CN102162526B - 优化的高压容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及优化的高压容器。本发明公开了一种容器，该容器包括主体，其具有用于在其中容纳流体的中空内部，其中至少一部分中空内部包括布置在其中的填充材料以最小化来自主体的流体的流动速率，其中填充材料是多孔结构材料和颗粒状材料中的至少一种。

Description

优化的高压容器
技术领域
本发明涉及一种容器，尤其涉及一种高压容器，该容器包括界定中空内部的主体，其中至少一部分中空内部包括布置在其中的填充材料。
背景技术
目前，存在多种设计为容纳各种流体的容器，如使用在燃料电池中的压缩天然气（CNG）、氢气等等。存储流体的通用技术是重量轻的高压容器。高压容器及其制造方法在现有技术中是已知的。通常，使用传统的成型工艺形成高压容器，如焊接工艺、旋转成型工艺、注射吹塑工艺及它们的任意组合。一种类型的高压容器是通过将纤维增强塑料卷绕到薄的中空主体或衬里的周围形成的。衬里通常由塑料或金属材料形成。
当高压容器使用在燃料电池车辆中时，最好高压容器是耐冲击的。当从高压容器突然释放压力时高压容器最好也生产为具有能量缓和的性能。
最好开发一种包括布置在其中的填充材料的高压容器，其中压力突然释放时的能量被有效地消散。
发明内容
根据本发明，惊人的发现了一种包括布置在其中的填充材料的高压容器，其中压力突然释放时的能量被有效地消散。
在一个实施例中，容器包括：主体，其界定用于在其中容纳流体的中空内部；和填充材料，其布置在主体的中空内部以最小化离开主体的流体的流动速率。
在另一个实施例中，容器包括：主体，其界定用于在其中容纳加压流体的中空内部；主体具有至少一个形成在其中的颈型终止部，其形成进入主体的中空内部的开口；填充材料，其布置在主体的中空内部内以最小化离开主体的加压流体的流动速率；和形成在主体周围的外壳。
在另一个实施例中，容器包括：主体，其界定用于在其中容纳加压流体的中空内部；主体具有至少一个形成在其中的颈型终止部，其形成进入主体的中空内部的开口，其中至少一个颈型终止部在其内部接收容器进入元件；形成在主体周围的外壳；和填充材料，其布置在主体的中空内部的至少一部分内以最小化流经形成在主体和外壳中至少一个内的非期望开口的加压流体的流动速率。
本发明还提供了如下方案：
方案1. 一种容器，包括：
主体，其界定用于在其中容纳流体的中空内部；和
填充材料，其布置在主体的中空内部以最小化离开主体的流体的流动速率。
方案2. 如方案1的容器，其中填充材料布置在主体的至少一部分中空内部内。
方案3. 如方案1的容器，其中填充材料是多孔结构材料和颗粒状材料中的至少一种。
方案4. 如方案1的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海绵材料和陶瓷材料中的至少一种。
方案5. 如方案1的容器，其中填充材料是金属泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的至少一种。
方案6. 如方案1的容器，其中填充材料是微孔颗粒。
方案7. 如方案1的容器，其中填充材料最小化流经形成在主体内的非期望开口的流体的流动速率。
方案8. 一种容器，包括：
主体，其界定用于在其中容纳加压流体的中空内部，主体具有至少一个形成在其中的颈型终止部从而形成进入主体的中空内部的开口；
填充材料，其布置在主体的中空内部内以最小化离开主体的加压流体的流动速率；和
形成在主体周围的外壳。
方案9. 如方案8的容器，其中填充材料布置在主体的至少一部分中空内部内。
方案10. 如方案8的容器，其中填充材料是多孔结构材料和颗粒状材料中的至少一种。
方案11. 如方案8的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海绵材料和陶瓷材料中的至少一种。
方案12. 如方案8的容器，其中填充材料是金属泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的至少一种。
方案13. 如方案8的容器，其中填充材料是微孔颗粒。
方案14. 如方案8的容器，其中填充材料最小化流经形成在主体和外壳的其中之一内的非期望开口的加压流体的流动速率。
方案15. 一种容器，包括：
主体，其界定用于在其中容纳加压流体的中空内部，主体具有至少一个形成在其中的颈型终止部从而形成进入主体的中空内部的开口，其中至少一个颈型终止部在其中接收容器进入元件；
形成在主体周围的外壳；和
填充材料，其布置在主体的中空内部的至少一部分内以最小化流经形成在主体和外壳中至少一个内的非期望开口的加压流体的流动速率。
方案16. 如方案15的容器，其中填充材料是多孔结构材料和颗粒状材料中的至少一种。
方案17. 如方案15的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海绵材料和陶瓷材料中的至少一种。
方案18. 如方案15的容器，其中填充材料是金属泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的至少一种。
方案19. 如方案15的容器，其中填充材料是微孔颗粒。
方案20. 如方案15的容器，其中填充材料是多个微孔珠子。
附图说明
当结合参考附图，对于本领域技术人员而言，本发明的上述和其它优点将从以下优选实施例的详细描述中变得显而易见。
图1为根据本发明的实施例的具有布置在其中的填充材料的容器的不完整的横截面正视图，其中填充材料为多孔结构材料；和
图2为图1所示的容器的不完整的横截面正视图，其中填充材料为颗粒状材料。
具体实施方式
下面详细的说明书和附图描述和阐述了本发明的各种具体实施例。说明书和附图作用为使得本领域技术人员制造并使用本发明，且不以任何方式限制本发明的范围。
图1和图2示出了具有第一端部12和第二端部14的容器10。在所示实施例中，容器10包括中空主体16。可以理解，容器10根据需要可以是任意类型的容器，如金属容器、包括具有布置在其上的外层复合壳的金属主体的容器，包括具有布置在其上的外层复合壳的塑料主体的容器、以及由复合材料制造的容器。容器10具有大致圆柱形状并适用于容纳加压流体（未示出）。可以理解，容器10可具有所需的任意形状，且容器10可包括所需的额外层如屏障层、箔层、多孔渗透层等等。加压流体可以是诸如气体（例如氢气和氧气）、液体、以及同时为液体和气体。如图所示，主体16由可模压的材料制造，如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、乙烯-乙烯醇，以及聚酰胺。可以理解，主体16可以由所需的任意材料如金属材料形成，且通过所需的任意传统成型工艺形成，如焊接工艺、旋转成型工艺、注射吹塑工艺、以及这些工艺的任意组合。
至少一个颈型终止部20形成进入主体16的内部22的开口。在所示实施例中，颈型终止部20在容器10的第一端部12和第二端部14处形成在主体16内。更多的或更少的颈型终止部20可按要求形成在主体16内。颈型终止部20在其中接收容器进入元件（未示出），如配件、阀门、传感器、可拆螺毂的部件、软管、喷嘴、管道等等。如图所示，颈型终止部20的内部表面24车有螺纹并在其上接收密封件26。
主体16的内部22包括布置在其中的填充材料28。如图1所示，填充材料28可以是多孔结构材料如泡沫材料（即金属泡沫、聚合物泡沫、碳泡沫等等）、陶瓷材料、以及这些材料的任意组合。填充材料28还可以是颗粒状材料，如图2所示，如微孔颗粒（即例如多个微孔珠子）。填充材料28按需要还可以是多孔结构材料和颗粒状材料的任意组合。可以理解，填充材料28可以具有所需的任意孔隙率。进一步可以理解，填充材料28可以具有任意所需的表面处理，如涂覆。
如图所示，填充材料28基本填充主体16的整个内部22。然而，可以理解，填充材料28可以按需要布置在主体16的内部22的一部分。填充材料28最小化了当从容器10突然释放压力时来自容器10的能量，并最小化了离开容器10的主体16的流体的流动速率。例如，当非期望开口形成在高压容器中时，通常，围绕开口的区域受高应力集中的影响，因为布置在容器的流体被加压且流经开口的流体的流动速率被最大化。因此，破裂从开口蔓延导致容器的主体的破裂。
当非期望开口形成在容器10内时，然而，填充材料28通过最小化流经开口的流体的流动速率来最小化开口承受的应力集中。此外，填充材料28吸收由容器内非期望开口的形成促进的膨胀波所产生的能量。特别地，能量由填充材料28的外层部分吸收且吸收向内持续直到填充材料28发生完全转化或破坏。例如，金属泡沫材料在其外层部分塑化并继续向内塑化直到金属泡沫材料发生完全塑化。填充材料28的转化必须在容器10可能发生破裂之前发生。此外，被转化或被破坏的填充材料28最小化了离开主体16的流体的流动速率。此外，填充材料28在从容器10突然释放压力时阻碍了容器10的显著破裂。此外，被转化或被破坏的填充材料28消散了由于从容器10的压力突然释放所产生的能量。例如，需要能量来加速被转化或被破坏的填充材料28。
在所示实施例中，外壳30围绕主体16的至少一部分形成。外壳30的一部分布置在至少一个颈型终止部20上。外壳30通常由细丝缠绕和固化工艺形成。当外壳30由细丝缠绕和固化工艺形成时，外壳30可由碳纤维、玻璃纤维、复合纤维、以及具有树脂涂覆的纤维等形成。可以理解，外壳30可由所需的其他方法形成。
为了形成容器10，主体16由任意传统的成型工艺形成。在主体16形成之后，填充材料28通过所需的任意传统方法布置在中空内部22的至少一部分。作为替换，主体16可按要求围绕填充材料28形成。任选地，然后使用细丝缠绕和固化工艺围绕主体16的至少一部分形成外壳30。一旦外壳30固化，就完成容器10。容器10的主体16则充满加压流体。
从前面的描述中，本领域技术人员可以很容易地确定本发明的本质特征，在不脱离本发明的精神和范围下，可以改变和改进本发明以使其适用于不同的用途和条件。

Claims (20)

1.一种容器，包括： 
主体，其界定用于在其中容纳流体的中空内部；和 
填充材料，其布置在主体的中空内部，其中所述填充材料在所述主体的破裂之前完全塑化以通过耗散由从所述容器的突然压力释放产生的能量来最小化离开主体的流体的流动速率，并且其中所述填充材料不被结合。 
2.如权利要求1的容器，其中填充材料布置在主体的至少一部分中空内部内。 
3.如权利要求1的容器，其中填充材料是多孔结构材料和颗粒状材料中的至少一种。 
4.如权利要求1的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海绵材料和陶瓷材料中的至少一种。 
5.如权利要求1的容器，其中填充材料是金属泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的至少一种。 
6.如权利要求1的容器，其中填充材料是微孔颗粒。 
7.如权利要求1的容器，其中填充材料最小化流经形成在主体内的非期望开口的流体的流动速率。 
8.一种容器，包括： 
主体，其界定用于在其中容纳加压流体的中空内部，主体具有至少一个形成在其中的颈型终止部从而形成进入主体的中空内部的开口； 
填充材料，其布置在主体的中空内部内，其中所述填充材料在所述主体的破裂之前完全塑化以通过耗散由从所述容器的突然压力释放产生的能量来最小化离开主体的加压流体的流动速率，并且其中所述填充材料不被结合；和 
形成在主体周围的外壳，其中外壳由纤维材料形成。 
9.如权利要求8的容器，其中填充材料布置在主体的至少一部分中空内部内。 
10.如权利要求8的容器，其中填充材料是多孔结构材料和颗粒状材料中的至少一种。 
11.如权利要求8的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海绵材料和陶瓷材料中的至少一种。 
12.如权利要求8的容器，其中填充材料是金属泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的至少一种。 
13.如权利要求8的容器，其中填充材料是微孔颗粒。 
14.如权利要求8的容器，其中填充材料最小化流经形成在主体和外壳的其中之一内的非期望开口的加压流体的流动速率。 
15.一种容器，包括： 
主体，其界定用于在其中容纳加压流体的中空内部，主体具有至少一个形成在其中的颈型终止部从而形成进入主体的中空内部的开口，其中至少一个颈型终止部在其中接收容器进入元件； 
形成在主体周围的外壳；和 
填充材料，其布置在主体的中空内部的至少一部分内，其中所述填充材料在所述主体的破裂之前完全塑化以通过耗散由从所述主体的突然压力释放产生的能量来最小化流经形成在主体和外壳中至少一个内的非期望开口的加压流体的流动速率，并且其中所述填充材料不被结合。 
16.如权利要求15的容器，其中填充材料是多孔结构材料和颗粒状材料中的至少一种。 
17.如权利要求15的容器，其中填充材料是多孔泡沫材料、海绵材料和陶瓷材料中的至少一种。 
18.如权利要求15的容器，其中填充材料是金属泡沫、碳泡沫和聚合物泡沫中的至少一种。 
19.如权利要求15的容器，其中填充材料是微孔颗粒。 
20.如权利要求15的容器，其中填充材料是多个微孔珠子。 
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