符合的天然能量储存的制作方法
【专利摘要】一种用于储存天然气的系统包括管的多个直区段。管的多个直区段密集填充。管的多个直区段构造成充填指定容积。本发明可以以多种方式实施，包括作为过程；设备；系统；物质成分；实施在计算机可读储存介质上的计算机程序产品；和/或处理器，如，构造成执行储存在联接于处理器的存储器上的指令和/或由该存储器提供的指令的处理器。这些实施或本发明可采用的任何其它形式可称为技术。
【专利说明】符合的天然能量储存
[0001] 相关申请的交叉引用 本申请请求享有2012年5月3日提交的标题为CONFORMING ENERGY STORAGE的美国 临时专利申请第61/642, 388号的优先权，该申请出于所有目的通过引用并入本文中。
[0002] 本申请请求享有2013年2月19日提交的标题为NATURAL GAS INTESTINE PACKED STORAGE TANK的美国临时专利申请第61/766, 394号的优先权，该申请出于所有目的通过 引用并入本文中。
【背景技术】
[0003] 从上世纪九十年代起，重型车辆已经利用了压缩天然气（CNG)发动机。然而，轻型 车辆如乘用车仍必须实现广泛采用。私人和公共参与者两者开始识别CNG乘用车辆增长的 技术障碍。行业中认识到，如果可解决某些储存问题，则天然气提供难以置信的未开发的机 会。然而，针对集成车辆和转换车辆两者的当前的CNG储存解决方案仍是庞大且昂贵的基 于气缸的系统。对于集成系统，各种尺寸的圆筒形罐集成到车辆底盘设计中。对于转换车 辆，较大的罐置于后备箱中，除去了储存或备用轮胎。
【专利附图】
【附图说明】
[0004] 在以下详细描述和附图中公开了本发明的各种实施例。
[0005] 图1为示出罐的中部处的截面的实施例的图表。
[0006] 图2为示出设计中的较少数量的罐的截面的实施例的图表。
[0007] 图3为不出有限兀分析（FEA)和分析解的实施例的图表。
[0008] 图4A-4D为示出具有直管的罐构造的实施例的图表。
[0009] 图5A和5B为示出硬钎焊区域的实施例的图表。
[0010] 图6A为示出回转曲线的参数化的实施例的图表。
[0011] 图6B为示出沿管的长度的微分元件的实施例的图表。
[0012] 图6C为示出锥形编织物几何形状的实施例的图表。
[0013] 图7A-C为示出弯曲正方形螺旋的实施例的图表。
[0014] 图8A-C为示出弯曲正方形螺旋的实施例的图表。
[0015] 图9A-C为示出弯曲正方形螺旋的实施例的图表。
[0016] 图10为示出填充二维层的一组平螺旋的实施例的图表。
[0017] 图11为示出柔性弯肘的实施例的图表。
【具体实施方式】
[0018] 本发明可以以多种方式实施，包括作为过程；设备；系统；物质成分；实施在计算 机可读储存介质上的计算机程序产品；和/或处理器，如，构造成执行储存在联接于处理器 的存储器上的指令和/或由该存储器提供的指令的处理器。在本说明书中，这些实施或本 发明可采用的任何其它形式可称为技术。大体上，公开的过程的步骤的顺序可在本发明的 范围内改变。除非另外指出，描述为构造成执行任务的构件如处理器或存储器可实施为暂 时地构造成在给定时间执行任务的普通构件，或制造成执行任务的特定构件。如本文使用 的，用语'处理器'是指一个或更多个装置、电路和/或处理内核，其构造成处理数据，如计 算机程序指令。
[0019] 本发明的一个或更多个实施例的详细描述在下文中连同附图提供，该附图示出了 本发明的原理。本发明结合此类实施例描述，但本发明不限于任何实施例。本发明的范围 仅由权利要求限制，并且本发明包含许多备选方案、改型和等同方案。许多具体细节在以下 描述中阐明，以便提供本发明的彻底理解。这些细节出于实例的目的提供，并且本发明可在 没有这些具体细节中的一些或所有的情况下根据权利要求实践。为了清楚起见，涉及本发 明的【技术领域】中已知的技术材料并未详细描述，以使本发明不是不必要地模糊的。
[0020] 公开了用于储存天然气的系统。系统包括管的多个直区段。管的多个直区段密集 填充。管的多个直区段构造成充填指定容积。
[0021] 在1890年，Giuseppe Peano发现了充填2维空间的一类曲线，Hilbert将其结果 延伸至3维立方体。可示出的是，此类曲线可密集地充填任何2维或3维（2D或3D)形状。 基于这些见解，公开了肠道式储存构想，压缩气体储存罐模仿人的肠道，高密度曲线的实例 有效地充填无规则的容积。
[0022] 这里的关键见解在于，在圆筒形罐的设计中，罐质量与容纳的气体质量的比不取 决于罐的几何形状。使用的材料质量和因此大量材料成本对于给定的压力和材料屈服应力 是恒定的。在没有针对移动至小直径管的处罚支付（材料成本或填充密度）的情况下，获 得了将罐配合到任何期望的3D形状中的能力，例如，嵌入在车辆的底盘中。在下文中，公开 了用于产生具有小直径管路的压缩天然气（CNG)罐的若干选择。另外，公开了如何将管路 填充成合乎需要的几何形状用于在汽车行业中使用。论述了重要的设计考虑：材料应力、穿 过罐的扩散，以及由于蠕变、疲劳或热状况引起的可能的罐故障。
[0023] 可示出的是，有可能以小管充填任意形状而没有质量损失，这里我们论述了填充 这些管的可能的方式。由于从制造观点看，很可能难以将实际Hilbert曲线用作填充方案， 故检查备选的填充几何形状，并且考虑它们配合到空间中有多好（符合性因素）。罐设计的 符合性（即，容纳在罐中的气体体积与罐的最小边界框的容积之比）根据管的几何形状和 填充几何形状变化。为了准确地计算符合性因素，需要考虑的填充方案的精确限定，包括弯 头。
[0024] 在各种实施例中，罐具有在一端处的入口联接器，罐具有多个入口联接器，罐具有 在从管的一个或更多个直区段渐缩之后的入口联接器，罐具有联接于管的减小区段的入口 联接器，或用于联接于罐用于接近的任何其它适合的方式。
[0025] 图1为示出罐的中部处的截面的实施例的图表。在所示的实例中，管的多个圆形 截面填充到矩形边界框中。认为没有边界条件的这些填充方案的填充密度是公知的：具有 十·' 1或大约91%的填充密度的六边形填充102 ;具有π /4或大约78. 5%的填充密度的矩形 填充100 ;以及具有带有~92%的填充密度的两个不同半径的管的许多二元填充方案104中 的一种。二元填充104具有带有-1的直径比的管。二元填充方案提高填充的效率，并且 可用于增加附加的纵向强度。
[0026] 图2为示出设计中的较少数量的罐的截面的实施例的图表。在所示的实例中，边 界框中的六边形和矩形填充针对1、4和16个截面罐（例如，六边形200、202和204,以及矩 形210、212和214)示出。在较少数量的罐（圆环）下，边界条件支配填充，并且矩形填充 可更有效。当半径与边界框的比变得更大时，边界条件在填充效率接近理想时变为不太重 要。由于六边形具有更为理想的填充效率，故在一些点（例如，一些半径，给出了特定的边 界框）处，六边形填充的管将总是比最佳矩形填充更好。六边形填充总是更好所处的半径 是什么的问题可仅在一旦选择边界框时才真正地回答，因为边界条件严重取决于边界框。 一旦选择边界框，则可确定最大半径或管和管数，这将确保最高的填充效率。
[0027] 对于远离端部的直的圆筒形罐，沿长度的应力保持恒定。该应力的大小取决于半 径和直长度的壁厚度。应力集中还可形成在管端部、弯头或配件处。
[0028] 聚合物或金属可挤压成管，其可弯曲和填充成密集几何形状。为了形成这些管的 承载能力的理解，检查了圆筒形管的单个长度，而并未考虑端部情况。对于其中t/r < 1/20 的几何形状，我们可使用薄壁理论来计算圆筒形器皿中的主要应力。应力如下： 1.环向应力（Sh)。我们假定其横跨壁厚度一致。
[0029] 2.纵向应力（δ 〇。该应力对于具有端盖的圆筒存在。我们假定其横跨区段一致， 并且离端盖足够远。应力集中将需要单独处理。
[0030] 3.径向应力（Sr)。在薄壁的假定下，径向应力相比于纵向应力和环向压力不显 著。
[0031] 对于环形应力，假定了材料中的应力仅由于罐内的压力而产生。环向应力围绕圆 筒沿周向作用。由于该力为纵向应力的两倍，故其在给定的压力和材料屈服应力下设置罐 的所需厚度。
【权利要求】
1. 一种用于储存天然气的系统，包括： 管的多个直区段，其中： 所述管的多个直区段密集填充；并且 所述管的多个直区段构造成充填指定容积。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段包括具有减小半径 的区段的单个长管。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述减小半径的区段包括弯曲区段。
4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述弯曲区段实现形成充填所述指定容 积的罐。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段包括连结在一起的 具有减小半径的区段的多个长管。
6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段具有包覆编织纤维。
7. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，从所述多个直区段中的一个到减小半径 区段的锥形具有连续变化的曲率。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述连续变化的曲率实现了针对包覆编 织的最佳编织角的目标。
9. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述锥形目标在于优化弯头的内部容积， 而不超过所述弯头的应力最大值。
10. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段使用单个室在端部 处联接。
11. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段使用U形配件联接。
12. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段使用T形接头联接。
13. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段包括弯曲正方形螺 旋。
14. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述弯曲正方形螺旋为用于充填所述指 定容积的多个弯曲正方形螺旋中的一个。
15. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段包括弯曲的单个正 方形螺旋。
16. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段包括弯曲的稀疏正 方形螺旋。
17. 根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述弯曲稀疏正方形螺旋与第二弯曲 稀疏正方形螺旋嵌套来形成稀疏正方形层。
18. 根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述稀疏正方形层以密集填充构造与 另一个稀疏正方形层堆叠。
19. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管的多个直区段包括相同层中的多 个螺旋的弯曲稀疏正方形螺旋。
20. 根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述弯曲稀疏正方形螺旋与多个螺旋 中的第二弯曲稀疏正方形螺旋嵌套来形成稀疏正方形层。
21. 根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述稀疏正方形层以密集填充构造与 另一个稀疏正方形层堆叠。
22. -种用于储存天然气的方法，包括： 提供管的多个直区段，其中： 所述管的多个直区段密集填充；以及 将所述管的多个直区段构造成充填指定容积。
【文档编号】F17C13/08GK104508349SQ201380035879
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年5月3日 优先权日:2012年5月3日
【发明者】格里菲思 S., S. 林 P., E. 卡利施 S., 吉尔曼 T., 西蒙 K. 申请人:奥特尔实验室有限责任公司