肠状堆积的天然气储罐的制作方法
【专利说明】肠状堆积的天然气储罐
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年2月5日提交的名称为"NATURAL GAS INTESTINE PACKED STORAGE TANK(肠状堆积的天然气储罐）"的美国临时专利申请第61/761，168号的优先权， 该申请出于所有目的通过参引并入本文。
[0003] 本申请要求于2013年2月19日提交的名称为"NATURAL GAS INTESTINE PACKED STORAGE TANK (肠状堆积的天然气储罐）"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参引并入本文。
【背景技术】
[0004] 天然气通常以高压储存在大的圆筒形罐中。如果用于储存天然气的空间受到约 束，例如当在天然气动力车辆上储存时，那么圆筒形形状限制了总的储气容量。
【附图说明】
[0005] 在以下的详细描述和附图中公开了本发明的多种实施方式。
[0006] 图1为示出了肠状堆积的天然气储罐的实施方式的视图。
[0007] 图IB为示出了天然气储罐的实施方式的视图。
[0008] 图IC为示出了具有恒定平均曲率的各种半径可变的圆筒的视图。
[0009] 图ID为示出了从恒定平均曲率圆筒切换到球形帽以接合两个具有不同半径的圆 筒的视图。
[0010] 图2为示出了联接件和储存区域的实施方式的视图。
[0011] 图3A为示出了接合过程的实施方式的视图。
[0012] 图3B为示出了接合过程的实施方式的视图。
[0013] 图4为示出了编织过程的实施方式的视图。
[0014] 图5为示出了纤维带绕（taping)过程的实施方式的视图。
[0015] 图6A为示出了磨损防护层带绕过程的实施方式的视图。
[0016] 图6B为示出了磨损防护层喷涂过程的实施方式的视图。
[0017] 图7为示出了配件的实施方式的视图。
[0018] 图8为示出了六边形致密堆积的实施方式的视图。
[0019] 图9为示出了矩形堆积的实施方式的视图。
[0020] 图10为示出了 C4堆积的实施方式的视图。
[0021] 图IlA为示出了安装在安装箱中的天然气储罐的实施方式的视图。
[0022] 图IlB为示出了安装在安装箱中的天然气储罐的实施方式的视图。
[0023] 图12为示出了安装在卡车上的安装箱中的天然气储罐的实施方式的视图。
[0024] 图13为示出了用于设计天然气储罐的过程的实施方式的流程图。
[0025] 图14为示出了用于制造天然气储罐的过程的实施方式的流程图。
【具体实施方式】
[0026] 本发明可以以多种方式实施，这些方式包括方法、装置、系统、物体的组成、体现在 计算机可读存储介质上的计算机程序产品、和/或处理器，所述处理器例如为配置成执行 存储在联接至处理器的存储器上的指令和/或由联接至处理器的存储器提供的指令的处 理器。在本说明书中，这些执行方式或者本发明可以采用的任何其他形式可以被称为技术。 通常，所公开的方法的步骤的顺序在本发明的范围内可以改变。除非另有说明，否则诸如描 述为配置成执行任务的处理器或存储器之类的部件可以被实施为暂时配置成在给定时刻 执行任务的一般部件或制造成执行任务的特定部件。如文中所使用的，术语"处理器"指的 是一个或多个装置、电路和/或配置成处理诸如计算机程序指令之类的数据的处理核。
[0027] 下面连同示出了本发明的原理的附图提供对本发明的一个或多个实施方式的详 细描述。结合这些实施方式来描述本发明，但是本发明并不限于任何实施方式。本发明的 范围仅由权利要求限定，并且本发明包括多个替代方案、改型和等同替代。在以下描述中阐 述了许多特定细节以提供对本发明的透彻理解。这些细节是为了示例的目的而提供的，并 且本发明可以在不需要这些特定细节中的某些或全部细节的情况下根据权利要求来实现。 为了清楚起见，没有对与本发明相关的技术领域中已知的技术材料进行详细描述，以免不 必要地使本发明模糊不清。
[0028] 用于储存天然气的高压压力容器包括：具有第一直径的多个第一容器区域，其中， 第一容器区域具有一个或多个长度以填充三维容积；以及多个联接件，其中，所述多个联接 件中的每个联接件联接所述多个第一容器区域中的一对第一容器区域，其中，联接件包括 第二容器区域和两个第三容器区域，第二容器区域具有第二直径，所述两个第三容器区域 的直径在第一直径与第二直径之间过渡，其中，第二容器区域具有一个或多个长度以填充 三维容积；并且其中，第一容器区域和联接件包括天然气渗透性低的材料。高压压力容器还 包括纤维层，其中，纤维层围绕所述多个第一容器区域和所述多个联接件。
[0029] 在一些实施方式中，肠状堆积的天然气储罐以高压储存天然气。其能够以高密度 填充不规则形状的容积。肠状堆积的天然气储罐包括储存区域，该储存区域包括具有第一 直径的管。储存区域在横截面中致密地堆积（例如，利用六边形致密堆积）并具有选择成 填充期望的容积的长度。储存区域通过包括具有第二直径的弯曲区域以及从第一直径过渡 到第二直径的两个过渡区域的连接器进行连接。储存区域和联接件由天然气渗透性低的材 料制成。
[0030] 典型的天然气储罐为较大的圆筒。然而，特别是对于不规则空间而言，圆筒是笨重 的且不容易高效地装配到三维空间中。在1890年，Giuseppe Peano发现了一类填充二维 空间的曲线，Hilbert将该结果扩展到三维立方体。结果表明，该曲线可以致密地填充任何 二维或三维形状。基于这些洞察，公开了一种仿照人类肠道建模的压缩气体储罐。人类肠 道为高效地填充不规则容积的高密度曲线的示例。应当注意的是，在圆筒形罐的设计中，罐 的质量与所容纳的气体的质量的比率不取决于罐的几何形状。对于给定的压力和材料屈服 应力而言，所使用的材料的质量是恒定的，因此庞大的材料成本是恒定的。在不需要（在材 料成本或堆积密度方面）付出代价来移动较小直径的管的情况下，获得了将罐装配到期望 的任意三维形状中的能力，例如将罐嵌入到车辆的底盘中的能力。
[0031] 在一些实施方式中，天然气储罐的制造使得在储存区域和联接件连接在一起以形 成较长的管之后，形成围绕该管的纤维层。罐储存区域做成直的部段，使得所述区域可以通 过使所述区域延伸通过编织机来进行覆盖编织。纤维层提供了保持天然气压力的强度并防 止了管变形。随后，施用磨损防护层以防止纤维层损坏。在一些实施方式中，一个或多个配 件附接至管以允许天然气进入或离开罐。罐随后折叠成完成的形状并放置在安装箱中。
[0032] 图1为示出了肠状堆积的天然气储罐的实施方式的视图。在示出的示例中，天然 气储罐100包括出于储存天然气的目的而设计成装配在预定的三维空间内的折叠管。在一 些实施方式中，天然气储罐包括用于天然气动力车辆的储罐，并且天然气储罐设计成装配 在车辆的凹部（例如，原本意在用于油箱的凹部、原本意在用于备胎、行李箱、皮卡底板等 的凹部）内。在一些实施方式中，天然气储罐100还包括围绕储罐的安装箱以用于以期望 的形状保持储罐并将储罐安装在期望的位置中（例如，安装在车辆的凹部中）。天然气储 罐100包括多个第一区域（例如，储存区域102)和多个联接件（例如，每一个联接件包括 一个弯曲区域104和两个过渡区域106)。弯曲区域104弯曲以连接平行延伸的两个储存 区域102的端部。在一些实施方式中，每个弯曲区域104中的弯曲半径近似等于储存区域 102的管半径。弯曲区域104的管半径选择成适当地小，从而以需要的弯曲半径弯曲。在一 些实施方式中，弯曲区域104的半径小于储存区域102的管半径。在一些实施方式中，储存 区域102的管半径与弯曲区域104的管半径的比率取决于弯曲区域的材料而在1至8的范 围内。在一些实施方式中，弯曲区域由多种材料组成以允许以较大比率弯曲。每个过渡区 域包括从具有储存区域102的管半径的管过渡到具有弯曲区域104的管半径的管的过渡区 域。在一些实施方式中，储存区域102具有一个或多个长度以填充三维容积。在一些实施 方式中，储存区域102具有多个长度以填充非矩形容积。在一些实施方式中，弯曲区域104 具有一个或多个长度以填充三维容积。在一些实施方式中，弯曲区域104具有多个长度以 填充非矩形容积。储存区域102定向成彼此大致平行。在一些实施方式中，储存区域102 以横截面致密堆积的方式设置（例如，天然气储罐100的穿过储存区域102的横截面示出 了储存区域102是致密堆积的）。在多种实施方式中，储存区域102以六边形堆积、矩形堆 积、具有两个尺寸的9种紧密圆形堆积中的一种（例如c4)或任何其他适合的堆积方式设 置。在示出的示例中，弯曲区域104连接至过渡区域106,弯曲180度，并连接至第二过渡区 域。在一些实施方式中，弯曲区域104连接至过渡区域106,弯曲180度，延伸通过天然气储 罐100的长度（例如，与储存区域104平行地延伸），第二次弯曲180度并连接至第二过渡 区域。这些实施方式利用具有两个尺寸的9种紧密堆积中的一种。在一些实施方式中，弯 曲区域104延伸通过天然气储罐100的长度以提供c4堆积或具有两个尺寸的其他紧