流体存储罐的制作方法
【专利摘要】本发明涉及流体存储罐。流体存储罐包括按阵列设置的多个罐子单元。所述多个罐子单元中的每个罐子单元具有限定在至少一个壁中的孔，所述孔与限定在所述多个罐子单元中的至少一个相邻罐子单元中的其他孔相重叠。所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个出口端口流体连通，用于从罐选择性地提取所存储的流体。所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个流体填充端口流体连通。
【专利说明】流体存储罐
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年3月28日提交的序列号为61/806062的美国临时申请的权 益，其全部内容通过参考并入本文中。
【背景技术】
[0003] 流体存储罐用于在一段时间内存放流体。流体可包括气体、液体或其混合物。一 些流体存储罐是压力贮器。例如，诸如气体存储容器和液压蓄能器等的压力贮器可以被用 来存放处于压力下的流体。具有带有相对薄的壁和低重量的压力贮器可能是期望的。例 如，在交通工具燃料箱中，相对薄的壁使得能够更有效地利用可用空间，且相对低的重量允 许所述交通工具能以更高的能量效率来运动。
【发明内容】
[0004] 流体存储罐包括按阵列设置的多个罐子单元。所述多个罐子单元中的每个罐子单 元具有被限定在至少一个壁中的孔，所述孔与被限定在所述多个罐子单元中的至少一个相 邻罐子单元中的其他孔相重叠。所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个出口端口流体 连通，用于从罐选择性地提取所存储的流体。所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个 流体填充端口流体连通。
[0005] 本公开还提供了以下的技术方案。
[0006] 1. -种流体存储罐，所述流体存储罐包括：
[0007] 按阵列设置的多个罐子单元，其中：
[0008] 所述多个罐子单元中的每个罐子单元具有限定在至少一个壁中的孔，所述孔与限 定在所述多个罐子单元中的至少一个相邻罐子单元中的其他孔相重叠；
[0009] 所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个出口端口流体连通，用于从所述罐选 择性地提取流体；并且
[0010] 所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个流体填充端口流体连通。
[0011] 2.如方案1所述的流体存储罐，还包括布置在按阵列设置的所述多个罐子单元中 的每个罐子单元中的天然气吸附剂。
[0012] 3.如方案2所述的流体存储罐，其中，所述天然气吸附剂选自碳、多孔聚合物网状 结构、金属有机骨架、或沸石。
[0013] 4.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述单个出口端口是所述单个流体填充端 □。
[0014] 5.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的至少两个罐子单元 与歧管流体连通，以并行地添加流体到所述至少两个罐子单元以及从所述至少两个罐子单 元提取流体。
[0015] 6.如方案1所述的流体存储罐，其中，每个罐子单元具有范围在从大约0. 2升至大 约3. 0升的内部容积。
[0016] 7.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元具有 基本相同的形状和外部尺寸。
[0017] 8.如方案7所述的流体存储罐，其中，至少一个罐子单元的表面的壁厚大于所述 至少一个罐子单元的其他表面的壁厚。
[0018] 9.如方案7所述的流体存储罐，其中，至少一个罐子单元的表面由一材料制成，所 述材料的屈服强度大于制成所述至少一个罐子单元的其他表面的其他材料的屈服强度。
[0019] 10.如方案7所述的流体存储罐，其中，具有均匀壁厚的罐子单元的壁厚大于其他 罐子单元的其他壁厚。
[0020] 11.如方案7所述的流体存储罐，还包括：
[0021] 由第一材料制成的第一罐子单元；以及
[0022] 由第二材料制成的第二罐子单元，其中所述第一材料的屈服强度大于所述第二材 料的屈服强度。
[0023] 12.如方案1所述的流体存储罐，其中，阵列中的相邻罐子单元的相邻表面相互附 接并左右对称地对齐，并且其中通过所述相邻表面的质心的线与相邻罐子单元的每个相邻 表面正交。
[0024] 13.如方案12所述的流体存储罐，其中，所述相邻罐子单元被焊接到一起。
[0025] 14.如方案12所述的流体存储罐，其中，所述相邻罐子单元被粘结性地结合在一 起。
[0026] 15.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元是基 本平行多面体。
[0027] 16.如方案15所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元是 截角八面体。
[0028] 17.如方案16所述的流体存储罐，其中，所述孔被限定在所述截角八面体的正方 形表面中。
[0029] 18.如方案15所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元是 六棱柱。
[0030] 19.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述罐子单元的阵列被拼接成三维体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 本公开的实例的特征和优点通过参考下述详细说明和附图变得明显，在附图中相 同的附图标记对应于相似的、但可能不相同的部件。为简洁起见，附图标记或具有先前描述 功能的特征可能会也可能不会结合它们所出现的其他附图被说明。
[0032] 图1是具有半球形端部的圆柱形罐以及包围长方体的透视图，尺寸被示出以用于 顺应度/ 一致性（conformability)因子的示例性计算；
[0033] 图2是单个罐子单元的两个半部在这些半部被结合以形成根据本公开的实例的 单个罐子单元之前的透视图；
[0034] 图3是由图2中所描绘的两个半部形成的单个罐子单元的透视图；
[0035] 图4是根据本公开的另一实例的截角八面体罐子单元的阵列的透视图；
[0036] 图5是根据本公开的实例的在正方形表面中具有孔的截角八面体罐子单元阵列 的透视图；
[0037] 图6是根据本公开的又一实例的六棱柱罐子单元的阵列的透视图；以及
[0038] 图7是描绘了根据本公开的又一实例的被拼接（tessellate)成不规则形状体积 的六棱柱罐子单元的阵列的示意图。
【具体实施方式】
[0039] -些交通工具（或车辆）携带流体存储罐。流体存储罐可存储用于由交通工具自 身消耗的流体。例如，液体或气体燃料可被交通工具消耗。一些交通工具将车载罐内的流 体从一处运输到他处。例如，罐车可以将气体运输到零售站点。如本文所用的，交通工具是 用于在陆上、在空中、在水中、或通过太空来运输人员或材料的可移动装置。交通工具的例 子包括汽车、卡车、摩托车、轻型车、货车、火车、飞机、火箭、舰艇、船只、潜艇和飞船。当交 通工具加速或减速时，能量通常被消耗。与较重的罐相比，轻质流体罐可以使所述交通工具 使用较少的能量来移动该罐。
[0040] 根据本公开的流体存储罐的例子可以存储液体、气体、或其混合物。如果流体存储 罐与外界通风，液体可以以液体上不存在压力的方式被存储。在本公开的一实例中，液体可 以使得蒸气压力施加在该液体上。在另一实例中，存储罐中的液体可被加压至高于蒸汽压 力的压力。此外，可在本公开的流体存储罐中形成真空。在本公开的一些实例中，液体存储 罐可以存储气体。此气体可以在任何压力下被存储。例如，该气体可在低于、等于、或大于 液体存储罐周围的压力的压力下被储存。在一些实例中，该流体存储罐可使得大气压力施 加于该罐的外部。在一些流体存储罐中，施加于罐上的外部压力可能相对较高（例如，当罐 被深深地浸入水中时）。其他流体存储罐可被暴露于外部真空（例如，在高海拔处）。
[0041] 天然气车辆配备有车载存储罐。一些天然气存储罐被指定为低压系统，并且与额 定在3600psi(磅每平方英寸）（248巴）的天然气存储罐相比，这些系统额定在显著较低的 压力。在本公开的一实例中，所述低压系统可被额定在大约750psi (52巴）和更低的压力。 在加注燃料期间，低压系统存储罐的容器被设计成进行填充直到罐达到在额定范围内的压 力。低压系统可以使用被吸附的天然气，其中天然气吸附剂被装入低压系统存储罐的容器 中。吸附剂提高存储容量，以使罐在被填充至较低压力时能够存储和运输用于所需车辆运 行的足够量的天然气。作为一个例子，在大约725psi(50巴），车辆包括填充有适当量的碳 吸附剂的〇. lm3 (100升）天然气罐，所述碳吸附剂具有大约1000m2/g的BET (布鲁诺尔-埃 米特-特勒（Brunauer-Emmett-Teller))表面积、0.5g/cm 3的体积密度、以及0? 13g/g的总 吸附值，所述车辆预计具有2. 85GGE (汽油加仑当量）（S卩，假设30mpg (英里每加仑）的话， 大约85英里）。
[0042] 可以认为，在本文公开的实例中一定量的吸附剂的吸附效果足够高以补偿由于吸 附剂的骨架占用容器中的空间所导致的存储容量的任何损失。还可以认为，吸附剂的表面 积使得吸附剂将提高在较低压力下的压缩天然气的容器存储容量（例如，与不包含吸附剂 的同一类型的容器相比），同时也保持或提高在较高压力下的容器存储容量。期望的是，在 725psi下存储与在3600psi下在压缩天然气罐中所能存储的相同量的天然气。本文公开 的实例致力于实现这一目标。
[0043] 具有包含在罐中的吸附剂的本公开的实例相对于存储相同量天然气的没有吸附 剂的罐来说可以在较低压力下存储目标量的天然气。存储在较低压力下的天然气可以被存 储在相较于之前用于在较高压力下存储目标量的天然气的罐来说更轻质的罐中。在较低压 力下，罐结构上的压力引发的应力较低。高压罐往往被制成经典的形状（例如，圆柱形和球 形），该形状最小化容器壁上的应力。在本公开的实例中，罐的形状可以被优化以装配在可 用车辆包装空间内，而不必具有壁厚来管理压力引发的应力。
[0044] 根据本公开的实例的罐可以是顺应性的罐。如本文所用的，"顺应性"是指罐有效 地使用由表面限定的可用空间。可用空间可能是不规则空间，具有从主空间延伸的袋状部 分。例如，限定可用于罐的空间的车辆的主体面板内表面或地板表面可以出于美观、结构强 度或其他原因被弯曲。支柱、凸台、凸脊和其他结构形状也可以形成在所述主体面板中。在 某些情况下，经典的圆柱形加压气罐可能不能有效地使用这些形状附近的空间。本公开的 示例性顺应罐能以最小的未使用空间来装配在限定可用空间的主体面板或地板的形状内。 因此，本公开的顺应罐的实例比经典的圆柱形加压气罐更有效地利用空间。在本公开中单 个圆柱形罐被认为不是顺应性的罐，即使可用空间是圆柱形的（例如，在火箭中）。如本文 所用的，"顺应性"不是指所述罐是有弹性的，像橡胶气球在盒子内膨胀那样弹性地采取该 可用形状。
[0045] 罐的顺应度可以通过确定顺应度因子进行比较。如本文所用的，顺应度因子是指 外罐容积与包围长方体容积的比率。例如，图1中示出的圆柱形罐的顺应度可以被计算如 下：
【权利要求】
1. 一种流体存储罐，所述流体存储罐包括： 按阵列设置的多个罐子单元，其中： 所述多个罐子单元中的每个罐子单元具有限定在至少一个壁中的孔，所述孔与限定在 所述多个罐子单元中的至少一个相邻罐子单元中的其他孔相重叠； 所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个出口端口流体连通，用于从所述罐选择性 地提取流体；并且 所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个流体填充端口流体连通。
2. 如权利要求1所述的流体存储罐，还包括布置在按阵列设置的所述多个罐子单元中 的每个罐子单元中的天然气吸附剂。
3. 如权利要求2所述的流体存储罐，其中，所述天然气吸附剂选自碳、多孔聚合物网状 结构、金属有机骨架、或沸石。
4. 如权利要求1所述的流体存储罐，其中，所述单个出口端口是所述单个流体填充端 □。
5. 如权利要求1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的至少两个罐子单元 与歧管流体连通，以并行地添加流体到所述至少两个罐子单元以及从所述至少两个罐子单 元提取流体。
6. 如权利要求1所述的流体存储罐，其中，每个罐子单元具有范围在从大约0. 2升至大 约3. 0升的内部容积。
7. 如权利要求1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元具有 基本相同的形状和外部尺寸。
8. 如权利要求7所述的流体存储罐，其中，至少一个罐子单元的表面的壁厚大于所述 至少一个罐子单元的其他表面的壁厚。
9. 如权利要求7所述的流体存储罐，其中，至少一个罐子单元的表面由一材料制成，所 述材料的屈服强度大于制成所述至少一个罐子单元的其他表面的其他材料的屈服强度。
10. 如权利要求7所述的流体存储罐，其中，具有均匀壁厚的罐子单元的壁厚大于其他 罐子单元的其他壁厚。
【文档编号】F16J12/00GK104421428SQ201310757024
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】A·T·莫拉尔斯, M·蔡, A·M·戴利, M·H·阿布德埃尔哈米德 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司