燃料罐的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种燃料罐，尤其是一种高安全性燃料罐，优选地用于存储根据主权 利要求中前序部分的低温介质。
【背景技术】
[0002] 目前在个别工业领域中所应用的存储介质的燃料罐必须满足很高的安全要求，例 如汽油罐，煤油罐或可燃气体燃料罐。运输辐射性物质或低温介质的燃料罐必须符合很高 的安全要求并可以防止尖锐物体碰撞或被弹片击中时带来的冲击，且不会出现泄漏。
【发明内容】
[0003] 根据燃料罐或高安全性燃料罐在运输上述危险品过程中，会因为破损出现可能造 成的环境污染情况，必须设计一种能够承受外部外力和环境条件的燃料罐。但此种燃料的 生产成本、尺寸和重量均很高。
[0004] 低温燃料罐是保存低温介质的燃料罐，例如液态氢或甲烷，一般使用特殊高合金 金属材料制成，优选采用镍钢合金，此种材料具有耐冲击性和耐低温性。一般来说还需要使 用高品质的保温材料对燃料罐进行保温，通常的做法是做成双层罐体，在中间形成真空或 填充颗粒材料。在存储液化天然气时（LNG)即液化天然气，需存储温度必须保持在约-164 °C，而液态氢气的存储温度则要保持在约-253Γ。
[0005] 液态燃料，如液化天然气在沸点以下时的体积密度为气化状态时的600倍。低温燃 料罐与高压燃料罐相比大大节省了空间。例如200bar的燃料罐容积一般比液压天然气的燃 料罐高3至4个系数。液态氢燃料罐一般做成球形，这样可以承受更高的气体压力。尽管制造 成本较高且运输重量较大，低温燃料罐也常用于陆地、海洋或空中运输。
[0006] 运输保存低温燃料介质的燃料罐时，要求燃料罐可以高压加气。加热低温燃料罐 时，存储的部分低温介质会蒸发形成汽化气体，，因此在加气时，要尽可能避免或减少因外 界热量进入到燃料罐内并造成"汽化"危险。将低温气体加入到"加热"的燃料罐中时，也就 是高于规定温度的燃料罐中时，必须经常抽吸出现的蒸发和汽化气体。由于需要收集或中 间存储吸收气体，同时也增加了成本。
[0007]尤其是在汽车制造行业中，在解决上述问题的前提下还要找到一种简单的操作方 法。并可以给货车、汽车和其他小型车辆加入符合未来发展需要的环保型燃料。
[0008] 本发明的任务是提供一种更先进的燃料罐。
[0009] 本发明介绍了一种解决上述问题的用于存储低温介质的燃料罐，尤其是一种高安 全性燃料罐，在容器上设置一个开口和一个盖板。容器内外可包裹柔性覆盖物。
[0010]在燃料罐内外设置的柔性包裹物除了可以保证容器的冲击安全性以外，还能有效 防止在与尖锐物体碰撞时造成破坏而导致介质泄露。
[0011]柔性包裹物相对于刚性表面的优点在于，在与尖锐性物体碰撞时，包裹物出现变 形或进入到包裹物中，从而有效吸收产生的动态能。
[0012] 本发明符合最新技术水平，大面积覆盖物能够产生较大变形，在与尖锐物体碰撞 时，柔性覆盖物能够承受较大的冲击力。
[0013] 容器的内外表面上覆盖的大面积覆盖物，可以对容器内外提供大面积的保护。
[0014] 此外柔性覆盖物还能承受在事故中出现的高机械载荷能力，例如拉力、压力和扭 力。而且柔性覆盖物的安装非常简便。
[0015] 柔性覆盖物除了具有抵抗机械载荷的能力，密封性也非常好，而且还有耐低温特 性。因此相同结构的燃料罐可用来存储更多不同类型的介质。例如可用作液体罐或高压气 体罐。
[0016] 存储低温燃料的容器可用在汽车中，其优点在于，覆盖物比金属壁的隔热性能高。 可以有效防止气体蒸发和汽化。此外安装在燃料罐内外的柔性覆盖物还有保温的作用，在 加入燃料和汽车长时间停止的时候可减少出现汽化现象或完全可以避免出现汽化。
[0017] 在本发明的一个实施例中，燃料罐的覆盖物为一体化结构。
[0018] -体化结构的含义是，覆盖物不是由多块组合连接而成的，而是一块整体材料。一 体化覆盖物的母材中可包含多个部件和多种材料，例如纤维材料或多层膜结构。整个覆盖 物采用一体化结构。覆盖物末端可采用连接件或与其他相邻物体连接，从而形成符合本发 明的一体化结构
[0019] 采用一体化结构的覆盖物可有效承受抗尖锐物体带来的高冲击载荷。相对于组合 式覆盖物来说，一体化覆盖物可达到一致性的母材状态表面。一般来说，不一致的表面耐冲 击性较差，而且无法阻止泄露。采用一体化覆盖物可以通过彼此连接或与相邻物体连接减 少不一致的表面范围。
[0020] 此外相对于组合式覆盖物来说，一体化覆盖物的连接方式非常简单，节省了连接 时间，可作为半成品量产，降低了成本并可提前生产。采用此种覆盖物的燃料罐也降低了生 产成本。
[0021 ]在本发明的一个实施例中，覆盖物外形是筒状或套筒状的。
[0022]预生产的一体化筒状或套筒状覆盖物可在容器开口处翻折，从而形成覆盖容器内 外表面的一体化同质表面。在与尖锐物体发生碰撞时，覆盖物还有很好的耐冲击作用。 [0023]筒状或套筒状覆盖物的安装非常简便。
[0024] 在一个实施例中，覆盖物的开口可通过力量或材料配合等方式闭合，例如通过扭 转、卡紧或粘接等方式。
[0025] 关闭覆盖物开口后，容器即被一体化覆盖物完全覆盖。从而省略了其他覆盖物和 不同材料之间的拼接或接缝。可通过扭转的方式非常简单的闭合覆盖物开口。扭转方式可 能会稍微减弱覆盖物的作用。还可通过力量或材料配合的连接方式简单关闭开口，尤其是 通过卡紧连接或粘接。
[0026] 在本发明的一个实施例中，覆盖物是一种柔性薄膜或编织材料，优选地具有气体 密封、抗断裂和抗压力和/或耐温度波动等特点，接近绝对零度0K，即-273Γ，主要采用芳 纶、石墨烯或碳纳米管等材料。优选地柔性薄膜或编织材料也可喷涂一层保护材料或涂层。
[0027] 柔性薄膜或编织材料制成的编织物厚度小，从而降低了燃料罐的重量并减少了尺 寸。此外柔性薄膜或编织物还可覆盖住容器开口并形成大面积的统一覆盖层，从而减少安 装费用。
[0028] 例如覆盖物由芳纶材料进行强化处理或由芳纶制成，例如一种使用芳纶纤维强化 处理的覆盖物，如下也称为芳纶覆盖物。芳纶纤维采用公司DuPont生产的商标为Kevlar? 的气体密封编织产品。可通过改变编织方法和编织结构，提供一种筒状或套筒状的柔性的 编织物。
[0029] 芳纶覆盖物或Klevar覆盖物具有耐机械载荷和耐低温的特性，适用于保存低温介 质，如液化天然气(液化天然气)或液态氦气。而且芳纶覆盖物具有气体密封和化学性稳定 的特点，因此具有耐腐蚀性。
[0030] 来自俄罗斯在英国工作多年的诺贝尔奖获得者Andre Greim教授研发出了石墨 烯，这是一种二维结构的碳原子C(石墨）。石墨烯是一种非常薄、具有气体密封以及良好耐 机械载荷的特性。此外石墨烯还有导电特性，抗菌性并可与薄膜或编织芳纶粘接连接，例如 粘接泡沫。
[0031] 碳纳米管，也称为CNT或纳米碳管，是一种碳元素制成的小型管状结构和微型纳米 碳管。碳纳米管的结构是一种卷起结构的石墨烯管。碳纳米管的覆盖物特性与芳纶覆盖物 或石墨烯覆盖物的特性类似。
[0032] 石墨烯和碳纳米管基本上可制成薄膜或纤维，其具有很高的抗拉强度和屈服极 限。石墨烯还具有很好的导电性、抗菌性和很高的表面耐磨性。
[0033] 在本发明的一个实施例中，覆盖物优选采用芳纶纤维制成的编织材料，特别地，在 覆盖物纵向上具有不同直径和/或不同密度。
[0034] 有机高强度纤维和合成纤维可以像芳纶纤维一样制成不同直径和密度的覆盖物， 例如在纵轴方向上制成不同直径和密度分布的筒状或套筒状结构。制成具有规定密度的柔 性覆盖物具有良好的耐机械特性，并可改变局部特性，例如屈服极限。
[0035] 由不同直径和/或密度编织物制成的覆盖物可以非常好的贴合在燃料罐结构和相 邻闭合处或连接位置。覆盖物具有非常良好的抗冲击安全性。此外覆盖物的柔性结构还适 合作为燃料罐的冷却覆盖物。
[0036] 在本发明的一个实施例中，覆盖物可多层缠绕在容器内外层。
[0037] 缠绕多层的含义是，套筒状结构的覆盖物并多次进入到容器中，在容器开口位置 翻转并在容器底部扭转，然后再进入到容器中。贴在容器壁上形成多层缠绕层。
[0038] 多层缠绕覆盖物可以只贴在容器内部或外部或内外部，覆盖物的面积还可进一步 扩大，在与尖锐物体碰撞时能够承受很高的冲击性
[0039]覆盖物可以在外设置一层并在内设置三层，除了可以提供很高的安全性之外，还 对燃料罐有冷却作用。
[0040]在本发明的一个实施例中，燃料罐的容器由压缩性和/或隔热材料制作，尤其是泡 沫材料。
[0041 ]压缩性材料可提尚燃料罐的抗尖锐物体冲击的能力，因此容器可以承受很尚的变 形功，在出现事故时能够承受很高的机械冲击载荷，例如可耐受很高的拉力、压力和扭力。
[0042]装配隔热材料的容器适用于存储高温或低温介质。本燃料罐适用于存储温度非常 高或非常低的燃料，例如保存低温介质的燃料罐，存储沸点为约-164 °C的液化天然气或甲 烷，或沸点为约-253Γ的液态氢气。从而节省了成本较高的保温设备，例如中间真空层或中 间填充颗粒材料的双层罐体结构。
[0043] 泡沫材料是一种特别廉价，有保温作用和可压缩的材料，具有上述优选作用。
[0044] 在本发明实施例中，在容器或容器壁的内部和/或外部涂层或安装第一层覆盖物。
[0045] 第一层覆盖物是与主权利要求所述柔性覆盖物无关的形状基本固定的覆盖层，位 于容器壁和上述柔性覆盖物之间，并贴容器壁上。如果有需要，还可在容器或容器壁表面上 增加一层紧密连接的平面涂层或第一层覆盖物。
[0046] 容器的第一层覆盖物主要由石墨烯材料制成。涂层或第一层覆盖物也可采用芳纶 或碳纳米管制成。
[0047] 由不同隔热性能良好的泡沫或聚氨酯泡沫材料制成的容器可在双侧采用石墨烯 材料保证良好的形状稳定性、高强度连接性和气体密封性。优选地采用套筒状的石墨烯覆 盖层。此种符合材料特别适用于制作航空航天领域内燃料罐中的内部结构或燃料罐。
[0048] 第一层覆盖物还可以采用航空航天领域中具有耐低温和防辐射作用的极薄铝膜， 除了可以增加泡沫壁厚之外，还具有很好的隔热作用。符合最新水平的第一层覆盖物由铝 膜和一层聚乙烯层构成，也称为PE覆盖物，可以很好地保护燃料罐的内部结构。
[0049] 在容器内部和/或外部设置涂层或第一层覆盖物可以达到双保险的作用，一方面 可以经受住尖锐物体造成的较强冲击，另一方面还具有很多优良特性和作用。
[0050] 符合本发明的结构形式中，与容器覆盖物相邻的盖板与开口形成形状匹配、力量 匹配和/或材料匹配的连接，尤其是可通过自膨胀部件，形状记忆部件形成螺旋连接或粘 接。盖板还可与覆盖物连接并贴附在容器上。
[0051] 可通过一个高强度材料制成的