符合的天然能量?jī)?chǔ)存的制作方法
【專利摘要】一種用于儲(chǔ)存天然氣的系統(tǒng)包括管的多個(gè)直區(qū)段。管的多個(gè)直區(qū)段密集填充。管的多個(gè)直區(qū)段構(gòu)造成充填指定容積。本發(fā)明可以以多種方式實(shí)施，包括作為過(guò)程；設(shè)備；系統(tǒng)；物質(zhì)成分；實(shí)施在計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品；和/或處理器，如，構(gòu)造成執(zhí)行儲(chǔ)存在聯(lián)接于處理器的存儲(chǔ)器上的指令和/或由該存儲(chǔ)器提供的指令的處理器。這些實(shí)施或本發(fā)明可采用的任何其它形式可稱為技術(shù)。
【專利說(shuō)明】符合的天然能量?jī)?chǔ)存
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)請(qǐng)求享有2012年5月3日提交的標(biāo)題為CONFORMING ENERGY STORAGE的美國(guó) 臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/642, 388號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)出于所有目的通過(guò)引用并入本文中。
[0002] 本申請(qǐng)請(qǐng)求享有2013年2月19日提交的標(biāo)題為NATURAL GAS INTESTINE PACKED STORAGE TANK的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/766, 394號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)出于所有目的通過(guò) 引用并入本文中。

【背景技術(shù)】
[0003] 從上世紀(jì)九十年代起，重型車輛已經(jīng)利用了壓縮天然氣（CNG)發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，輕型 車輛如乘用車仍必須實(shí)現(xiàn)廣泛采用。私人和公共參與者兩者開(kāi)始識(shí)別CNG乘用車輛增長(zhǎng)的 技術(shù)障礙。行業(yè)中認(rèn)識(shí)到，如果可解決某些儲(chǔ)存問(wèn)題，則天然氣提供難以置信的未開(kāi)發(fā)的機(jī) 會(huì)。然而，針對(duì)集成車輛和轉(zhuǎn)換車輛兩者的當(dāng)前的CNG儲(chǔ)存解決方案仍是龐大且昂貴的基 于氣缸的系統(tǒng)。對(duì)于集成系統(tǒng)，各種尺寸的圓筒形罐集成到車輛底盤(pán)設(shè)計(jì)中。對(duì)于轉(zhuǎn)換車 輛，較大的罐置于后備箱中，除去了儲(chǔ)存或備用輪胎。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0004] 在以下詳細(xì)描述和附圖中公開(kāi)了本發(fā)明的各種實(shí)施例。
[0005] 圖1為示出罐的中部處的截面的實(shí)施例的圖表。
[0006] 圖2為示出設(shè)計(jì)中的較少數(shù)量的罐的截面的實(shí)施例的圖表。
[0007] 圖3為不出有限兀分析（FEA)和分析解的實(shí)施例的圖表。
[0008] 圖4A-4D為示出具有直管的罐構(gòu)造的實(shí)施例的圖表。
[0009] 圖5A和5B為示出硬釬焊區(qū)域的實(shí)施例的圖表。
[0010] 圖6A為示出回轉(zhuǎn)曲線的參數(shù)化的實(shí)施例的圖表。
[0011] 圖6B為示出沿管的長(zhǎng)度的微分元件的實(shí)施例的圖表。
[0012] 圖6C為示出錐形編織物幾何形狀的實(shí)施例的圖表。
[0013] 圖7A-C為示出彎曲正方形螺旋的實(shí)施例的圖表。
[0014] 圖8A-C為示出彎曲正方形螺旋的實(shí)施例的圖表。
[0015] 圖9A-C為示出彎曲正方形螺旋的實(shí)施例的圖表。
[0016] 圖10為示出填充二維層的一組平螺旋的實(shí)施例的圖表。
[0017] 圖11為示出柔性彎肘的實(shí)施例的圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明可以以多種方式實(shí)施，包括作為過(guò)程；設(shè)備；系統(tǒng)；物質(zhì)成分；實(shí)施在計(jì)算 機(jī)可讀儲(chǔ)存介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品；和/或處理器，如，構(gòu)造成執(zhí)行儲(chǔ)存在聯(lián)接于處理器 的存儲(chǔ)器上的指令和/或由該存儲(chǔ)器提供的指令的處理器。在本說(shuō)明書(shū)中，這些實(shí)施或本 發(fā)明可采用的任何其它形式可稱為技術(shù)。大體上，公開(kāi)的過(guò)程的步驟的順序可在本發(fā)明的 范圍內(nèi)改變。除非另外指出，描述為構(gòu)造成執(zhí)行任務(wù)的構(gòu)件如處理器或存儲(chǔ)器可實(shí)施為暫 時(shí)地構(gòu)造成在給定時(shí)間執(zhí)行任務(wù)的普通構(gòu)件，或制造成執(zhí)行任務(wù)的特定構(gòu)件。如本文使用 的，用語(yǔ)'處理器'是指一個(gè)或更多個(gè)裝置、電路和/或處理內(nèi)核，其構(gòu)造成處理數(shù)據(jù)，如計(jì) 算機(jī)程序指令。
[0019] 本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述在下文中連同附圖提供，該附圖示出了 本發(fā)明的原理。本發(fā)明結(jié)合此類實(shí)施例描述，但本發(fā)明不限于任何實(shí)施例。本發(fā)明的范圍 僅由權(quán)利要求限制，并且本發(fā)明包含許多備選方案、改型和等同方案。許多具體細(xì)節(jié)在以下 描述中闡明，以便提供本發(fā)明的徹底理解。這些細(xì)節(jié)出于實(shí)例的目的提供，并且本發(fā)明可在 沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或所有的情況下根據(jù)權(quán)利要求實(shí)踐。為了清楚起見(jiàn)，涉及本發(fā) 明的【技術(shù)領(lǐng)域】中已知的技術(shù)材料并未詳細(xì)描述，以使本發(fā)明不是不必要地模糊的。
[0020] 公開(kāi)了用于儲(chǔ)存天然氣的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括管的多個(gè)直區(qū)段。管的多個(gè)直區(qū)段密集 填充。管的多個(gè)直區(qū)段構(gòu)造成充填指定容積。
[0021] 在1890年，Giuseppe Peano發(fā)現(xiàn)了充填2維空間的一類曲線，Hilbert將其結(jié)果 延伸至3維立方體。可示出的是，此類曲線可密集地充填任何2維或3維（2D或3D)形狀。 基于這些見(jiàn)解，公開(kāi)了腸道式儲(chǔ)存構(gòu)想，壓縮氣體儲(chǔ)存罐模仿人的腸道，高密度曲線的實(shí)例 有效地充填無(wú)規(guī)則的容積。
[0022] 這里的關(guān)鍵見(jiàn)解在于，在圓筒形罐的設(shè)計(jì)中，罐質(zhì)量與容納的氣體質(zhì)量的比不取 決于罐的幾何形狀。使用的材料質(zhì)量和因此大量材料成本對(duì)于給定的壓力和材料屈服應(yīng)力 是恒定的。在沒(méi)有針對(duì)移動(dòng)至小直徑管的處罰支付（材料成本或填充密度）的情況下，獲 得了將罐配合到任何期望的3D形狀中的能力，例如，嵌入在車輛的底盤(pán)中。在下文中，公開(kāi) 了用于產(chǎn)生具有小直徑管路的壓縮天然氣（CNG)罐的若干選擇。另外，公開(kāi)了如何將管路 填充成合乎需要的幾何形狀用于在汽車行業(yè)中使用。論述了重要的設(shè)計(jì)考慮：材料應(yīng)力、穿 過(guò)罐的擴(kuò)散，以及由于蠕變、疲勞或熱狀況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狀而沒(méi)有質(zhì)量損失，這里我們論述了填充 這些管的可能的方式。由于從制造觀點(diǎn)看，很可能難以將實(shí)際Hilbert曲線用作填充方案， 故檢查備選的填充幾何形狀，并且考慮它們配合到空間中有多好（符合性因素）。罐設(shè)計(jì)的 符合性（即，容納在罐中的氣體體積與罐的最小邊界框的容積之比）根據(jù)管的幾何形狀和 填充幾何形狀變化。為了準(zhǔn)確地計(jì)算符合性因素，需要考慮的填充方案的精確限定，包括彎 頭。
[0024] 在各種實(shí)施例中，罐具有在一端處的入口聯(lián)接器，罐具有多個(gè)入口聯(lián)接器，罐具有 在從管的一個(gè)或更多個(gè)直區(qū)段漸縮之后的入口聯(lián)接器，罐具有聯(lián)接于管的減小區(qū)段的入口 聯(lián)接器，或用于聯(lián)接于罐用于接近的任何其它適合的方式。
[0025] 圖1為示出罐的中部處的截面的實(shí)施例的圖表。在所示的實(shí)例中，管的多個(gè)圓形 截面填充到矩形邊界框中。認(rèn)為沒(méi)有邊界條件的這些填充方案的填充密度是公知的：具有 十·' 1或大約91%的填充密度的六邊形填充102 ;具有π /4或大約78. 5%的填充密度的矩形 填充100 ;以及具有帶有~92%的填充密度的兩個(gè)不同半徑的管的許多二元填充方案104中 的一種。二元填充104具有帶有-1的直徑比的管。二元填充方案提高填充的效率，并且 可用于增加附加的縱向強(qiáng)度。
[0026] 圖2為示出設(shè)計(jì)中的較少數(shù)量的罐的截面的實(shí)施例的圖表。在所示的實(shí)例中，邊 界框中的六邊形和矩形填充針對(duì)1、4和16個(gè)截面罐（例如，六邊形200、202和204,以及矩 形210、212和214)示出。在較少數(shù)量的罐（圓環(huán)）下，邊界條件支配填充，并且矩形填充 可更有效。當(dāng)半徑與邊界框的比變得更大時(shí)，邊界條件在填充效率接近理想時(shí)變?yōu)椴惶?要。由于六邊形具有更為理想的填充效率，故在一些點(diǎn)（例如，一些半徑，給出了特定的邊 界框）處，六邊形填充的管將總是比最佳矩形填充更好。六邊形填充總是更好所處的半徑 是什么的問(wèn)題可僅在一旦選擇邊界框時(shí)才真正地回答，因?yàn)檫吔鐥l件嚴(yán)重取決于邊界框。 一旦選擇邊界框，則可確定最大半徑或管和管數(shù)，這將確保最高的填充效率。
[0027] 對(duì)于遠(yuǎn)離端部的直的圓筒形罐，沿長(zhǎng)度的應(yīng)力保持恒定。該應(yīng)力的大小取決于半 徑和直長(zhǎng)度的壁厚度。應(yīng)力集中還可形成在管端部、彎頭或配件處。
[0028] 聚合物或金屬可擠壓成管，其可彎曲和填充成密集幾何形狀。為了形成這些管的 承載能力的理解，檢查了圓筒形管的單個(gè)長(zhǎng)度，而并未考慮端部情況。對(duì)于其中t/r < 1/20 的幾何形狀，我們可使用薄壁理論來(lái)計(jì)算圓筒形器皿中的主要應(yīng)力。應(yīng)力如下： 1.環(huán)向應(yīng)力（Sh)。我們假定其橫跨壁厚度一致。
[0029] 2.縱向應(yīng)力（δ 〇。該應(yīng)力對(duì)于具有端蓋的圓筒存在。我們假定其橫跨區(qū)段一致， 并且離端蓋足夠遠(yuǎn)。應(yīng)力集中將需要單獨(dú)處理。
[0030] 3.徑向應(yīng)力（Sr)。在薄壁的假定下，徑向應(yīng)力相比于縱向應(yīng)力和環(huán)向壓力不顯 著。
[0031] 對(duì)于環(huán)形應(yīng)力，假定了材料中的應(yīng)力僅由于罐內(nèi)的壓力而產(chǎn)生。環(huán)向應(yīng)力圍繞圓 筒沿周向作用。由于該力為縱向應(yīng)力的兩倍，故其在給定的壓力和材料屈服應(yīng)力下設(shè)置罐 的所需厚度。

【權(quán)利要求】
1. 一種用于儲(chǔ)存天然氣的系統(tǒng)，包括： 管的多個(gè)直區(qū)段，其中： 所述管的多個(gè)直區(qū)段密集填充；并且 所述管的多個(gè)直區(qū)段構(gòu)造成充填指定容積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段包括具有減小半徑 的區(qū)段的單個(gè)長(zhǎng)管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述減小半徑的區(qū)段包括彎曲區(qū)段。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述彎曲區(qū)段實(shí)現(xiàn)形成充填所述指定容 積的罐。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段包括連結(jié)在一起的 具有減小半徑的區(qū)段的多個(gè)長(zhǎng)管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段具有包覆編織纖維。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，從所述多個(gè)直區(qū)段中的一個(gè)到減小半徑 區(qū)段的錐形具有連續(xù)變化的曲率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述連續(xù)變化的曲率實(shí)現(xiàn)了針對(duì)包覆編 織的最佳編織角的目標(biāo)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述錐形目標(biāo)在于優(yōu)化彎頭的內(nèi)部容積， 而不超過(guò)所述彎頭的應(yīng)力最大值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段使用單個(gè)室在端部 處聯(lián)接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段使用U形配件聯(lián)接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段使用T形接頭聯(lián)接。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段包括彎曲正方形螺 旋。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述彎曲正方形螺旋為用于充填所述指 定容積的多個(gè)彎曲正方形螺旋中的一個(gè)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段包括彎曲的單個(gè)正 方形螺旋。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段包括彎曲的稀疏正 方形螺旋。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述彎曲稀疏正方形螺旋與第二彎曲 稀疏正方形螺旋嵌套來(lái)形成稀疏正方形層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述稀疏正方形層以密集填充構(gòu)造與 另一個(gè)稀疏正方形層堆疊。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的多個(gè)直區(qū)段包括相同層中的多 個(gè)螺旋的彎曲稀疏正方形螺旋。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述彎曲稀疏正方形螺旋與多個(gè)螺旋 中的第二彎曲稀疏正方形螺旋嵌套來(lái)形成稀疏正方形層。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述稀疏正方形層以密集填充構(gòu)造與 另一個(gè)稀疏正方形層堆疊。
22. -種用于儲(chǔ)存天然氣的方法，包括： 提供管的多個(gè)直區(qū)段，其中： 所述管的多個(gè)直區(qū)段密集填充；以及 將所述管的多個(gè)直區(qū)段構(gòu)造成充填指定容積。
【文檔編號(hào)】F17C13/08GK104508349SQ201380035879
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月3日
【發(fā)明者】格里菲思 S., S. 林 P., E. 卡利施 S., 吉爾曼 T., 西蒙 K. 申請(qǐng)人:奧特爾實(shí)驗(yàn)室有限責(zé)任公司