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。罐子单元的阵列拼接成三维容积。壳体与多个罐子单元接触地设置以包封阵列。单个出口端口和单个流体填充端口经过壳体。
【专利说明】流体存储罐
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2013年8月23日提交的名称为“FLUID STORAGE TANK”的共同待决的美国专利申请序列号13/974，743的部分继续申请，该申请本身要求享有2013年3月28日提交的美国临时申请序列号61/806，062的优先权，其每个通过引用全文并入本文。
【背景技术】
[0003]使用存储罐容器将流体存放一段时间。流体可包括气体、液体及其混合物。一些流体存储罐为压力容器。例如气体存储容器和液压蓄能器的压力容器可以用于在压力下存放流体。会希望的是具有相对薄壁且重量轻的压力容器。例如，在车用燃料箱中，相对薄的壁允许更有效的利用可用空间，相对轻的重量允许车辆的运动具有更高能量效率。
【发明内容】
[0004]流体存储罐包括多个成阵列放置的多个罐子单元。多个罐子单元中的每个罐子单元具有限定在至少一个壁上的孔，该孔和限定在多个罐子单元中至少一个邻近的罐子单元上的另一个孔重叠。多个罐子单元的每个罐子单元和单个出口端口流体连通，以从罐内选择性地提取所存储的流体。多个罐子单元的每个罐子单元和单个流体填充端口流体连通。罐子单元的的阵列拼接成三维容积。壳体和多个罐子单元接触放置以包围该阵列。单个出口端口和单个流体填充端口经过该壳体。
[0005]本发明还提供下列方案:
[0006]1.一种流体存储罐，其包括:
[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；
[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；以及
[0011]罐子单元的阵列拼接成三维容积；并且
[0012]壳体与多个罐子单元接触地设置以包封所述阵列，其中所述单个出口端口和所述单个流体填充端口经过所述壳体。
[0013]2.如方案I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。
[0014]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。
[0015]4.如方案I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□。
[0016]5.如方案I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。
[0017]6.如方案I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。
[0018]7.如方案I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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]11.如方案7所述的流体存储罐，还包括:
[0023]由第一材料制成的第一罐子单元；以及
[0024]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。
[0025]12.如方案I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。
[0026]13.如方案12所述的流体存储罐，其中，所述相邻罐子单元被结合到一起。
[0027]14.如方案13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。
[0028]15.如方案13所述的流体存储罐，其中，所述相邻罐子单元焊接在一起。
[0029]16.如方案I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。
[0030]17.如方案16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。
[0031]18.如方案17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。
[0032]19.如方案17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六边形表面中。
[0033]20.如方案16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。
[0034]21.如方案I所述的流体存储罐，其中，所述阵列限定主要流体密封容器，所述壳体限定辅助盛放容器。
[0035]22.如方案I所述的流体存储罐，其中，所述壳体由6个平侧面组成，所述6个平侧面限定矩形长方体。
[0036]23.如方案I所述的流体存储罐，其中，所述壳体由平侧面组成，其中，至少一个平侧面横跨至少两个罐子单元。
[0037]24.如方案I所述的流体存储罐，其中，所述壳体限定流体密封容器。
[0038]25.如方案I所述的流体存储罐，其中，部分罐子单元位于罐子单元的阵列的外表面处，其与罐子单元的阵列流体连通，从而与没有部分罐子单元的流体存储罐的顺应度相比，增加了流体存储罐的顺应度。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]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。
[0040]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；
[0041]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；
[0042]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；
[0043]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；
[0044]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；
[0045]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；
[0046]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；
[0047]图8A是根据本公开的实例的具有包封截角八面体罐子单元的阵列的外部壳体的流体存储te的不例的顶视图；
[0048]图8B是图8A所示的示例的前视图；
[0049]图8C是图8A所示的示例的右侧视图；
[0050]图8D是图8A所示的示例的透视图；
[0051]图9A是根据本公开的又一实例的截角八面体罐子单元的阵列的示例的顶视图；
[0052]图9B是图9A所示的示例的前视图；
[0053]图9C是图9A所示的示例的透视图；
[0054]图10是根据本公开的具有包封图9A-9C所示的阵列的壳体的流体存储罐的示例的顶视图；
[0055]图1OB是图1OA所示的示例的前视图；以及
[0056]图1OC是图1OA所示的示例的透视图。
【具体实施方式】
[0057]—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。
[0058]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)。
[0059]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，并且与额定在约3600psi (磅每平方英寸)(约250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0.1m3 (100升)天然气罐，所述碳吸附剂具有大约100mVg的BET (布鲁诺尔-埃米特_特勒(Brunauer-Emmett-Teller))表面积、0.5g/cm3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)(即，假设30mpg (英里每加仑)的话，大约85英里)。
[0060]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。
[0061]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弓丨发的应力。
[0062]根据本公开的实例的罐可以是顺应度的罐。如本文所用的，“顺应度”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度的罐，即使可用空间是圆柱形的(例如，在火箭中)。如本文所用的，“顺应度”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。
[0063]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，其包括: 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； 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；以及 罐子单元的阵列拼接成三维容积；并且 壳体与多个罐子单元接触地设置以包封所述阵列，其中所述单个出口端口和所述单个流体填充端口经过所述壳体。
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】F17C11/00GK104071492SQ201410223520
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2013年3月28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