CN103492783A - 具有栅格结构的棱柱形压力罐 - Google Patents

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Abstract

所提供的是一种具有栅格结构的压力罐，该压力罐包括：罐体，该罐体在其中容置有高压流体并且被制造成具有棱柱形形状；和分格结构，该分格结构被放置在棱柱形的罐体中，被制造成呈栅格的形式，从该罐体的一个侧壁到达其面对所述一个侧壁的另一侧壁，并且有规律地正交地布置。

Description

具有栅格结构的棱柱形压力罐
技术领域
本发明涉及一种压力罐，并且特别是涉及一种具有棱柱型内部承载结构的压力罐，其中，该压力罐被制造成大体上是六面体形的，并且其中，通过与该栅格结构相一致的加强构件针对侧向压力加强围合的罐壁以耐受由内部流体施加的压力，并且围合的罐壁被制造成大体上是棱柱体形的，以增加与周围空间有关的容积效率。
背景技术
通常，具有相当大的内部压力的压力容器和压力罐被设计成具有完整的球体的形状或具有双重的弯曲的端部壳体的圆柱体的形状。在这种罐中承载内部压力的主要方式通过弯曲的罐壁上的薄膜应力来实现。由于罐壁中的弯曲应力降低了对于给定壁厚的承载效率，因此，优选地避免在罐壁中出现弯曲应力。由薄膜型罐提供的典型特性是罐壁应力，并且因此壁厚也与曲率半径及内部压力自身成比例地增大，而薄膜应力与壁厚成反比。出于实践的原因，例如在实践中出于焊接的原因，对于钢制罐，必须将壁厚限制于几厘米。这意味着当内部设计压力很大时薄膜型外壳不能被制造得非常大。利用这种压力容器的另一方面是这种罐不能被制造成在一个完整罐中具有另一个完整罐的完整的双重阻隔罐，由此超过了所需材料的数量的两倍。
本发明把可维持相当大的压力并将温度维持在恰好低于环境温度的罐作为目标。低温罐用于例如在陆地上、舰载和近海设施上存储液化天然气（LNG）。这种LNG罐的示例是用于陆地存储的圆柱体形的钢筋钢双重阻隔罐和用于LNG的舰载运输的双重阻隔薄膜和局部双重阻隔球形罐。这种罐并不适用于相当大的内部压力并且通常在大气压下使用。在当前关注潜在环境优势的情况下，通过将天然气用作远洋船舶上的舰载燃料，明显对容量为1000到8000m3的大型燃料罐具有需要，该大型燃料罐可在温度降至-163℃且内部压力高达15巴（bar）的情况下操作。这些目的不能利用在上文中提及的这些类型的罐来实现，而本发明可以满足这些要求以及在尺寸、压力和热多功能性方面遇到的更为严峻的挑战。此外，当前的压力容器概念可在泄漏抑制方面制造双重阻隔件及双重全压力阻隔件。使罐在外侧上是绝热的也是容易的。图1是示出了根据相关技术的压力罐，图1A是球形的压力罐，图1B是圆柱形的压力罐，图1C是叶型的压力罐，并且图1D是分格型的压力罐。
可通过容积效率和材料比率来表征罐的总效率。
[等式1]
Figure BDA0000402166600000021
等式1表示容积效率。在这里，ξ代表容积效率，V罐代表罐的实际容积，并且V棱柱代表环绕罐的理想的长方体形或棱柱体形（砖形）的容积。
ξ的值越大，罐的与由一个或更多个罐占据的全部砖形外部空间的利用相关的存储效率就越好。注意矩形、棱柱体形（砖形）罐的容积效率为1。
[等式2]
Figure BDA0000402166600000022
等式2表示材料比率。在这里，η代表材料比率而V材料表示用于制造罐的材料的实际容积，并且V存储代表在罐中存储的液体的总容积。p是内部压强并且σα是单轴的允许应力。η的值越低，用于建造与所存储的容积相关的罐所需的材料的数量就越少，并且由此，该罐的结构效率就越好。
表1
[表1]
Figure BDA0000402166600000023
Figure BDA0000402166600000031
表1是表示根据相关技术的罐的容积效率和材料比率的图表。注意不包括用于圆柱型、叶型和分格型端封的材料。而且，当假设使用与允许应力相关的偏应力标准（冯米斯（von Mises）应力）时，可以获得最佳的材料性能；这是由于这些罐中的环向应力恰好是纵向应力的两倍。
如从表中可看出的那样，球型罐具有最佳的材料性能；不幸的是，它们的容积效率是非常差的。这意味着在一系列球型罐内，将给定的外部周围容积的高部分用于实际存储是不可能的。
如可从表中了解到的那样，分格型罐具有最为有效的容积效率并且材料比率具有与圆柱型罐、叶型罐、和分格型罐相似的值。
然而，由于叶型罐是通过使圆形罐彼此相交并利用圆柱形的罐壁和平面的罐壁而制成，因此，制造这类罐是困难的。高应力将通常被集中于内部隔壁、圆柱形部分和双曲部分之间的交线处，这可极大地降低这种罐的材料效率（意味着更高？）。在实际中，由于几何复杂性，因此将高压叶型罐制造成双重阻隔罐是不可能的。
由于在两个方向上的重复分格，因此分格型罐具有高容积效率。它的材料比率也是良好的，这是因为它对应于圆柱形罐的材料比率。分格型罐的主要缺点是难于设计出封闭住分格的端部而不产生相当大的局部弯曲变形和应力集中的好方法。而且，存在一个问题，即难于将分格型罐的外壁形成为与设计相关的双壁。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种新型的具有大体呈矩形、棱柱形形状的高压罐，即，一种具有非常高的容积效率且同时在能够通过在任意三个空间方向上模块化的延伸以制造任意尺寸的罐时可耐受高压流体的压力和温度变化的压力罐。
此外，本发明的另一目的是提供一种包括高容积效率并通过允许结合辅助阻隔件以防止压力罐中的流体泄漏的压力罐。
本发明的另一目的是提供这样一种罐，该罐适用于允许填充任意高度的流体，并且能够经由来自内部承载结构的有效的流体阻尼并通过具有可维持来自晃荡的动态流体压力的坚固的罐壁来耐受罐体的非常大的动态运动。
再一目的是提供一种压力罐概念，该压力罐概念是模块化的并且可通过遍及罐体的内部及在外壁中利用重复的模块化的元件而缩放成任意尺寸。
最后一个目的是为内部承载结构提供一种灵活的概念，使得该内部承载结构可通过对承载结构的尺寸进行选择而被设计成用于几乎任意程度的内部压力，其中，对承载结构的尺寸进行选择包括对结构元件之间的适当的模块化距离进行选择。
解决问题的技术方案
在一个总体方面中，具有栅格结构的压力罐包括：罐体50，该罐体50在其中容置有高压流体并且被制造成具有棱柱体形的形状；和分格结构1000，该分格结构1000放置在罐体50中，被制造成呈栅格的形式，从罐体50的一个侧壁到达该罐体50的面对这一个侧壁的另一侧壁，并且被有规律地正交地布置。
该分格结构1000可包括表面栅格结构100，该表面栅格结构100被制造成呈平坦的分格壁120彼此相交以耐受压力载荷的形状，并且该平坦的分格壁120设置有多个孔（未示出）以使流体在分格间自由地移动。
该分格结构1000可包括梁结构200，该梁结构200从罐体50的一个侧壁到达该罐体50的面对这一个侧壁的另一侧壁，并且有规律地正交地布置。
该梁结构200被制造成分支型梁结构220、230、240、250和290，其包括在三维正交坐标系（X、Y、和Z）结构中延伸的梁。
梁结构220的每个梁都具有矩形横截面。
梁结构290的每个梁都具有X型横截面。
梁结构230的每个梁都可具有圆形横截面并且Z轴梁结构233的横截面的直径可大于X轴梁结构231和Y轴梁结构232的横截面的直径。
梁结构240包括组合的梁结构节点或接合点241，该组合的梁结构节点或接合点241被制造成基于原点的中空形状，该组合的梁结构240通过将梁242插入和焊接、旋紧或以其它类型的方式结合到该组合的梁结构节点241而形成，这类预制节点可通过铸造或锻造诸如钢、合金或复合材料之类的材料制成。
梁结构200为偏置梁结构250，该偏置梁结构250被制成为处于内部节点214处的偏置结构。
罐体50包括接触梁结构200的内壁20和设置于与该内壁相距一定距离处的外壁30。
梁结构200被形成为使得从梁结构200接触内壁20的内侧的部分到相交部分214的长度比内部栅格单元长度长。
多个梁-壁支架22被焊接到梁结构200与内壁20的内侧的相交部分中，并且多个梁-梁支架24被焊接到梁的相交部分中。
具有板形形状的多个桁梁（girder）40被布置在内壁20与外壁30之间，该桁梁40接触内壁20的外侧以与梁-壁支架22接触内壁20的部分相对应，并且该桁梁40的其它侧部接触外壁30的内侧。
多个桁梁40被布置在内壁20与外壁30之间，该桁梁40的顶部表面接触内壁20的外侧以与壁加强构件21接触内壁20的部分相对应，并且桁梁40的凸缘41被焊接至这多个外壁30。
梁结构200包括多个H型梁结构260，这多个H型梁结构260从罐体的一个侧壁到达罐体的面对这一个侧壁的另一侧壁，被有规律地正交地布置，并且具有I型或H型截面。
H型梁结构260的端部设置有外壁盖板270以形成压力罐的外壁30并且H型梁结构260的具有接触外壁30的侧部部分的中央部分261竖直地延伸以形成压力罐10的内壁20，该内壁20和外壁30由具有抗压特性且适用于可应用的操作温度的材料制成。
该分格结构100包括梁表面结构300，这些梁表面结构300具有平坦的分格壁320和分格梁330，该平坦的分格壁320从罐体50的一个侧壁到达罐体50的面对这一个侧壁的另一侧壁并且被有规律地正交地布置以彼此相交，分格梁330设置于分格壁320彼此相交的位置处。
分格壁320设置有四边形的分格壁孔324，这些分格壁孔324的拐角是圆形的。
压力罐可还包括：表面加强构件23，该表面加强构件23接触分格壁320的顶部表面或底部表面并且被有规律地正交地布置于分格壁孔324的边界表面处以彼此相交，并且该表面加强构件23被制造成具有带有凸缘的桁梁。
分格梁330被制造成分支型分格梁334、335和336，这些分支型分格梁334、335、和336包括在三维正交坐标系（X、Y、和Z）结构中延伸的梁。
分格梁330被制造成：圆形分格梁334，每一个圆形分格梁334都具有圆形截面；菱形分格梁335，每一个菱形分格梁335都具有菱形截面并且菱形分格梁335的拐角接触分格壁320；或者X型分格梁336，每一个X型分格梁336都具有‘X’型横截面并且X型分格梁336的侧部部分接触分格壁320。
罐体50包括接触分格结构1000的内壁20和设置于与内壁相距预定距离处的外壁。
内壁20的内侧、内壁20的外侧、外壁30的内侧、和外壁30的外侧中的至少一个设置有呈栅格形式的壁加强构件21，该壁加强构件21被制造成具有凸缘的桁梁并且具有结合至内壁20或外壁30的上表面。
多个具有板形形状的桁梁40被布置在内壁20与外壁30之间，该桁梁40接触内壁20的外侧以与分格结构100接触内壁20的部分相对应，并且该桁梁的其它侧部接触外壁30的内侧。
多个具有凸缘40的桁梁被布置在内壁20与外壁30之间，桁梁40的顶部表面接触内壁20的外侧以与分格结构100接触内壁20的部分相对应，并且桁梁40的凸缘41被焊接至这多个外壁30。
压力罐可还包括：气体传感器，该气体传感器感测处于内壁20与外壁30之间的气体。
该压力罐通过预先制造下列结构构建而成，该结构具有内壁20和外壁30中的一个壁表面或者其多个壁表面的组合。
该压力罐在结构方面是加强的并且通过在内壁20与外壁30之间填充混凝土或隔热材料而具有改良的隔热性能。
分格结构1000利用具有重复结构的零件预先被制造成至少两个部件，并且分格结构1000随后于构建位置处被彼此组合。
分格结构1000在壁附近具有比其它单元长的栅格单元。
根据权利要求1所述的压力罐，其中，罐体50被制造成拐角被笔直地斜切的罐体51或拐角被弯曲地斜切的罐体52。
本发明的有利效果
本发明的示例性实施方式可以是一种新型的高压罐，该高压罐具有基本上呈砖状的矩形形状，即，该压力罐能够耐受在于任意方向上延伸压力罐的尺寸时的温度变化和流体的高压。
此外，本发明的示例性实施方式可通过制造具有高容积效率的罐而有效地利用周围空间，即，制造基本上呈砖状的矩形形状的罐。
此外，本发明的示例性实施方式可通过在具有双层壁结构的压力罐的外壁与内壁之间安装气体传感器来防止流体泄漏。
此外，本发明的示例性实施方式可通过在罐中安装栅格形的结构来减少由于流体而引起的晃荡现象。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征和优势将通过结合附图对优选实施方式进行的下列说明而变得明显。
图1是根据相关技术的压力罐的截面图；
图2是根据本发明的示例性实施方式的具有承载的内部栅格结构的罐的示意图。
图3是根据本发明的示例性实施方式的表面栅格单元的透视图。
图4是根据本发明的示例性实施方式的表面栅格压力罐的局部透视图。
图5是根据本发明的示例性实施方式的梁栅格单元的透视图。
图6是根据本发明的示例性实施方式的梁栅格单元的透视图。
图7是根据本发明的示例性实施方式的梁栅格压力罐的局部透视图。
图8是根据本发明的示例性实施方式的利用H型梁的梁栅格压力罐的截面图。
图9是根据本发明的示例性实施方式的利用H型梁的梁栅格压力罐的局部透视图。
图10是根据本发明的示例性实施方式的梁表面栅格单元的透视图。
图11是根据本发明的示例性实施方式的梁表面栅格单元的透视图。
图12是根据本发明的示例性实施方式的梁表面栅格压力罐的透视图。
图13是根据本发明的示例性实施方式的梁表面栅格结构的平面图。
图14是根据本发明的示例性实施方式的具有桁梁的栅格压力罐的壁面的截面图。
图15是根据本发明的第一示例性实施方式的栅格压力罐的壁面的简图。
图16是根据本发明的第二示例性实施方式的栅格压力罐的壁面的简图。
图17是根据本发明的示例性实施方式的具有分格结构的罐的示意图，其中，该分格结构的处于壁附近的栅格单元比其它栅格单元长。
图18是根据本发明的第一性示例实施方式的罐体，该罐体的拐角被斜切成笔直的。
图19是根据本发明的第二性示例实施方式的罐体，该罐体的拐角被斜切成弯曲的。
[主要元件的详细说明]
10：压力罐20：内壁
21：壁加强构件
22：梁-壁支架
23：表面加强构件
24：梁-梁支架
30：外壁
40：桁梁41：凸缘
50：罐体
51：拐角被笔直地斜切的罐体
52：拐角被弯曲地斜切的罐体
1000：具有承载的内部栅格结构的分格结构
100：表面栅格结构
110：表面栅格单元
114：相交部分
120：分格壁
121：第一分格壁122：第二分格壁
123：第三分格壁
200：梁结构210：梁栅格单元
211：X轴梁结构212：Y轴梁结构
213：Z轴梁结构214：相交部分
220：四边形的梁结构
230：圆形的梁结构
231：圆形的X轴梁结构
232：圆形的Y轴梁结构
233：圆形的Z轴梁结构
240：组合的梁结构
241：组合的梁结构节点
242：梁
250：偏置梁结构
260：H型梁结构
261：X轴H型梁结构
262：Y轴H型梁结构
263：Z轴H型梁结构
264：中央部分
270：外壁盖板
280：内壁盖板
290：X型分格梁结构
300：梁表面结构
310：梁表面栅格单元
320：分格壁
321：第一分格壁322：第二分格壁
323：第三分格壁324：分格壁孔
330：分格梁
331：第一分格梁332：第二分格梁
333：第三分格梁
334：圆柱形的分格梁
335：正方形的分格梁
336：X型分格梁
具体实施方式
在下文中，将参照附图更为详细地描述本发明的技术理念。
然而，附图仅仅是示出了用于更为详细地解释本发明的技术理念的示例，并且因此本发明的技术理念并不限于附图。
将参照图2描述根据本发明的示例性实施方式的具有栅格结构的压力罐的构造和形状。
根据本发明的示例性实施方式的压力罐10包括：棱柱体形的罐体50，该罐体50中容置有高压流体；和分格结构1000，该分格结构1000具有承载的内部栅格结构，该分格结构1000布置在棱柱体形的罐体50内、被制造成呈栅格的形式，从罐体50的一个侧壁到达面对这一个侧壁的另一个侧壁，并且被有规律地正交地布置。
将参照图3和4描述根据本发明的示例性实施方式的具有表面栅格结构的压力罐的构造和形状。
具有承载的内部栅格结构的分格结构1000包括表面栅格结构100，该表面栅格结构100被制造成呈平坦的分格壁120彼此相交以耐受压力载荷的形状。
当将其中的相交部分114布置于各个侧边的长度被设定为a1、a2和a3的长方体形的中央部件处的单个单元称为表面栅格单元110时，该表面栅格结构100可被视为反复地形成表面栅格单元100（参见图3）。
因此，表面栅格结构100的整体形状可从对于表面栅格单元110的形状进行的说明获得。
更为详细地，表面栅格结构100包括多个平行于X-Y平面形成的第一分格壁121、多个平行于Y-Z平面形成的第二分格壁122、和多个平行于Z-X平面形成的第三分格壁123。
此外，第一分格壁121的端部接触并固定于罐体50的平行于Y-Z平面形成的壁和压力罐的平行于Z-X平面形成的内壁，第二分格壁122的端部接触并固定于罐体50的平行于X-Y平面形成的壁和罐体50的平行于Z-X平面形成的内壁，并且第三分格壁123的端部接触并固定于罐体50的平行于X-Y平面形成的壁和罐体50的平行于Y-Z平面形成的内壁。
此外，该第一分格壁121、第二分格壁122和第三分格壁123均被有规律地形成于预定距离处，并且表面栅格结构100包括多个相交部分114，这些相交部分114是第一分格壁121、第二分格壁122、和第三分格壁123彼此相接的交点。
此外，设置有多个孔（未示出）的分格壁可被制造成使流体在不同的分格间连通。
将参照图5和6描述根据本发明的示例性实施方式的具有梁结构的压力罐的构造和形状。
在根据本发明的示例性实施方式的具有栅格结构的压力罐10中，分格结构1000包括梁结构200。
梁结构200从罐体50的一个侧壁到达面对这一个侧壁的另一个侧壁延伸，并且被有规律地正交地布置。
更为详细地，梁结构200包括多个在X轴方向上形成的X轴梁结构211、多个在Y轴方向上形成的Y轴梁结构212、和多个在Z轴方向上形成的Z轴梁结构213。
此外，X轴梁结构211的两端固定于压力罐10的平行于Y-Z平面形成的壁，Y轴梁结构212的两端固定于压力罐10的平行于Z-X平面形成的壁，并且Z轴梁结构213的两端固定于压力罐10的平行于X-Y平面形成的壁。
此外，X轴梁结构211、Y轴梁结构212、和Z轴梁结构213均被有规律地形成于预定距离处，并且梁结构200包括多个相交部分214，这些相交部分214是X轴梁结构211、Y轴梁结构212、和Z轴梁结构213彼此相接的交点。
当将其中的相交部分214布置于各个侧边的长度被设定为a1、a2和a3的长方体形的中央部件处的单个单元称为梁栅格单元210时，梁结构200可被视为反复地形成梁栅格单元210（参见图5）。
因此，梁结构200的整个形状可从对于梁栅格单元210的形状进行的说明获得。
图6示出了根据本发明的示例性实施方式的梁栅格单元210、即梁结构200的单元。
梁栅格单元210可被制造成具有矩形截面的四边形的梁结构220，并且被制造成具有其中相交部分214彼此相接的结构（参见图6A）。
梁栅格单元210可被制造成其截面形成为圆形的圆形梁结构230（参见图6B）。
在该构造中，该圆形的梁结构230被构造成包括圆形的X轴梁结构231、圆形的Y轴梁结构232、和圆形的Z轴梁结构233，其中，该Z轴梁结构233的直径可被制造成大于圆形的X轴梁结构231或圆形的Y轴梁结构232的直径以便更为稳固地耐受施加于Z轴的力。
在图6B中，尽管圆形的Z轴梁结构233的直径被制造成大于圆形的X轴梁结构231和圆形的Y轴梁结构232的直径，但是本发明的示例性实施方式并不限于单个轴，而是可通过使得X轴梁结构231、Y轴梁结构232和Z轴梁结构233的尺寸是不同的而制成。
梁栅格单元210包括组合的梁结构节点241，其中，相交部分214被制造成具有中空的形状并且可通过将梁242插入到组合的梁结构节点241中而被制造成组合的梁结构240（参见图6C）。
梁栅格结构210可被制造成偏置梁结构250，该偏置梁结构250具有形成在交替结构中的相交部分214并且被制造成其中每个梁的侧部部分彼此相接的偏置结构（参见图6D）。
梁栅格单元210可被制造成具有X型截面的X型分格梁结构290，并且被制造成、可能地被预制成具有其中相交部分214彼此相接的结构（参见图6E）。
将参照图7描述根据本发明的示例性实施方式的罐体50的构造和形状。
罐体50可具有包括内壁20和外壁30的双重结构。
更为详细地，罐体50包括接触梁结构200的内壁20和设置于与内壁20相距预定距离处的外壁30。
此外，罐体50包括多个梁-壁支架22，该梁-壁支架22设置在接触内壁20的梁结构200之间，接触内壁20的内侧，具有接触梁结构200的两侧，并且形成为使得接触内壁20的相对侧具有预定的曲率。
梁-壁支架22安装成分散施加于罐体50的壁的外力。这里，由于梁结构200的端部可接触内壁20以集中应力，因此安装好的梁-壁支架22用于分散施加至外部的力（参见图7）。
该压力罐还可包括：多个梁-梁支架24，这些梁-梁支架24焊接到梁的相交部分中并具有预定曲率。
因此，梁结构200的端部结合于梁-壁支架22彼此相接的交点处，使得将力从梁结构200传递至梁-壁支架22。
此外，当梁结构200的端部结合至梁-壁支架22的交点时，梁结构支架形成在梁结构200中，使得可将梁结构200的端部与梁-壁支架22彼此容易地结合（参见图7的放大图）。
力被从梁结构200传递至压力罐10的内壁20或外壁30，并且壁加强构件21另外放置在内壁20或外壁30上。同时，当将壁加强构件21放置在内壁20的内侧或外侧上时，壁加强构件21优选地设置在处于梁-壁支架22之间的栅格形式中。
在该情况下，壁加强构件21优选地被制造成具有用于提供足够大的抵抗扭曲（扭转）的强度的凸缘。
此外，梁结构200被形成为使得从梁结构200接触内壁20的内侧的部分到相交部分214的长度是较长的。
图8和9是根据本发明的示例性实施方式的由H型梁结构260构造而成的压力罐10的局部平面图和局部透视图。
根据本发明的示例性实施方式的由H型梁结构260构造而成的压力罐10包括：罐体50，该罐体50中容置有高压流体，并且被制造成具有棱柱体形的形状；和这多个H型梁结构260，这些H型梁结构260被布置在棱柱体形的罐体50中，被制成为呈栅格的形式，从罐体50的一个侧壁到达其面对这一个侧壁的另一侧壁，被有规律地正交地布置，并且具有I型或H型截面。
更为详细地，H型梁结构260包括多个在X轴方向上形成的X轴H型结构261、多个在Y轴方向上形成的Y轴H型结构262、和多个在Z轴方向上形成的Z轴H型结构263。
此外，H型梁结构260被密集地设置。
H型梁结构260被交替地形成而不具有交点，就像上述偏置梁结构250一样。
更为详细地，当X轴H型梁结构261的侧部接触Y轴H型梁结构262时，X轴H型梁结构261的其它侧部连续地接触Y轴H型梁结构262。
尽管上述内容描述了例如X轴H型梁结构261和Y轴H型梁结构262，但Y轴H型梁结构262和Z轴H型梁结构263、及X轴H型梁结构261和Z轴H型梁结构263被密集地设置以具有相同的构造。
此外，H型梁结构260的端部设置有外壁盖板270以形成压力罐的外壁30，并且H型梁结构260的具有接触外壁30的侧部部分的中央部件261竖直地延伸以形成压力罐10的内壁20。
更为详细地，当在外壁盖板270平行于YZ平面形成的基础上，Y轴H型梁结构262的侧部部分接触外壁盖板270的内侧，并且X轴H型梁结构261的端部接触外壁盖板270的内侧时，内壁盖板280通过竖直地延伸该X轴H型梁结构261的中央部分264而形成该内壁。
尽管上述内容描述了如何基于平行于YZ平面形成的外壁30形成内壁盖板280，但是以相同的方式形成平行于X-Y平面和Z-X平面形成的外壁30和内壁20。
在根据本发明的示例性实施方式的具有栅格结构的压力罐10中，分格结构1000包括梁表面结构300。
将参照图10描述根据本发明的示例性实施方式的梁表面结构300。
梁表面结构300被构造成包括平坦的分格壁320和分格梁330，这些分格壁320从压力罐10的一个侧壁到达其面对这一个侧壁的另一侧壁，并且被有规律地正交地布置且彼此相交，这些分格梁330设置于分格壁320彼此相交的位置处。
分格梁330被制造成分支型分格梁334、335和336。
更为详细地，分支型分格梁334、335和336包括在三维正交坐标系（X、Y、和Z）结构中延伸的梁。换言之，分格梁330包括多个在X轴方向上形成的第一分格梁331、多个在Y轴方向上形成的第二分格梁332、和多个在Z轴方向上形成的第三分格梁333。
此外，第一分格梁331的两端被接触并固定至压力罐10的平行于Y-Z平面形成的壁，第二分格梁332的两端接触压力罐10的平行于Z-X平面形成的壁，并且第三分格梁333的两端接触压力罐10的平行于X-Y平面形成的壁。
此外，第一分格梁331、第二分格梁332、和第三分格梁333均被有规律地形成于预定距离处，并且分格梁330包括多个相交部分334，这些相交部分334是第一分格轴331、第二分格轴332、和第三分格轴333彼此相接的交点。
此外，分格壁320包括：多个第一分格表面321，这多个第一分格表面321形成在X-Y平面上并且接触第一分格梁331和第二分格梁332，在该X-Y平面上，第一分格梁331和第二分格梁332彼此相交；多个第二分格表面322，这多个第二分格表面322形成在Y-X平面上并且接触第二分格梁332和第三分格梁333，在该Y-X平面上，第二分格梁332和第三分格梁333彼此相交；和多个第三分格表面323，这多个第三分格表面323形成在Z-X平面上并且接触第一分格梁331和第三分格梁333，在该Z-X平面上，第一分格梁331和第三分格梁333彼此相交。
当将其中的相交部分334设置于各个侧边的长度被设定为a1、a2和a3的长方体形的中央部件处的单个单元称为梁表面栅格单元310时，该梁表面结构300可被视为反复地形成该梁表面栅格单元310。
因此，分格结构300的整体形状可从对于梁表面栅格单元310的形状进行的说明获得。
图11示出了根据本发明的示例性实施方式的梁表面结构300的示例性实施方式，并且示出了单元栅格310、即梁表面结构300的单元。
分格梁330的部段可被制造成形成为圆形形状的圆形分格梁334（参见图11A）。
分格梁330可被制造成其区段为菱形的菱形分格梁335，并且可被制造成使得菱形分格梁335的拐角接触分格壁320（参见图12B）。
分格梁330可被制造成‘X’形分格梁336并且可被制造成使得X型分格梁336的侧部部分接触分格壁320（参见图13C）。
将参照图13和14描述根据本发明的示例性实施方式的分格壁320。
设置有具有圆形拐角的四边形分格壁孔324的分格壁320可被制造成使不同的分格间的流体连通。
此外，梁表面结构300还包括彼此相交的表面加强构件23，以便被有规律地正交地设置于分格壁孔324的边界表面处并且接触分格壁320。
在这种情况下，表面加强构件23被制造成具有用于提供足够大的抵抗扭曲的强度的凸缘。
图14示出了根据本发明的示例性实施方式的压力罐的内壁和外壁的截面图。
罐体50具有由内壁20和外壁30构造而成的双重结构。
更为详细地，罐体50包括接触分格结构1000的内壁20和设置在与内壁20相距预定距离处的外壁30。
此外，内壁20和外壁30可优选地由具有抗压性能并适用于所有可应用温度的材料制成。
此外，多个呈板状的桁梁40布置在内壁20与外壁30之间，并且桁梁40接触内壁20的外侧以与分格结构100接触内壁20的部分相对应，并且该桁梁40的其它侧部接触外壁30的内侧。
在罐体50中，多个桁梁40布置在内壁20与外壁30之间，桁梁40的顶部表面接触内壁20的外侧以与分格结构100接触内壁20的部分相对应，并且桁梁40的凸缘的侧部焊接至外壁30的侧部（参见图15）。
在罐体50中，多个桁梁40布置在内壁20与外壁30之间，桁梁40的顶部表面接触内壁20的外侧以与分格结构100接触内壁20的部分相对应，并且桁梁40的凸缘41焊接至多个外壁30（参见图16）。
焊接方法的示例可包括对焊、角焊等。
即，在具有狭窄的双重壁的罐体50的情况下，由于内壁20与外壁30之间存在狭窄的间隔，因此人不能进入到内壁20与外壁30之间，使得他/她不能执行任何工作。结果，桁梁40的顶部可焊接至内壁20的外侧并且随后，凸缘40于外壁30的外侧处被焊接至外壁30以形成外壁30。焊接方法的示例可包括对焊、角焊等。
在这种情况下，凸缘14由重型材料制成并由此与外壁30紧密地连接。
此外，内壁20或外壁30设置有壁加强构件21，使得壁加强构件21设置于内壁20的内侧或外侧处。
在这种情况下，壁加强构件21优选地被制造成具有用于提供足够大的抵抗扭曲的强度的凸缘（参见图14）。
此外，至少一个可感测气体的气体传感器（未示出）设置在内壁20与外壁30之间，以立刻感测由于在内壁20中出现裂缝而泄漏的流体并对其发出警告。
此外，外壁30的外侧设置有隔热层以防止压力罐10的内部热量被排放到外部。
此外，压力罐通过预先制造下列结构而制成，在该结构中，形成内壁20和外壁30中的一个壁表面或多个壁表面的组合。
此外，压力罐在结构上是被加强的并且已通过在内壁20与外壁30之间填充混凝土或隔热材料而具有改良的隔热性能。
在这种情况下，隔热复合材料可由玻璃纤维增强塑料（FRP）、高分子化合物等制成。
此外，分格结构1000具有重复结构以通过预先制造并构建至少两个部件、并通过将其于构建位置处彼此组合而完成单个完整的分格结构100。
在维持内部正交的承载网络的原理的同时，基本的六边形形状可被改进成更为普通的棱柱体形形状。最典型的情况将是切掉六边形的拐角，其中，倒角平面与内部栅格网架相一致；这种平面最为典型的将是与六边形平面成45度角。对于引入倒角拐角的主要原因是能够满足外部几何约束，例如船体中的船舱的内部形状。另一个原因并且特别适用于非常大型的罐的该原因是通过利用室板的高面内刚度减少了拐角区域中的变形和局部弯曲。在某些情况下，人们可考虑弯曲的倒角区域，尽管这些弯曲的倒角区域将通常具有低的面内刚度（参见图18、19）。
因此，根据本发明的示例性实施方式的压力罐10是一种新型的具有棱柱形形状的高压低温罐。即，栅格梁压力罐10可在于任意维度中延伸压力罐的尺寸时耐受温度变化并且耐受流体的高压。
此外，本发明的示例性实施方式可通过制造具有高容积效率的罐而有效地利用周围空间，即，制造主要呈棱柱体形形状的罐。
此外，本发明的示例性实施方式可通过在具有双壁结构的压力罐的外壁30与内壁20之间安装气体传感器来防止流体被泄漏。该外壁也可被设计成完整的辅助阻隔件以能够在通过内壁泄漏的情况下耐受相当大的压力。
此外，本发明的示例性实施方式可通过在罐体50中安装栅格形的分格结构100来减少由于内部流体的运动所引起的晃荡现象，并且分散施加至罐体50的外壁20和内壁30的力。

Claims (31)

1.一种具有栅格结构的压力罐，包括：
罐体50，所述罐体50在其中容置有高压流体并且被制造成具有棱柱形的形状；和
分格结构1000，所述分格结构1000被放置在所述罐体50中，被制造成呈栅格的形式，从所述罐体50的一个侧壁到达所述罐体50的面对所述一个侧壁的另一侧壁，并且有规律地正交地布置。
2.根据权利要求1所述的压力罐，其中，所述分格结构1000包括表面栅格结构100，所述表面栅格结构100被制造成呈平坦的分格壁120彼此相交以耐受压力载荷的形状，所述平坦的分格壁120设置有多个孔（未示出）以使流体在分格间自由地移动。
3.根据权利要求1所述的压力罐，其中，所述分格结构1000包括梁结构200，所述梁结构200从所述罐体50的一个侧壁到达所述罐体的面对所述一个侧壁的另一侧壁，并且有规律地正交地布置。
4.根据权利要求3所述的压力罐，其中，所述梁结构200被制造成分支型梁结构220、230、240、250和290，
所述梁结构200包括在三维正交坐标系（X、Y、和Z）结构中延伸的梁。
5.根据权利要求4所述的压力罐，其中，所述梁结构220的每个梁都具有矩形横截面。
6.根据权利要求4所述的压力罐，其中，所述梁结构290的每个梁都具有X形横截面。
7.根据权利要求4所述的压力罐，其中，所述梁结构230的每个梁都具有圆形横截面，并且Z轴梁结构233的横截面的直径大于X轴梁结构231和Y轴梁结构232的横截面的直径。
8.根据权利要求4所述的压力罐，其中，所述梁结构240包括组合的梁结构节点241，所述组合的梁结构节点241被制造成呈基于原点的分支型中空形状，所述组合的梁结构240通过将梁242插入并焊接到所述组合的梁结构节点241中而形成。
9.根据权利要求3所述的压力罐，其中，所述梁结构200是偏置梁结构250，所述偏置梁结构250被制成为处于内部节点214处的偏置结构。
10.根据权利要求3所述的压力罐，其中，所述罐体50包括接触所述梁结构200的内壁20和设置于与所述内壁相距预定距离处的外壁30。
11.根据权利要求10所述的压力罐，其中，所述梁结构200被形成为使得从所述梁结构200接触所述内壁20的内侧的部分到相交部分214的长度比内部栅格单元长度长。
12.根据权利要求10所述的压力罐，还包括：多个被焊接到所述梁结构200与所述内壁20的内侧的相交部分中的梁-壁支架22；和多个被焊接到所述梁的相交部分中的梁-梁支架24。
13.根据权利要求12所述的压力罐，其中，多个具有板形形状的桁梁40被放置在所述内壁20与所述外壁30之间，所述桁梁40接触所述内壁20的外侧以与所述梁-壁支架22接触所述内壁20的部分相对应，并且所述桁梁40的其它侧部接触所述外壁30的内侧。
14.根据权利要求10所述的压力罐，其中，多个所述桁梁40被放置在所述内壁20与所述外壁30之间，所述桁梁40的顶部表面接触所述内壁20的外侧以与壁加强构件21接触所述内壁20的部分相对应，并且所述桁梁40的凸缘41被焊接至多个所述外壁30。
15.根据权利要求3所述的压力罐，其中，所述梁结构200包括多个H型梁结构260，所述H型梁结构260从所述罐体的一个侧壁到达所述罐体的面对所述一个侧壁的另一侧壁，有规律地正交地布置，并具有I型或H型截面。
16.根据权利要求15所述的压力罐，其中，所述H型梁结构260的端部设置有外壁盖板270以形成所述压力罐的所述外壁30，并且所述H型梁结构260的具有接触所述外壁30的侧部部分的中央部分261竖直地延伸以形成所述压力罐10的所述内壁20，所述内壁20和所述外壁30由具有抗压性能且适用于可应用的操作温度的材料制成。
17.根据权利要求1所述的压力罐，其中，所述分格结构100包括梁表面结构300，所述梁表面结构300具有平坦的分格壁320和分格梁330，所述平坦的分格壁320从所述罐体50的一个侧壁到达所述罐体50的面对所述一个侧壁的另一侧壁并且有规律地正交地布置以彼此相交，所述分格梁330设置于所述分格壁320彼此相交的位置处。
18.根据权利要求17所述的压力罐，其中，所述分格壁320设置有四边形的分格壁孔324，所述分格壁孔324的拐角是圆形的。
19.根据权利要求18所述的压力罐，还包括：表面加强构件23，所述表面加强构件23接触所述分格壁320的顶部表面或底部表面并且被有规律地正交地布置于所述分格壁孔324的边界表面处以彼此相交，并且所述表面加强构件23被制造成具有带有凸缘的桁梁。
20.根据权利要求17所述的压力罐，其中，所述分格梁330被制造成分支型分格梁334、335、和336，所述分支型分格梁334、335、和336包括在三维正交坐标系（X、Y、和Z）结构中延伸的梁。
21.根据权利要求20所述的压力罐，其中，所述分格梁330被制造成
圆形分格梁334，每一个圆形分格梁334都具有圆形截面；
菱形分格梁335，每一个菱形分格梁335都具有菱形截面并且所述菱形分格梁335的拐角接触所述分格壁320；或者
X型分格梁336，每一个X型分格梁336都具有‘X’型横截面6并且所述X型分格梁336的侧部部分接触所述分格壁320。
22.根据权利要求1所述的压力罐，其中，所述罐体50包括接触所述分格结构1000的内壁20和设置于与所述内壁20相距预定距离处的外壁30。
23.根据权利要求22所述的压力罐，其中，所述内壁20的内侧、所述内壁20的外侧、所述外壁30的内侧、和所述外壁30的外侧中的至少一个设置有呈栅格形式的壁加强构件21，所述壁加强构件21被制造成带有凸缘的桁梁并且所述壁加强构件21具有结合至所述内壁20或所述外壁30的上表面。
24.根据权利要求22所述的压力罐，其中，多个具有板形形状的桁梁40被放置在所述内壁20与所述外壁30之间，所述桁梁40接触所述内壁20的外侧以与所述分格结构100接触所述内壁20的部分相对应，并且所述桁梁40的其它侧部接触所述外壁30的内侧。
25.根据权利要求22所述的压力罐，其中，多个具有凸缘的桁梁40被放置在所述内壁20与所述外壁30之间，所述桁梁40的顶部表面接触所述内壁20的外侧以与所述分格结构100接触所述内壁20的部分相对应，并且所述桁梁40的凸缘41被焊接至多个所述外壁30。
26.根据权利要求22所述的压力罐，还包括：气体传感器，所述气体传感器感测处于所述内壁20与所述外壁30之间的气体。
27.根据权利要求22所述的压力罐，其中，所述压力罐通过预先制造下列结构而被制成，所述结构具有所述内壁20和所述外壁30中的一个壁表面或所述内壁20和所述外壁30的多个壁表面的组合。
28.根据权利要求22所述的压力罐，其中，所述压力罐在结构方面是被加强的并且通过在所述内壁20与所述外壁30之间填充混凝土或隔热材料而具有改良的隔热性能。
29.根据权利要求1所述的压力罐，其中，所述分格结构1000利用具有重复结构的零件被预先制造成至少两个部件，并且所述分格结构1000随后于构建位置处被彼此组合在一起。
30.根据权利要求1所述的压力罐，其中，所述分格结构1000在壁附近具有比其它单元长的栅格单元。
31.根据权利要求1所述的压力罐，其中，所述罐体50被制造成拐角被笔直地斜切的罐体51或拐角被弯曲地斜切的罐体52。
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