專利名稱：優(yōu)化的高壓容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種容器，尤其涉及一種高壓容器，該容器包括界定中空內(nèi)部的主體， 其中至少一部分中空內(nèi)部包括布置在其中的填充材料。
背景技術(shù)：
目前，存在多種設(shè)計(jì)為容納各種流體的容器，如使用在燃料電池中的壓縮天然氣 (CNG)、氫氣等等。存儲(chǔ)流體的通用技術(shù)是重量輕的高壓容器。高壓容器及其制造方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。通常，使用傳統(tǒng)的成型工藝形成高壓容器，如焊接工藝、旋轉(zhuǎn)成型工藝、 注射吹塑工藝及它們的任意組合。一種類型的高壓容器是通過將纖維增強(qiáng)塑料卷繞到薄的中空主體或襯里的周圍形成的。襯里通常由塑料或金屬材料形成。當(dāng)高壓容器使用在燃料電池車輛中時(shí)，最好高壓容器是耐沖擊的。當(dāng)從高壓容器突然釋放壓力時(shí)高壓容器最好也生產(chǎn)為具有能量緩和的性能。最好開發(fā)一種包括布置在其中的填充材料的高壓容器，其中壓力突然釋放時(shí)的能量被有效地消散。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，驚人的發(fā)現(xiàn)了一種包括布置在其中的填充材料的高壓容器，其中壓力突然釋放時(shí)的能量被有效地消散。在一個(gè)實(shí)施例中，容器包括主體，其界定用于在其中容納流體的中空內(nèi)部；和填充材料，其布置在主體的中空內(nèi)部以最小化離開主體的流體的流動(dòng)速率。在另一個(gè)實(shí)施例中，容器包括主體，其界定用于在其中容納加壓流體的中空內(nèi)部；主體具有至少一個(gè)形成在其中的頸型終止部，其形成進(jìn)入主體的中空內(nèi)部的開口 ；填充材料，其布置在主體的中空內(nèi)部?jī)?nèi)以最小化離開主體的加壓流體的流動(dòng)速率；和形成在主體周圍的外殼。在另一個(gè)實(shí)施例中，容器包括主體，其界定用于在其中容納加壓流體的中空內(nèi)部；主體具有至少一個(gè)形成在其中的頸型終止部，其形成進(jìn)入主體的中空內(nèi)部的開口，其中至少一個(gè)頸型終止部在其內(nèi)部接收容器進(jìn)入元件；形成在主體周圍的外殼；和填充材料， 其布置在主體的中空內(nèi)部的至少一部分內(nèi)以最小化流經(jīng)形成在主體和外殼中至少一個(gè)內(nèi)的非期望開口的加壓流體的流動(dòng)速率。本發(fā)明還提供了如下方案 方案1. 一種容器，包括
主體，其界定用于在其中容納流體的中空內(nèi)部；和
填充材料，其布置在主體的中空內(nèi)部以最小化離開主體的流體的流動(dòng)速率。方案2.如方案1的容器，其中填充材料布置在主體的至少一部分中空內(nèi)部?jī)?nèi)。方案3.如方案1的容器，其中填充材料是多孔結(jié)構(gòu)材料和顆粒狀材料中的至少一種。
3
方案4.如方案1的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海綿材料和陶瓷材料中的至少一種。方案5.如方案1的容器，其中填充材料是金屬泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的至少一種。方案6.如方案1的容器，其中填充材料是微孔顆粒。方案7.如方案1的容器，其中填充材料最小化流經(jīng)形成在主體內(nèi)的非期望開口的流體的流動(dòng)速率。方案8. —種容器，包括
主體，其界定用于在其中容納加壓流體的中空內(nèi)部，主體具有至少一個(gè)形成在其中的頸型終止部從而形成進(jìn)入主體的中空內(nèi)部的開口；
填充材料，其布置在主體的中空內(nèi)部?jī)?nèi)以最小化離開主體的加壓流體的流動(dòng)速率；和形成在主體周圍的外殼。方案9.如方案8的容器，其中填充材料布置在主體的至少一部分中空內(nèi)部?jī)?nèi)。方案10.如方案8的容器，其中填充材料是多孔結(jié)構(gòu)材料和顆粒狀材料中的至少一種。方案11.如方案8的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海綿材料和陶瓷材料中的至少一種。方案12.如方案8的容器，其中填充材料是金屬泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的至少一種。方案13.如方案8的容器，其中填充材料是微孔顆粒。方案14.如方案8的容器，其中填充材料最小化流經(jīng)形成在主體和外殼的其中之一內(nèi)的非期望開口的加壓流體的流動(dòng)速率。方案15. —種容器，包括
主體，其界定用于在其中容納加壓流體的中空內(nèi)部，主體具有至少一個(gè)形成在其中的頸型終止部從而形成進(jìn)入主體的中空內(nèi)部的開口，其中至少一個(gè)頸型終止部在其中接收容器進(jìn)入元件；
形成在主體周圍的外殼；和
填充材料，其布置在主體的中空內(nèi)部的至少一部分內(nèi)以最小化流經(jīng)形成在主體和外殼中至少一個(gè)內(nèi)的非期望開口的加壓流體的流動(dòng)速率。方案I6.如方案15的容器，其中填充材料是多孔結(jié)構(gòu)材料和顆粒狀材料中的至 少一種。方案17.如方案15的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海綿材料和陶瓷材料 中的至少一種。方案I8.如方案15的容器，其中填充材料是金屬泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的 至少一種。方案19.如方案15的容器，其中填充材料是微孔顆粒。
方案2O.如方案15的容器，其中填充材料是多個(gè)微孔珠子


當(dāng)結(jié)合參考附圖，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)將從以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中變得顯而易見。圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有布置在其中的填充材料的容器的不完整的橫截面正視圖，其中填充材料為多孔結(jié)構(gòu)材料；和
圖2為圖1所示的容器的不完整的橫截面正視圖，其中填充材料為顆粒狀材料。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)的說明書和附圖描述和闡述了本發(fā)明的各種具體實(shí)施例。說明書和附圖作用為使得本領(lǐng)域技術(shù)人員制造并使用本發(fā)明，且不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。圖1和圖2示出了具有第一端部12和第二端部14的容器10。在所示實(shí)施例中， 容器10包括中空主體16。可以理解，容器10根據(jù)需要可以是任意類型的容器，如金屬容器、包括具有布置在其上的外層復(fù)合殼的金屬主體的容器，包括具有布置在其上的外層復(fù)合殼的塑料主體的容器、以及由復(fù)合材料制造的容器。容器10具有大致圓柱形狀并適用于容納加壓流體(未示出)?？梢岳斫?，容器10可具有所需的任意形狀，且容器10可包括所需的額外層如屏障層、箔層、多孔滲透層等等。加壓流體可以是諸如氣體(例如氫氣和氧氣)、 液體、以及同時(shí)為液體和氣體。如圖所示，主體16由可模壓的材料制造，如聚乙烯、聚丙烯、 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-乙烯醇，以及聚酰胺。可以理解，主體16可以由所需的任意材料如金屬材料形成，且通過所需的任意傳統(tǒng)成型工藝形成，如焊接工藝、旋轉(zhuǎn)成型工藝、注射吹塑工藝、以及這些工藝的任意組合。至少一個(gè)頸型終止部20形成進(jìn)入主體16的內(nèi)部22的開口。在所示實(shí)施例中，頸型終止部20在容器10的第一端部12和第二端部14處形成在主體16內(nèi)。更多的或更少的頸型終止部20可按要求形成在主體16內(nèi)。頸型終止部20在其中接收容器進(jìn)入元件(未示出)，如配件、閥門、傳感器、可拆螺轂的部件、軟管、噴嘴、管道等等。如圖所示，頸型終止部20的內(nèi)部表面M車有螺紋并在其上接收密封件26。主體16的內(nèi)部22包括布置在其中的填充材料觀。如圖1所示，填充材料觀可以是多孔結(jié)構(gòu)材料如泡沫材料(即金屬泡沫、聚合物泡沫、碳泡沫等等)、陶瓷材料、以及這些材料的任意組合。填充材料觀還可以是顆粒狀材料，如圖2所示，如微孔顆粒(即例如多個(gè)微孔珠子)。填充材料觀按需要還可以是多孔結(jié)構(gòu)材料和顆粒狀材料的任意組合?？梢岳斫?，填充材料觀可以具有所需的任意孔隙率。進(jìn)一步可以理解，填充材料觀可以具有任意所需的表面處理，如涂覆。如圖所示，填充材料觀基本填充主體16的整個(gè)內(nèi)部22。然而，可以理解，填充材料洲可以按需要布置在主體16的內(nèi)部22的一部分。填充材料觀最小化了當(dāng)從容器10 突然釋放壓力時(shí)來自容器10的能量，并最小化了離開容器10的主體16的流體的流動(dòng)速率。例如，當(dāng)非期望開口形成在高壓容器中時(shí)，通常，圍繞開口的區(qū)域受高應(yīng)力集中的影響， 因?yàn)椴贾迷谌萜鞯牧黧w被加壓且流經(jīng)開口的流體的流動(dòng)速率被最大化。因此，破裂從開口蔓延導(dǎo)致容器的主體的破裂。當(dāng)非期望開口形成在容器10內(nèi)時(shí)，然而，填充材料觀通過最小化流經(jīng)開口的流體的流動(dòng)速率來最小化開口承受的應(yīng)力集中。此外，填充材料觀吸收由容器內(nèi)非期望開口的形成促進(jìn)的膨脹波所產(chǎn)生的能量。特別地，能量由填充材料觀的外層部分吸收且吸收向內(nèi)持續(xù)直到填充材料觀發(fā)生完全轉(zhuǎn)化或破壞。例如，金屬泡沫材料在其外層部分塑化并繼續(xù)向內(nèi)塑化直到金屬泡沫材料發(fā)生完全塑化。填充材料觀的轉(zhuǎn)化必須在容器10可能發(fā)生破裂之前發(fā)生。此外，被轉(zhuǎn)化或被破壞的填充材料觀最小化了離開主體16的流體的流動(dòng)速率。此外，填充材料觀在從容器10突然釋放壓力時(shí)阻礙了容器10的顯著破裂。此外，被轉(zhuǎn)化或被破壞的填充材料觀消散了由于從容器10的壓力突然釋放所產(chǎn)生的能量。例如， 需要能量來加速被轉(zhuǎn)化或被破壞的填充材料觀。在所示實(shí)施例中，外殼30圍繞主體16的至少一部分形成。外殼30的一部分布置在至少一個(gè)頸型終止部20上。外殼30通常由細(xì)絲纏繞和固化工藝形成。當(dāng)外殼30由細(xì)絲纏繞和固化工藝形成時(shí)，外殼30可由碳纖維、玻璃纖維、復(fù)合纖維、以及具有樹脂涂覆的纖維等形成?？梢岳斫猓鈿?0可由所需的其他方法形成。為了形成容器10，主體16由任意傳統(tǒng)的成型工藝形成。在主體16形成之后，填充材料觀通過所需的任意傳統(tǒng)方法布置在中空內(nèi)部22的至少一部分。作為替換，主體16可按要求圍繞填充材料觀形成。任選地，然后使用細(xì)絲纏繞和固化工藝圍繞主體16的至少一部分形成外殼30。一旦外殼30固化，就完成容器10。容器10的主體16則充滿加壓流體。從前面的描述中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地確定本發(fā)明的本質(zhì)特征，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下，可以改變和改進(jìn)本發(fā)明以使其適用于不同的用途和條件。
權(quán)利要求
1.一種容器，包括主體，其界定用于在其中容納流體的中空內(nèi)部；和填充材料，其布置在主體的中空內(nèi)部以最小化離開主體的流體的流動(dòng)速率。
2.如權(quán)利要求1的容器，其中填充材料布置在主體的至少一部分中空內(nèi)部?jī)?nèi)。
3.如權(quán)利要求1的容器，其中填充材料是多孔結(jié)構(gòu)材料和顆粒狀材料中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海綿材料和陶瓷材料中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1的容器，其中填充材料是金屬泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的至少一種。
6.如權(quán)利要求1的容器，其中填充材料是微孔顆粒。
7.如權(quán)利要求1的容器，其中填充材料最小化流經(jīng)形成在主體內(nèi)的非期望開口的流體的流動(dòng)速率。
8.一種容器，包括主體，其界定用于在其中容納加壓流體的中空內(nèi)部，主體具有至少一個(gè)形成在其中的頸型終止部從而形成進(jìn)入主體的中空內(nèi)部的開口；填充材料，其布置在主體的中空內(nèi)部?jī)?nèi)以最小化離開主體的加壓流體的流動(dòng)速率；和形成在主體周圍的外殼。
9.如權(quán)利要求8的容器，其中填充材料布置在主體的至少一部分中空內(nèi)部?jī)?nèi)。
10.一種容器，包括主體，其界定用于在其中容納加壓流體的中空內(nèi)部，主體具有至少一個(gè)形成在其中的頸型終止部從而形成進(jìn)入主體的中空內(nèi)部的開口，其中至少一個(gè)頸型終止部在其中接收容器進(jìn)入元件；形成在主體周圍的外殼；和填充材料，其布置在主體的中空內(nèi)部的至少一部分內(nèi)以最小化流經(jīng)形成在主體和外殼中至少一個(gè)內(nèi)的非期望開口的加壓流體的流動(dòng)速率。
全文摘要
本發(fā)明涉及優(yōu)化的高壓容器。本發(fā)明公開了一種容器，該容器包括主體，其具有用于在其中容納流體的中空內(nèi)部，其中至少一部分中空內(nèi)部包括布置在其中的填充材料以最小化來自主體的流體的流動(dòng)速率，其中填充材料是多孔結(jié)構(gòu)材料和顆粒狀材料中的至少一種。
文檔編號(hào)F16J12/00GK102162526SQ20111004050
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者A·麥克-加納, D·哈澤瑙爾, P·克勞斯, U·埃伯勒, V·舒爾泰斯 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司