用于高压力应用的混合压力容器的制造方法

用于高压力应用的混合压力容器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种压力容器，所述容器包含由罐衬里形成的内部罐，所述罐衬里被一层缠绕的复合长丝围绕。在所述内部罐上安置保护套，其有利于所述压力容器的堆叠及携带且有助于界定用于混合罐与环境之间的对流热传递的空气通道。
【专利说明】用于高压力应用的混合压力容器
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案是2011年2月24日申请的第13/034，362号美国专利申请案的部分连续案。本申请案也是2010年4月16日申请的第12/761，955号美国专利申请案的部分连续案。所述第12/761，955号美国专利申请案是2006年9月29日申请的第11/540，189号美国专利申请案(即2010年4月20日授权的现在的第7，699，188号美国专利)的分案，所述第7，699，188号美国专利主张2006年5月16日申请的第29/259，834号美国专利申请案(即2008年4月15日授权的现在的第D566，807号美国专利)及2005年4月25日申请的第11/115，992号美国专利申请案(即2007年8月14日授权的现在的第7，255，245号美国专利)的优先权权益，所述第7，255，245号美国专利主张2004年4月23日申请的第60/564，776号美国临时专利申请案的优先权。以上参考的申请案及专利的每一者的揭示内容以引用的方式全部并入本文中。
【技术领域】
[0003]本发明涉及压力容器，且更特定来说涉及具有混合罐的压力容器，所述混合罐由罐衬里及其上安置有保护套的外部复合层形成。
【背景技术】
[0004]压力容器具有各种大小及形状且由多种材料制成。已存在且仍存在对重量轻的压力容器的需要。为了制成能够在高压下长时间周期地存储流体、维持结构完整、忍受重复的增压及降压且实质上不可渗透、抗腐蚀且易于制造的重量轻的压力容器，已进行了许多尝试。
[0005]由于替代燃料(例如给汽车供燃料的压缩天然气及氢气)的使用增加以及对越来越大的燃料续航力的需要，所以对容量更大、强度更大、重量轻的安全的罐的需要也已增力口。可通过增加用于结构支撑的材料的数量来实现对压力容器的容量及强度的增加。然而，这么做可导致压力容器的大小及/或重量显著增加，从而可由于材料成本增加以及与运输较重的压力容器有关联的成本的增加而导致罐的成本增加。
[0006]明显地，在本行业中存在对不可渗透、抗腐蚀且可处置容量增加及压力需求的重量轻的压力容器的需要。而且，存在对形成此一压力容器的方法的需要，以便可以有竞争力的价格出售所述压力容器。

【发明内容】

[0007]本发明提供满足上述此项技术中的需要的压力容器。特定来说，本发明提供包含混合罐的压力容器，所述混合罐由罐衬里及安置在罐衬里上的外部强化层形成，其中外部强化层界定混合罐的外表面的至少一部分。经配置且尺寸经设计以接合混合罐的保护套被安置在混合罐上。保护套包含上支撑边缘(其具有穿过其的第一开口)、下支撑边缘(其具有穿过其的第二开口)以及连接上支撑边缘及下支撑边缘的实质上为圆柱形的壁。所述壁从混合罐的外表面界定向外径向地安置的内表面，且壁的内表面及混合罐的外表面合作界定流通道用于与第一开口及第二开口流体连通，其中开口及流通道适于允许对流流动穿过以便有利于混合罐与压力容器所处的环境之间的热传递。保护套优选可分成至少两个部分。
[0008]根据本发明的又一实施例，罐衬里可包含比外部强化层具有较高的弹性模量及较低的弹性应变极限的材料。如果需要，可由热塑性塑料(优选为聚丙烯)与玻璃纤维混合来制造外部强化层。优选地，混合罐包含外部抗腐蚀涂层。如果需要，外部强化层可包含外部胶凝涂层。
[0009]根据本发明的另一实施例，上支撑边缘包含至少一个把手且下支撑边缘包含经配置且适于在堆叠多个压力容器时与另一压力容器的至少一个把手形成非永久性配合接合的基座。
[0010]本发明还提供制造压力容器的方法。所述方法包含形成罐衬里、加热玻璃长丝、混合长丝与热塑性材料且缠绕热塑性材料以及在热的应用下将长丝混合到罐衬里上以形成具有外表面的混合罐。
[0011]进一步根据本发明，所述方法可进一步包含将保护套附接到混合罐的步骤，其中保护套包含上支撑边缘(其具有穿过其的第一开口)、下支撑边缘(其具有穿过其的第二开口)以及连接上支撑边缘与下支撑边缘的实质上为圆柱形的壁。所述壁从混合罐的外表面界定向外径向地安置的内表面，且壁的内表面及混合罐的外表面合作界定流通道用于与第一开口及第二开口流体连通，其中开口及流通道适于允许对流流动穿过以便有利于混合罐与压力容器所处的环境之间的热传递。
[0012]本发明还提供用于高压力容器的混合罐。混合罐包含具有相对的第一及第二末端区以及第一及第二末端区之间的中部圆周区的金属罐衬里。混合罐还包含安置在罐衬里的外部部分上的外部强化层。
[0013]在某些实施例中，外部强化层及罐衬里中的每一者具有垂直于罐衬里的外表面的壁厚度，其中对于罐衬里的外部部分的多数来说，外部强化层的壁厚度与罐衬里的壁厚度之比至少是4.0。预期罐衬里的壁厚度可实质上是恒定的。外部强化层的壁厚度可从紧接罐衬里的中部圆周区的局部最大壁厚度改变成紧接罐衬里的第一及第二末端区的每一者的最小壁厚度。紧接中部圆周区的外部强化层的局部最大壁厚度与罐衬里的壁厚度之比可至少是5.0。具有外部强化层的最小壁厚度的区可紧接罐衬里的每一末端区的凸圆部分。
[0014]外部强化层可包含含有选自由碳纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维、对芳族聚酰胺合成纤维及/或任何其它合适类型的纤维所组成的群组的至少一种类型的纤维的环氧纤维复合材料。混合罐可包含接合在外部强化层周围以保护外部强化层的保护套。保护套可包含上支撑边缘、与上支撑边缘相对的下支撑边缘以及连接上支撑边缘与下支撑边缘的套壁。
[0015]在某些实施例中，罐衬里包含相对的凸圆形的第一及第二端罩，其每一者通过焊接(其可为激光焊接、浅弧焊接、GMAW弧焊接或任何其它合适类型的焊接)而紧固到罐衬里的中部圆周区。相对的凸圆形的第一及第二端罩可通过激光焊接而直接彼此紧固。还预期罐衬里可包含界定第一及第二边缘的实质上为圆柱形的管，其中相对的凸圆形的第一及第二端罩通过激光焊接而紧固到管的第一及第二边缘。[0016]罐衬里可包含比外部强化层的纤维组件具有较低弹性模量的材料。罐衬里材料可比外部强化层的环氧纤维复合材料具有较高的弹性应变极限。罐衬里可包含选自由钢、不锈钢或任何其它合适材料组成的群组的金属。
[0017]本发明还提供用于高压力容器的混合罐的制造方法。所述方法包含形成具有相对的第一及第二末端区以及在第一及第二末端区之间的中部圆周区的金属罐衬里以及形成安置在罐衬里的外部部分上的外部强化层。形成金属罐衬里的步骤可包含将罐衬里组件(例如上文描述的凸圆形端罩及/或实质上为圆柱形的管)焊接在一起。焊接可为激光焊接或任何其它合适类型的焊接。形成外部强化层的步骤可包含形成实现上文所描述的壁厚度之比的外部强化层。还预期所述方法可包含将上文所描述的保护套接合在外部强化层周围。
[0018]从下文结合图式对本发明进行的详细描述，本发明的压力容器的这些及其它方面将对所属领域的技术人员更加显而易见。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]为使本发明所属的领域中的技术人员将更易于理解如何制造及使用本发明的压力容器，下文将参考图式详细描述本发明的实施例，其中:
[0020]图1是根据从上文可见的本发明的优选实施例构造的压力容器的透视图，其展示保护套的上支撑边缘中的开口、及阀装配组合件以及上支撑边缘上的把手；
[0021]图2是从下文可见的图1中展示的压力容器的透视图，其展示保护套的下支撑边缘以及穿过所述下支撑边缘的开口；
[0022]图3是图1中展示的压力容器的俯视图，其描绘上支撑边缘中有利于气流穿过保护套的开口且进一步描绘上支撑边缘上经调适且经配置以允许使用阀装配组合件的把手;
[0023]图4是图1中展示的压力容器的仰视图，其展示下支撑边缘中用于气流进出保护套的开口 ；
[0024]图5是图1中展示的压力容器的分解透视图；
[0025]图6是图5中展示的压力容器的混合罐的部分横截面视图，其描绘混合罐的材料层；
[0026]图7是图5中展示的压力容器的保护套的下支撑边缘的部分横截面视图；
[0027]图8是图5中展示的压力容器的衬垫及下支撑边缘的部分横截面视图；
[0028]图9是图1中展示的经装配的压力容器的保护套及混合罐的部分横截面视图，其展示用于混合罐与保护套之间的空气流动的通道；
[0029]图10是图1中展示的压力容器的部分剖面透视图，其展示空气的流动可如何穿过上支撑边缘中的开口且进入混合罐与保护套之间的空间中；
[0030]图11是图2中展示的经装配的压力容器的部分横截面视图，其展示空气的流动可如何穿过下支撑边缘中的开口、如何穿过衬垫以及如何进入混合罐与保护套之间的空间中；
[0031]图12是展示处于嵌套配置中的图1中所描绘的两个压力容器的侧视图；
[0032]图13是根据本发明构造的混合罐的示范性实施例的部分横截面正视图，其展示经焊接的罐衬里以及安置在所述罐衬里上的外部强化层；
[0033]图14是图13中所指示的混合罐的部分的横截面正视图，其展示紧接混合罐的凸圆形末端的罐衬里及外部强化层的壁厚度；及
[0034]图15是图13的混合罐的一部分的部分横截面正视图，其展示没有在其上安置外部强化层的罐衬里。
【具体实施方式】
[0035]现在将详细参考本发明的当前优选实施例，所述实施例的实例在附图中进行说明。还将结合对系统的详细描述来描述本发明的方法及对应步骤。
[0036]本文所提供的压力容器以及本文所提供的方法的产品可用于存储加压流体。本发明尤其适于在有利于压力容器的堆叠及携带的同时存储及分配加压流体。根据本发明构造的压力容器适于包含(但不限于)在低压或高压下存储丙烷、制冷气体以及液体或气体的应用。
[0037]根据本发明，提供包含混合罐的压力容器，所述混合罐具有内部衬里及外部强化层以及适于围绕混合罐的保护套。保护套包含上支撑边缘(其具有穿过其的开口)及下支撑边缘(其具有穿过其的第二开口)。保护套还包含与混合罐间隔开的实质上为圆柱形的壁以允许保护套与混合罐之间的对流流动，用于压力容器与环境之间的对流热传递，从而减少在加压内含物的消耗期间的压力损失。
[0038]出于解释及说明的目的(且并非限制)，根据本发明制造的压力容器的示范性实施例的视图在图1中进行描绘且其一般通过参考数字10来指定。如将描述，在图2到12中描绘图1中所描绘的压力容器的其它方面。
[0039]出于说明的目的(且并非限制)，如在本文中所体现且如在图1到12中所描绘，压力容器10具有混合罐14。混合罐14具有可由一般为圆柱形的管20以及第一及第二凸圆形的半球状端罩22及24所形成的罐衬里38。端罩22及24可为任何大小或形状(例如平截圆锥形或平面形)且可相同或不同。第一及第二端罩22及24分别紧固到管20的第一及第二末端边缘26及28，这可由此项技术中已知的任何常规焊接技术(例如激光焊接)来完成。如在图6及9中特定描绘，管20以及第一及第二端罩22及24合作界定容器存储腔30。
[0040]如所描绘，第一端罩22包含在其中界定的用于接纳阀凸部34的中心孔32，阀凸部34通过任何常规的焊接或此项技术中已知的其它合适的连接技术紧固到孔32。阀凸部34经配置以将阀装配组合件36接纳在其中，且所述组合允许流体进出容器存储腔30。
[0041]如果需要，可将罐衬里38构造成没有管20。根据此替代实施例，端罩22及24直接彼此连接而不连接到管20。因而，如所属领域的技术人员将了解，端罩22、24可呈现多种形状且不需要为一般的半球状，但如果需要则可为更像“杯子”的形状。
[0042]优选地，包含管20、第一及第二端罩22及24以及阀凸部34的罐衬里38由具有高弹性模量(例如I千万Psi或更大)及低弹性应变(其范围一般从约0.05%到约1%)的惰性、不可渗透且抗腐蚀的材料构造而成。因而，罐衬里38及阀装配组合件36可由钢制成，但也可由金属(例如(但不限于)不锈钢、铝、镍、钛、钼)或将根据本发明提供合适的结构支撑的任何其它材料制成。由聚合材料制造罐衬里38也在本发明的范围及精神内。[0043]进一步根据本发明，进一步提供包含外部强化层的混合罐。
[0044]出于说明的目的(且并非限制)，如在本文中所体现及在图6中所描绘，描绘了混合罐14的壁部分的横截面。如在图6中所展示，外部强化层42安置在罐衬里38周围。如在下文进一步详细地描述，强化层42由比用于罐衬里38的材料具有较高弹性应变极限的一层或一层以上的材料制成。优选地，在将强化层42安置在罐衬里上之前先将抗腐蚀涂层40涂覆到罐衬里38的外面。这对于由金属制成的罐衬里38可特别有利。因而，抗腐蚀涂层40有助于阻止罐衬里38与强化层42之间的腐蚀，否则所述腐蚀可削弱混合罐14。抗腐蚀涂层可由多种材料(包含富锌底漆以及此项技术中已知的其它抗腐蚀涂层)组成。举例来说，可通过在罐衬里38上喷射粉末涂层、随后加热以凝固粉末涂层来涂覆抗腐蚀涂层。涂覆抗腐蚀涂层的其它方法也是可能的且在本发明的范围内。优选地，抗腐蚀涂层40被涂覆到罐衬里38的整个外表面。
[0045]强化层42可包含具有给复合材料赋予所需机械性质(例如高拉伸强度)的骨架的复合材料以及具有可凝固复合材料以使其僵硬且有刚性的高延展性的材料基质以及其它者。强化层42强化混合罐14且给混合罐14提供抗冲击性。强化层42的外表面优选包含(例如)由凝胶涂层组成的保护层44或其它修整涂层以保护强化层42。举例来说，用于形成保护层44的合适材料包含(例如)通过喷射技术及随后的加热以凝固而涂覆的热塑性改质聚烯烃粉末及类似者。
[0046]优选地，强化层42中的复合材料由与热塑性或热固性树脂混合的或者用热塑性或热固性树脂浸溃的纤维或长丝组成。经浸溃的长丝可包含(但不限于)玻璃、金属、芳族聚酰胺、碳、石墨、硼、人工合成材料、树脂、环氧树脂、聚酰胺、聚烯烃、有机硅及聚氨酯以及其它者的组合。优选地，长丝为热塑性或热固性树脂的复合物，例如环氧乙烯基或聚丙烯以及玻璃纤维。长丝可由混合的热塑性及玻璃纤维织物(作为TWINTEX出售，美国圣哥本维托特克斯公司(Saint-Gobain Vetrotex America Inc.)市售)形成。优选地，强化层42中所使用的复合材料是可循环材料。
[0047]进一步根据本发明，压力容器包含保护套。出于说明的目的(且并非限制)，如在图1到5中所描绘，保护套12围绕混合罐14。保护套12具有上支撑边缘46及下支撑边缘50以及在上支撑边缘46与下支撑边缘50之间的实质上为圆柱形的壁54。上支撑边缘46实质上安置在混合罐14的上部48的外围周围，且下支撑边缘50实质上安置在混合罐14的下部52的外围周围。图1及3描绘上支撑边缘46中的上气流开口 16。图2及4描绘下支撑边缘50中的下气流开口 18。下文详细讨论，上气流开口 16及下气流开口 18允许空气流到外面且从外面流进以有利于环境与混合罐14的加压内含物之间的热传递。上支撑边缘46及下支撑边缘50优选经配置以接合混合罐14从而将混合罐14的移动限制在保护套12的范围之内。安置在保护套12与混合罐14之间的下支撑边缘50中的振动吸收衬垫56进一步限制所述移动。衬垫56可由多种材料(包含发泡聚丙烯及其它者)形成。
[0048]保护套12优选由例如硬塑料(例如聚丙烯或高密度的聚乙烯)的刚性、重量轻的材料构造而成。在此配置中，保护套12可保护混合罐14免于碰撞、磨损及暴露于腐蚀材料以及其它者。
[0049]此项技术中已知的是，来自加压容器的气体的消耗可引起加压容器的冷却。此冷却可达到使液化气体不能再以适当的速率蒸发的程度。在此情形中，将会存在阻碍从加压容器抽气的压力损失。因此应促进热量从压力容器所处的周围环境向压力容器的内含物的传递以在气体消耗期间维持压力容器的内含物的压力。然而，将保护套添加到压力容器一般会导致在加压内含物与环境之间添加材料。因而，保护套易于使加压内含物隔热、阻碍热交换且最终促进气体消耗期间不合需要的压力损失。因此需要最小化保护套的隔热效果。
[0050]为全金属压力罐提供套是此项技术中已知的，其中在套的壁中形成的波状波动为对流空气流动提供通道，例如在第6，386，384号美国专利中，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中。如在此项技术中所发现，这些波状通道在为全金属罐提供热传递方面发挥良好的作用，但混合罐14的纤维复合物/金属实施例产生对增强对流流动的进一步的改进的需要，因为复合强化层42提供的热绝缘比现有技术的全金属罐中所呈现的热绝缘更多。
[0051]因此，保护套12的配置允许可实质上围绕混合罐14的圆周的增强的流动。这是对此项技术的改进，因为热交换沿着比此项技术中已知的波状通道中所允许的区域更大的表面区域发生。对流热交换的流动及表面区域的此增加有助于弥补混合罐14相比于现有技术的全金属罐的热绝缘的增加。
[0052]为此，本发明有助于保护套12与混合罐14之间的向下的自然的对流流动以在最小化由于不充分的热交换引起的压力损失的同时增加保护套的优势。保护套12的实质上为圆柱形的壁54安置在混合罐14的中部51周围。如图9中所展示，实质上为圆柱形的壁54的内表面与混合罐14的外表面隔开以允许在混合罐14与保护套12之间形成一般向下的空气的垂直流动。因此存在在混合罐14与保护套12之间所界定的一般为环形的流通道58用于与压力容器10所处的环境流体连通。
[0053]图10展示空气可如何从压力容器10的外面、穿过上开口 16、向下进入环形流通道58且穿过下开口 18离开进行传递。特定来说，图7、8及11展示空气可如何从压力容器10内部的实质上为环形的流通道58、通过衬垫56中的开口 18(a)(图5)、穿过下开口 18且进入环境中进行传递。空气从上开口 16、穿过环形流通道58且离开下开口 18进行流动的能力允许沿着环形流通道58的整个圆周形成自然的对流流动，且因此赋予压力容器在混合罐14与环境之间交换热的增强的能力，同时压力容器还具有保护套12所提供的增加的耐久性。
[0054]如在图1到3中所展示，在本发明的优选实施例的另一方面中，上支撑边缘46包含经配置以允许使用阀装配组合件36的至少一个把手60。优选地，把手60经人体工学设计以协助压力容器10的运输。
[0055]通过进一步的实例(仅出于说明的目的)，如在图12中所展示，把手60及下支撑边缘50优选经配置以彼此接合从而有利于运输及堆叠多个压力容器10。在此实施例中，把手60经弯曲且经配置以在堆叠多个压力容器10时与经配置以接纳把手60的下支撑边缘50形成非永久性配合接合。
[0056]根据本发明的另一实施例，可进一步提供包含用于唯一地识别每一罐的构件的压力容器。仅出于说明的目的(且并非限制)，可提供例如射频识别标签、微芯片及/或条形码200(图1)的识别构件以唯一地识别每一压力容器。在制造期间，在缸离开制造设备之后可维持用于唯一地识别及追踪每一缸的数据库。制造者可追踪每一缸的多种变量，例如皮重、复验日期、制造日期、批次或批号及类似者。[0057]根据本发明的另一方面，提供用于制造压力容器的方法。仅出于说明的目的(且并非限制)，如本文所描述，所述方法优选包含形成罐衬里(例如罐衬里38)、加热玻璃长丝、混合长丝与热塑性材料、缠绕热塑性材料且在热的应用下将长丝混合到罐衬里38上以形成混合罐14，以及将保护套12附接到混合罐14以产生实质上为环形的流通道58。
[0058]通过进一步的实例，所述方法可进一步包含在缠绕热塑性材料且将长丝混合到罐衬里38上之前将抗腐蚀涂层涂覆到罐衬里38的外面的步骤。此抗腐蚀涂层40可减少在金属罐衬里38的情形中罐衬里38与外部强化层42之间的腐蚀。
[0059]如此项技术中已知，所述缠绕步骤可包含在将长丝缠绕到罐衬里上的同时使罐衬里绕心轴旋转。可用构成混合罐14的外部强化层42的单个长丝来连续完成所述缠绕。进一步根据本发明的方法，将长丝与聚丙烯混合作为热塑性材料也是可能的。如此项技术中已知，所述方法可进一步包含将最外层的胶凝涂层44涂覆在外部强化层42上。
[0060]如此项技术中已知，进一步根据本发明的方法，通过将保护套分成共同与夹持系统附接在一起的至少两个部分而将保护套12附接到混合罐14是可能的。如图5中所展示，所述部分可沿着保护套54的大体上为圆柱形的壁54的圆周而分开。或者在不脱离本发明的精神及范围的情况下所述部分可纵向或倾斜地分开。根据需要，套的部分可通过永久性或非永久性接合而彼此附接。举例来说，套12的部分可通过焊接、黏着剂或紧固件而永久性地彼此附接。如果需要，套12的部分 之间的连接可(例如)通过搭扣配合连接而为非永久性的。
[0061]参考图13到15，本发明还提供用于高压力容器的混合罐300。某些气体产品(例如丙烷及制冷气体)通常被装在低压(例如在约30到60巴(bar)的压力下)气缸中。然而，存在通常被装在高压(例如在约200到300巴的压力下)气缸中的气体产品，例如用于焊接的保护气体、氦气、氮气、二氧化碳等。混合罐300经有利配置而用于此类高压应用。
[0062]混合罐300包含具有相对的第一及第二末端区304及306以及第一及第二末端区304及306之间的中部圆周区308的金属罐衬里302。混合罐300还包含安置在罐衬里302的外部部分上的外部强化层310。
[0063]罐衬里302具有实质上恒定地随着罐衬里302上的位置变化而变化的壁厚度t (在图15中指示)，其中厚度t是在罐衬里302的外表面上的任何给定位置处垂直于罐衬里302的外表面而测得。外部强化层310具有随着位置而变化的壁厚度T，其中厚度T以类似方式垂直于罐衬里302的外表面而测得。在图13中指示针对外部强化层310上的不同位置的三个示范性壁厚度I\、T2及T3。对于罐衬里的外部部分的多数来说，在混合罐300上的任何给定位置处外部强化层310的壁厚度T与罐衬里302的壁厚度之比至少是4.0，即T/t ^ 4.0。外部强化层310的壁厚度T从紧接罐衬里的中部圆周区308的局部最大壁厚度T1变化为紧接罐衬里的第一及第二末端区304及306的每一者的最小壁厚度T2。紧接中部圆周区308的外部强化层310的局部最大壁厚度T1与罐衬里的壁厚度t之比至少是5.0，即I/t ^ 5.0。如在图14中所展示，具有外部强化层310的最小壁厚度T2的区紧接罐衬里302的每一末端区的凸圆部分。在混合罐300的顶部及底部处(如在图13到15中所定向)，外部强化层310的壁厚度是T3, T3甚至大于T1以便加强阀凸部312及基座支撑314与罐衬里302相接处的混合罐300的部分。壁厚度T3与罐衬里的壁厚度t之比至少是
8.5，即T3/t ^ 8.5，壁厚度T3表示外部强化层310的最大厚度。[0064]外部强化层310由包含选自由碳纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维、对芳族聚酰胺合成纤维(例如E.1.du Pont de Nemours及特拉华州的威尔明顿公司提供的Kevlar?纤维)或任何其它合适类型的高强度纤维组成的群组的至少一种类型的纤维的环氧纤维复合材料制成。如上文所描述，混合罐可包含接合在外部强化层周围以保护外部强化层的保护套。保护套可包含上支撑边缘、与上支撑边缘相对的下支撑边缘以及连接上支撑边缘与下支撑边缘的套壁。对于某些高压力应用来说，针对混合罐300的热交换并不重要。因此，针对不需要上文所描述的保护套的流动特征的应用而消除此类流动特征是可能的。然而，预期为了有助于在填充期间散热，混合罐300可进行预冷却，例如在用永久性气体(即在压力容器的操作压力及温度下不液化的气体)填充时。
[0065]基座支撑314从外部强化层310的外部穿过外部强化层310抵达外部强化层310的内部，在此处基座支撑接触罐衬里302。提供基座支撑314使其靠近外部强化层310，且基座支撑314可由金属或任何其它合适材料制成。任选地可包含塑料外部附接件以便更易于(例如通过激光工艺)涂覆标签。
[0066]现在参考图15，罐衬里302包含相对的凸圆形的第一及第二端罩316及318，其每一者通过焊接320(其可有利地为激光焊接、浅弧焊接、GMAW(气体金属弧焊接)焊接或任何其它合适类型的焊接)而紧固到罐衬里的中部圆周区308。相对的凸圆形的第一及第二端罩316及318通过焊接320而直接彼此紧固。如上文关于压力容器10所描述，还预期罐衬里可包含界定第一及第二边缘的实质上为圆柱形的管，其中相对的凸圆形的第一及第二端罩通过激光焊接或上文所描述的任何其它合适类型的焊接而紧固到管的第一及第二边缘。
[0067]罐衬里302可由比外部强化层中的纤维组件具有较低弹性模量但比外部强化层的复合材料的总体弹性模量具有较高弹性模量的材料制成。罐衬里302可由比外部强化层的纤维材料具有较高弹性应变极限且比外部强化层的复合材料的弹性应变极限具有较高弹性应变极限的材料(例如，视所使用的钢的类型而定，钢可具有一般在约10%到约30%的范围内的较高弹性应变极限，而对于碳纤维来说较低弹性应变极限一般在约1%与2%之间的范围内，且对于碳环氧纤维复合物来说较低弹性应变极限可在一般从约1%到约2%的范围内)制成。针对罐衬里302的合适材料包含例如钢、不锈钢的金属或任何其它合适材料。
[0068]可由根据本发明的以下方法构造/制造混合罐300。所述方法包含形成具有相对的第一及第二末端区以及第一及第二末端区之间的中部圆周区的金属罐衬里，例如罐衬里302。所述方法还包含形成安置在罐衬里的外部部分上的外部强化层，例如外部强化层310。形成金属罐衬里的步骤可包含将罐衬里组件焊接在一起，例如上文所描述的凸圆形端罩及/或实质上为圆柱形的管。可由激光焊接或任何其它合适类型的焊接实施所述焊接。形成外部强化层的步骤可包含形成实现上文所描述的壁厚度之比的外部强化层。还预期所述方法可包含将上文所描述的保护套接合在外部强化层周围。
[0069]如在上文所描述及在图式中所展示，本发明的方法及系统为压力容器提供优良性质，包含高压力容量、易于制造、重量轻、符合人体工学、可堆叠性、抗腐蚀且耐碰撞以及热传递增强。对所属领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对本发明的装置及方法做出多种修改及变更。因此，本发明有意包含在所附权利要求书及其等效物的范围内的修改及变更。
【权利要求】
1.一种用于高压力容器的混合罐，其包括: a)金属罐衬里，其具有相对的第一及第二末端区以及所述第一及第二末端区之间的中部圆周区；及 b)外部强化层，其安置在所述罐衬里的外部部分上，其中所述外部强化层及所述罐衬里的每一者具有垂直于所述罐衬里的外表面的壁厚度，其中对于所述罐衬里的所述外部部分的多数来说，所述外部强化层的所述壁厚度与所述罐衬里的所述壁厚度之比至少是4.0。
2.根据权利要求1所述的混合罐，其中所述罐衬里的所述壁厚度实质上是恒定的。
3.根据权利要求1所述的混合罐，其中所述外部强化层的所述壁厚度从紧接所述罐衬里的所述中部圆周区的局部最大壁厚度变化为紧接所述罐衬里的所述第一及第二末端区的每一者的最小壁厚度。
4.根据权利要求3所述的混合罐，其中紧接所述中部圆周区的所述外部强化层的所述局部最大壁厚度与所述罐衬里的所述壁厚度之比至少是5.0。
5.根据权利要求3所述的混合罐，其中具有所述外部强化层的所述最小壁厚度的区紧接所述罐衬里的每一末端区的凸圆部分。
6.根据权利要求1所述的混合罐，其中所述外部强化层包含含有选自由碳纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维及对芳族聚酰胺合成纤维组成的群组的至少一种类型的纤维的环氧纤维复合材料。
7.根据权利要求1所述的混合罐,其中所述罐衬里包含通过选自由激光焊接、GMAff焊接及浅弧焊接组成的群组的一种类型的焊接而直接彼此紧固的相对的凸圆形的第一及第二端罩。
8.根据权利要求1所述的混合罐，其中所述罐衬里包含界定第一及第二边缘的实质上为圆柱形的管，且相对的凸圆形的第一及第二端罩通过选自由激光焊接、GMAff焊接及浅弧焊接组成的群组的一种类型的焊接而分别紧固到所述管的所述第一及第二边缘。
9.根据权利要求1所述的混合罐，其进一步包括接合在所述外部强化层周围以保护所述外部强化层的保护套，所述保护套包含上支撑边缘、与所述上支撑边缘相对的下支撑边缘以及连接所述上支撑边缘与所述下支撑边缘的套壁。
10.根据权利要求1所述的混合罐，其中所述外部强化层包含具有纤维组件及环氧组件的环氧纤维复合物，且其中所述罐衬里包含比所述纤维组件具有较低弹性模量且比所述环氧纤维复合物具有较高弹性应变极限的材料。
11.根据权利要求1所述的混合罐，其中所述罐衬里包含选自由钢、不锈钢、铝、钼及钛组成的群组的金属。
12.一种用于高压力容器的混合罐，其包括: a)金属罐衬里，其具有相对的第一及第二末端区以及所述第一及第二末端区之间的中部圆周区，其中所述罐衬里包含相对的凸圆形的第一及第二端罩，所述第一及第二端罩的每一者通过焊接而紧固到所述罐衬里的所述中部圆周区；及 b)外部强化层，其安置在所述罐衬里的外部部分上。
13.根据权利要求12所述的混合罐，其中所述第一及第二端罩通过选自由激光焊接、GMAW焊接及浅弧焊接组成的群组的一种类型的焊接而紧固到所述罐衬里的所述中部圆周区。
14.根据权利要求12所述的混合罐，其中所述相对的凸圆形的第一及第二端罩通过选自由激光焊接、GMAff焊接及浅弧焊接组成的群组的一种类型的焊接而直接彼此紧固。
15.根据权利要求12所述的混合罐，其中所述罐衬里包含界定第一及第二边缘的实质上为圆柱形的管，其中所述相对的凸圆形的第一及第二端罩通过选自由激光焊接、GMAW焊接及浅弧焊接组成的群组的一种类型的焊接而紧固到所述管的所述第一及第二边缘 。
16.根据权利要求12所述的混合罐，其中所述外部强化层及所述罐衬里的每一者具有垂直于所述罐衬里的外表面的壁厚度，其中对于所述罐衬里的所述外部部分的多数来说，所述外部强化层的所述壁厚度与所述罐衬里的所述壁厚度之比至少是4.0。
17.根据权利要求16所述的混合罐，其中所述罐衬里的所述壁厚度实质上是恒定的。
18.根据权利要求12所述的混合罐，其进一步包括接合在所述外部强化层周围以保护所述外部强化层的保护套，所述保护套包含上支撑边缘、与所述上支撑边缘相对的下支撑边缘以及连接所述上支撑边缘与所述下支撑边缘的套壁。
19.根据权利要求12所述的混合罐，其中所述罐衬里包含选自由钢、不锈钢、铝、钼及钛组成的群组的金属。
20.一种用于高压力容器的混合罐，其包括: a)金属罐衬里，其具有相对的第一及第二末端区以及所述第一及第二末端区之间的中部圆周区，其中所述罐衬里包含相对的凸圆形的第一及第二端罩，所述第一及第二端罩的每一者通过激光焊接紧固到所述罐衬里的所述中部圆周区； b)外部强化层，其安置在所述罐衬里的外部部分上，其中所述外部强化层及所述罐衬里的每一者具有垂直于所述罐衬里的外表面的壁厚度，其中对于所述罐衬里的所述外部部分的多数来说，所述外部强化层的所述壁厚度与所述罐衬里的所述壁厚度之比至少是4.0 ；及 c)保护套，其接合在所述外部强化层周围以保护所述外部强化层，所述保护套包含上支撑边缘、与所述上支撑边缘相对的下支撑边缘以及连接所述上支撑边缘与所述下支撑边缘的套壁。
【文档编号】F17C1/04GK103492782SQ201280019623
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年2月24日 优先权日:2011年2月24日
【发明者】佩德罗·亚历山大·凯洛斯·奥利维拉·席尔瓦维埃拉, 若泽·阿德利诺·佩索阿桑托斯, 若泽·曼努埃尔·卡斯特罗·费尔南德斯波托卡雷罗 申请人:艾姆楚特许有限公司