction. The fixing device may include a frame body, a first restraining mechanism, a second restraining mechanism, and a third restraining mechanism.

[0059] The frame body can be configured to define a space for accommodating the vessel and can be vertically fixed onto the vehicle, with the frame having a bottom portion, a middle portion, and a top portion. The first restraining mechanism can be fixed at a first position near the bottom portion of the frame to secure the lower neck, restricting the vessel's axial movement. The second restraining mechanism can be fixed at a second position in the middle portion of the frame to secure the cylindrical body, restricting the vessel's circumferential rotation. The third restraining mechanism can be fixed at a third position near the top portion of the frame to limit the freedom of radial movement of the upper neck and allow sliding movement of the upper neck along the axial direction of the vessel. Thereby, during transportation of the vessel filled with contents under high pressure, the vessel can be reliably and securely fixed to the vehicle.

[0060] While the present disclosure has been described in connection with what is considered the most practical and preferred embodiments, it is understood that the present disclosure is not limited to the disclosed embodiments but is intended to cover various arrangements made without departing from the scope of the broadest interpretation of the appended claims.

[0061] Reference Numerals 1 frame 2 vessel 3 first restraining mechanism  31 retaining plate 32 bottom clamp 33 nut 4 second restraining mechanism 41 band 42 middle clamp 43 first support member 45 nut 46 fixed apertures 5 third restraining mechanism 51 second support member 52 top clamp 53 nut

Claims

1.A frame (1) for a vessel (2) , comprising:a body;a first restraining mechanism (3) disposed near bottom of the body and configured to restrict movement of the vessel (2) in a vertical direction;a second restraining mechanism (4) disposed near a middle-lower portion of the body and configured to restrict rotation of the vessel (2) relative to the vertical direction; anda third restraining mechanism (5) disposed near top of the body and configured to restrict movement of the vessel (2) in a horizontal direction and limit rotation freedom of the vessel (2) .2.The frame (1) according to claim 1, wherein the first restraining mechanism (3) comprises a first number of detachable retaining plates (31) and a first clamp.3.The frame (1) according to claim 2, wherein the first number of detachable retaining plates (31) , when assembled together, form a sleeve through which a neck of the vessel (2) passes, and an inner wall of the sleeve is adapted to a contour of the neck.4.The frame (1) according to claim 3, wherein the first clamp is configured to fasten around an outer wall of the sleeve.5.The frame (1) according to any one of claims 2 to 4, wherein the first number of detachable retaining plates (31) are fixable to the body.6.The frame (1) according to claim 1, wherein the second restraining mechanism (4) comprises a band (41) and a second clamp.7.The frame (1) according to claim 6, wherein the band (41) is configured to surround an outer surface of the vessel (2) and is provided with a flexible material on an inner side of the band (41) .8.The frame (1) according to claim 6 or 7, wherein the band (41) is supported by a first support member (43) extending from the body.9.The frame (1) according to claim 8, wherein the second clamp is configured to fasten the band (41) .10.The frame (1) according to claim 8, wherein the band (41) is composed of a second number of band sections, and multiple said second clamps are configured to fasten the second number of band sections together.11.The frame (1) according to claim 8, wherein the first support member (43) is fixable at different positions on the body along the vertical direction.12.The frame (1) according to claim 1, wherein the third restraining mechanism (5) comprises a third clamp configured to fasten around another neck of the vessel (2) .13.The frame (1) according to claim 12, wherein the third clamp is configured to allow the other neck of the vessel (2) to slip along the vertical direction.14.The frame (1) according to claim 12 or 13, wherein the third clamp is supported by a second support member (51) disposed near the top of the body.

Images