CN104071492A

CN104071492A - 流体存储罐

Info

Publication number: CN104071492A
Application number: CN201410223520.9A
Authority: CN
Inventors: A·T·莫拉尔斯; M·蔡; A·M·戴利; M·H·阿布德埃尔哈米德
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: DE102014104180A1; DE102014104180B4; US20150053675A1; CN104071492B; US9249933B2

Abstract

本发明涉及流体存储罐。流体存储罐包括按阵列设置的多个罐子单元。所述多个罐子单元中的每个罐子单元具有限定在至少一个壁中的孔，所述孔与限定在所述多个罐子单元中的至少一个相邻罐子单元中的其他孔相重叠。所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个出口端口流体连通，用于从罐选择性地提取所存储的流体。所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个流体填充端口流体连通。罐子单元的阵列拼接成三维容积。壳体与多个罐子单元接触地设置以包封阵列。单个出口端口和单个流体填充端口经过壳体。

Description

流体存储罐

相关申请的交叉引用

本申请是2013年8月23日提交的名称为“FLUID STORAGE TANK”的共同待决的美国专利申请序列号13/974,743的部分继续申请，该申请本身要求享有2013年3月28日提交的美国临时申请序列号61/806,062的优先权，其每个通过引用全文并入本文。

背景技术

使用存储罐容器将流体存放一段时间。流体可包括气体、液体及其混合物。一些流体存储罐为压力容器。例如气体存储容器和液压蓄能器的压力容器可以用于在压力下存放流体。会希望的是具有相对薄壁且重量轻的压力容器。例如，在车用燃料箱中，相对薄的壁允许更有效的利用可用空间，相对轻的重量允许车辆的运动具有更高能量效率。

发明内容

流体存储罐包括多个成阵列放置的多个罐子单元。多个罐子单元中的每个罐子单元具有限定在至少一个壁上的孔，该孔和限定在多个罐子单元中至少一个邻近的罐子单元上的另一个孔重叠。多个罐子单元的每个罐子单元和单个出口端口流体连通，以从罐内选择性地提取所存储的流体。多个罐子单元的每个罐子单元和单个流体填充端口流体连通。罐子单元的的阵列拼接成三维容积。壳体和多个罐子单元接触放置以包围该阵列。单个出口端口和单个流体填充端口经过该壳体。

本发明还提供下列方案：

1.一种流体存储罐，其包括：

按阵列设置的多个罐子单元，其中：

所述多个罐子单元中的每个罐子单元具有限定在至少一个壁中的孔，所述孔与限定在所述多个罐子单元中的至少一个相邻罐子单元中的其他孔相重叠；

所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个出口端口流体连通，用于从所述罐选择性地提取流体；

所述多个罐子单元中的每个罐子单元与单个流体填充端口流体连通；以及

罐子单元的阵列拼接成三维容积；并且

壳体与多个罐子单元接触地设置以包封所述阵列，其中所述单个出口端口和所述单个流体填充端口经过所述壳体。

2.如方案1所述的流体存储罐，还包括布置在按阵列设置的所述多个罐子单元中的每个罐子单元中的天然气吸附剂。

3.如方案2所述的流体存储罐，其中，所述天然气吸附剂选自碳、多孔聚合物网状结构、金属有机骨架、或沸石。

4.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述单个出口端口是所述单个流体填充端口。

5.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的至少两个罐子单元与歧管流体连通，以并行地添加流体到所述至少两个罐子单元以及从所述至少两个罐子单元提取流体。

6.如方案1所述的流体存储罐，其中，每个罐子单元具有范围在从大约0.2升至大约3.0升的内部容积。

7.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元具有基本相同的形状和外部尺寸。

8.如方案7所述的流体存储罐，其中，至少一个罐子单元的表面的壁厚大于所述至少一个罐子单元的其他表面的壁厚。

9.如方案7所述的流体存储罐，其中，至少一个罐子单元的表面由一材料制成，所述材料的屈服强度大于制成所述至少一个罐子单元的其他表面的其他材料的屈服强度。

10.如方案7所述的流体存储罐，其中，具有均匀壁厚的罐子单元的壁厚大于其他罐子单元的其他壁厚。

11.如方案7所述的流体存储罐，还包括：

由第一材料制成的第一罐子单元；以及

由第二材料制成的第二罐子单元，其中所述第一材料的屈服强度大于所述第二材料的屈服强度。

12.如方案1所述的流体存储罐，其中，阵列中的相邻罐子单元的相邻表面相互附接并左右对称地对齐，并且其中通过所述相邻表面的质心的线与相邻罐子单元的每个相邻表面正交。

13.如方案12所述的流体存储罐，其中，所述相邻罐子单元被结合到一起。

14.如方案13所述的流体存储罐，其中，所述相邻罐子单元被粘结性地结合在一起。

15.如方案13所述的流体存储罐，其中，所述相邻罐子单元焊接在一起。

16.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元是基本平行多面体。

17.如方案16所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元是截角八面体。

18.如方案17所述的流体存储罐，其中，所述孔被限定在所述截角八面体的正方形表面中。

19.如方案17所述的流体存储罐，其中，所述孔被限定在所述截角八面体的六边形表面中。

20.如方案16所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元是六棱柱。

21.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述阵列限定主要流体密封容器，所述壳体限定辅助盛放容器。

22.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述壳体由6个平侧面组成，所述6个平侧面限定矩形长方体。

23.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述壳体由平侧面组成，其中，至少一个平侧面横跨至少两个罐子单元。

24.如方案1所述的流体存储罐，其中，所述壳体限定流体密封容器。

25.如方案1所述的流体存储罐，其中，部分罐子单元位于罐子单元的阵列的外表面处，其与罐子单元的阵列流体连通，从而与没有部分罐子单元的流体存储罐的顺应度相比，增加了流体存储罐的顺应度。

附图说明

本公开的实例的特征和优点通过参考下述详细说明和附图变得明显，在附图中相同的附图标记对应于相似的、但可能不相同的部件。为简洁起见，附图标记或具有先前描述功能的特征可能会也可能不会结合它们所出现的其他附图被说明。

图1是具有半球形端部的圆柱形罐以及包围长方体的透视图，尺寸被示出以用于顺应度/一致性(conformability)因子的示例性计算；

图2是单个罐子单元的两个半部在这些半部被结合以形成根据本公开的实例的单个罐子单元之前的透视图；

图3是由图2中所描绘的两个半部形成的单个罐子单元的透视图；

图4是根据本公开的另一实例的截角八面体罐子单元的阵列的透视图；

图5是根据本公开的实例的在正方形表面中具有孔的截角八面体罐子单元阵列的透视图；

图6是根据本公开的又一实例的六棱柱罐子单元的阵列的透视图；

图7是描绘了根据本公开的又一实例的被拼接(tessellate)成不规则形状体积的六棱柱罐子单元的阵列的示意图；

图8A是根据本公开的实例的具有包封截角八面体罐子单元的阵列的外部壳体的流体存储罐的示例的顶视图；

图8B是图8A所示的示例的前视图；

图8C是图8A所示的示例的右侧视图；

图8D是图8A所示的示例的透视图；

图9A是根据本公开的又一实例的截角八面体罐子单元的阵列的示例的顶视图；

图9B是图9A所示的示例的前视图；

图9C是图9A所示的示例的透视图；

图10是根据本公开的具有包封图9A-9C所示的阵列的壳体的流体存储罐的示例的顶视图；

图10B是图10A所示的示例的前视图；以及

图10C是图10A所示的示例的透视图。

具体实施方式

一些交通工具(或车辆)携带流体存储罐。流体存储罐可存储用于由交通工具自身消耗的流体。例如，液体或气体燃料可被交通工具消耗。一些交通工具将车载罐内的流体从一处运输到他处。例如，罐车可以将气体运输到零售站点。如本文所用的，交通工具是用于在陆上、在空中、在水中、或通过太空来运输人员或材料的可移动装置。交通工具的例子包括汽车、卡车、摩托车、轻型车、货车、火车、飞机、火箭、舰艇、船只、潜艇和飞船。当交通工具加速或减速时，能量通常被消耗。与较重的罐相比，轻质流体罐可以使所述交通工具使用较少的能量来移动该罐。

根据本公开的流体存储罐的例子可以存储液体、气体、或其混合物。如果流体存储罐与外界通风，液体可以以液体上不存在压力的方式被存储。在本公开的一实例中，液体可以使得蒸气压力施加在该液体上。在另一实例中，存储罐中的液体可被加压至高于蒸汽压力的压力。此外，可在本公开的流体存储罐中形成真空。在本公开的一些实例中，液体存储罐可以存储气体。此气体可以在任何压力下被存储。例如，该气体可在低于、等于、或大于液体存储罐周围的压力的压力下被储存。在一些实例中，该流体存储罐可使得大气压力施加于该罐的外部。在一些流体存储罐中，施加于罐上的外部压力可能相对较高(例如，当罐被深深地浸入水中时)。其他流体存储罐可被暴露于外部真空(例如，在高海拔处)。

天然气车辆配备有车载存储罐。一些天然气存储罐被指定为低压系统，并且与额定在约3600psi(磅每平方英寸)(约250巴)的天然气存储罐相比，这些系统额定在显著较低的压力。在本公开的一实例中，所述低压系统可被额定在大约750psi(52巴)和更低的压力。在加注燃料期间，低压系统存储罐的容器被设计成进行填充直到罐达到在额定范围内的压力。低压系统可以使用被吸附的天然气，其中天然气吸附剂被装入低压系统存储罐的容器中。吸附剂提高存储容量，以使罐在被填充至较低压力时能够存储和运输用于所需车辆运行的足够量的天然气。作为一个例子，在大约725psi(50巴)，车辆包括填充有适当量的碳吸附剂的0.1m³(100升)天然气罐，所述碳吸附剂具有大约1000m²/g的BET(布鲁诺尔-埃米特-特勒(Brunauer-Emmett-Teller))表面积、0.5g/cm³的体积密度、以及0.13g/g的总吸附值，所述车辆预计具有2.85GGE(汽油加仑当量)(即，假设30mpg(英里每加仑)的话，大约85英里)。

可以认为，在本文公开的实例中一定量的吸附剂的吸附效果足够高以补偿由于吸附剂的骨架占用容器中的空间所导致的存储容量的任何损失。还可以认为，吸附剂的表面积使得吸附剂将提高在较低压力下的压缩天然气的容器存储容量(例如，与不包含吸附剂的同一类型的容器相比)，同时也保持或提高在较高压力下的容器存储容量。期望的是，在725psi下存储与在3600psi下在压缩天然气罐中所能存储的相同量的天然气。本文公开的实例致力于实现这一目标。

具有包含在罐中的吸附剂的本公开的实例相对于存储相同量天然气的没有吸附剂的罐来说可以在较低压力下存储目标量的天然气。存储在较低压力下的天然气可以被存储在相较于之前用于在较高压力下存储目标量的天然气的罐来说更轻质的罐中。在较低压力下，罐结构上的压力引发的应力较低。高压罐往往被制成经典的形状(例如，圆柱形和球形)，该形状最小化容器壁上的应力。在本公开的实例中，罐的形状可以被优化以装配在可用车辆包装空间内，而不必具有壁厚来管理压力引发的应力。

根据本公开的实例的罐可以是顺应度的罐。如本文所用的，“顺应度”是指罐有效地使用由表面限定的可用空间。可用空间可能是不规则空间，具有从主空间延伸的袋状部分。例如，限定可用于罐的空间的车辆的主体面板内表面或地板表面可以出于美观、结构强度或其他原因被弯曲。支柱、凸台、凸脊和其他结构形状也可以形成在所述主体面板中。在某些情况下，经典的圆柱形加压气罐可能不能有效地使用这些形状附近的空间。本公开的示例性顺应罐能以最小的未使用空间来装配在限定可用空间的主体面板或地板的形状内。因此，本公开的顺应罐的实例比经典的圆柱形加压气罐更有效地利用空间。在本公开中单个圆柱形罐被认为不是顺应度的罐，即使可用空间是圆柱形的(例如，在火箭中)。如本文所用的，“顺应度”不是指所述罐是有弹性的，像橡胶气球在盒子内膨胀那样弹性地采取该可用形状。

罐的顺应度可以通过确定顺应度因子进行比较。如本文所用的，顺应度因子是指外罐容积与包围长方体容积的比率。例如，图1中示出的圆柱形罐的顺应度可以被计算如下：

V_{\tan k} = \frac{3}{4} {πr}^{3} + {πr}^{2} h

V_cuboid＝(2r)²*(2r+h)

在示例中，设h＝37.25英寸；且r＝8.1英寸，顺应度＝67％(Coformability＝67％)。

如果图1中描绘的罐有0.5英寸(1.27厘米)厚的钢壁且尺寸r和h是上面给出的，则该罐将具有约257磅(117千克)的重量和大约93升的内部容积。在诸如球体(顺应度因子＝52％)或直立圆柱体(顺应度因子＝78％)的某些罐形状中，顺应度因子是独立于罐的实际尺寸的。当h远大于2r时，具有半球形端部的圆柱形罐的顺应度因子趋向于独立于尺寸。

在本发明的一些示例中，流体存储罐可包括壳体，其和多个罐子单元接触放置，以包封罐子单元的阵列(例如，参见图8A-8D以及图10A-10C)。在计算流体存储罐的这种示例的顺应度因子时，流体存储罐的容积不是壳体所包封的容积，除非壳体所包封的容积和多个罐子单元和部分罐子单元所包封的容积流体连通(参见图8A-8C中具有部分罐子单元的示例)。

可用于天然气罐的空间例如可能位于车辆的货物储存区或行李箱中。这样，被天然气罐占用的空间不可用于车辆内的货物。因此，可能期望通过天然气罐来有效地利用空间。

用于测量车辆内的可用货物空间的一个标准可在2005年9月修订的SAEJ1100，Section7，Cargo Dimensions and Cargo Volume Indices中被找到。SAE J1100要求通过将多个行李标准件装入行李空间中来确定行李容量。因此，一些“不可用的”空间将会留在行李标准件与限定行李空间的内部主体面板的弯曲表面之间。如果行李标准件中的一件不能放进另一空间中，则该空间可被确定不可用于行李。本公开的实例可以有效利用用于罐的可用空间，以最小化罐对行李容量的影响。本公开的其它实例可以有效利用用于罐的可用空间，以使空间可用于其它目的。

图2描绘了根据本公开的罐子单元20的两个半部10。在图2的下半部10中示出了天然气吸附剂14，然而可以被理解的是，本公开的实例可省除天然气吸附剂14。在本公开的实例中，天然气吸附剂14可被设置在罐子单元中的任何位置。每个半部10可以使用任何合适的成型方法制成。合适的成型方法的实例可包括超塑成型、快速塑性成型、冷成型、吹塑成型、液压成型、冲压成型和高速成型。高速成型的一些实例包括电动液压成型、吹塑成型、爆炸成型。罐子单元20可由金属、聚合物、纤维增强复合物或其组合形成(即，模制)。图3描绘了被结合以形成罐子单元20的图2的两个半部10。

在一实例中，每个罐子单元20具有范围在从约0.2升到约3.0升的内部容积。根据本公开的实例，可使用更小和更大的罐子单元20。虽然壁厚15(见图2)通常不小于1毫米，但是与由使用和较小的罐子单元相同材料的较大罐子单元制成的具有相同容量的罐相比，由多个较小的罐子单元20制成的罐将趋向于具有较大的重量。为了制造效率，罐中的罐子单元20可以具有大致相同的形状和外部尺寸。在另一实例中，具有多种尺寸、形状和重量的罐子单元20可被组合以形成罐。

参照图4，本公开的实例中的流体存储罐可包括多个罐子单元20’，其设置成有效地利用可用空间。在一实例中，多个罐子单元20'可按阵列40设置。在实例中，天然气吸附剂14可被设置在阵列40中的多个罐子单元20'中的每个罐子单元20’中。每个罐子单元20'与单个出口端口38(直接地，或通过一个或更多相邻的罐子单元间接地)流体连通。每个罐子单元20'也与单个流体填充端口39(直接地，或通过一个或更多相邻的罐子单元间接地)流体连通。在一实例中，单个出口端口38就是单个流体入口端口39。换句话说，单个出口端口38和单个流体入口端口39的功能可能被结合在单个入口端口/出口端口中。应当理解的是，关于图4和图5中的罐子单元20'所描述的流体连通也适用于本公开的实例中的任何罐子单元，例如包括罐子单元20和20”。

本公开的实例可被连接到专用的天然气加注燃料发动机，或者连接到可选择性地能够使用液体燃料和天然气燃料的双燃料发动机(未示出)。发动机能被用于例如驱动具有传统动力系、混合动力电动动力系的车辆或蓄电池电动车辆，其中发动机用于延展蓄电池的里程。

在实例中，每个罐子单元20’、20”可以是基本平行多面体(primaryparallelohedron)。由此，罐子单元20'、20”可以拼接成三维空间。均匀的拼接也公知为凸形均匀蜂窝，所述均匀的拼接使用无重叠的凸形均匀多面体罐子单元来填充三维欧几里德空间。使得所有的子单元对称性相同的蜂窝是等容的(isochoric)。等容蜂窝的子单元是空间填充多面体。空间填充多面体的实例包括：立方体、六棱柱、和三棱柱的常规填装；均匀回转的三棱柱状蜂窝；截角八面体的均匀填装；菱形十二面体蜂窝；三角截角四面体蜂窝；偏方菱形十二面体蜂窝；细长型十二面体蜂窝；和任何长方体、菱形六面体或平行六面体的填装。

如图4中所示，在作为基本平行多面体的相邻罐子单元20'之间不存在未用空间。间隔尺寸(granularity)的水平并且因此在罐的外侧边缘上的空间利用率可取决于单独罐子单元20、20'、20”的尺寸。然而，可以理解的是，根据本公开的实例，部分的罐子单元能被用于填充到所述边缘中。在图4中描绘的实例中，每个基本平行多面体形状的罐子单元20'是截角八面体。每个罐子单元20、20'、20”可通过在罐子单元20、20'、20”的相邻壁中的对齐洞/孔34(如图5所示)与相邻的罐子单元20、20'、20”流体连通。在流体是液体的实例中，对齐的洞可以设置成允许每个罐子单元在重力影响下被完全排空。应当理解的是，洞可以在具有相邻罐子单元的罐子单元的任何侧面中。

图5描绘了在一些正方形表面32中具有孔34的截角八面体罐子单元20’的阵列40。表面的壁厚15在图5中被描绘出。在附图标记36，孔34被限定在壁中，其与所述多个罐子单元的相邻罐子单元中的另一孔34重叠。每个罐子单元20、20'、20”有至少一个这种孔34，以提供与相邻罐子单元20、20'、20”的流体连通。本公开的一些罐子单元20、20'、20”可具有用于与多于一个的相邻罐子单元20、20'、20”直接流体连通的孔34。阵列40中的全部罐子单元20、20'、20”最终与阵列40中的全部其他罐子单元20、20'、20”流体连通。应当理解的是，要由阵列40盛装的流体被完全盛装在阵列40当中。换句话说，阵列的外面无需额外的外壳来形成密封贮器。应当理解的是，可包括外壳来密封该贮器。此外，所述外壳出于其他原因而可能被使用，包括机械支撑、防腐蚀、或视觉美感。

在图6描绘的实例中，在阵列40’中的每个基本平行多面体状罐子单元是六棱柱20”。

图7描绘了六棱柱状罐子单元20”如何能拼接成空间52。由此，空间52被填充而不存在未使用空间。如图7所示，六棱柱状罐子单元的部分可被用来沿其中整个六棱柱状罐子单元20”不被装入的空间52的边缘来大致地填充空间。图7中描绘的空间52是为了表达该空间可采用任何形状。

图8A-8D示出根据本公开的示例的流体存储罐50的示例，其具有包封截角八面体罐子单元20'的阵列40的外部壳体60。图8A示出顶视图。图8B示出前视图。图8C示出右侧视图。图8D示出透视图。图8A-8C用虚线示出罐子单元20’。阵列40拼接为由壳体60限定的三维容积。壳体60由六个平侧面54组成，其限定了矩形长方体62。在其他未示出的示例中，壳体可限定任意三维形状，包括，例如圆柱体。这样，这里所公开的壳体可具有平侧面或者弯曲壁。在图8A-8D所示的示例中，孔34限定在截角八面体罐子单元20'的六边形侧面52的每个上。部分截角八面体罐子单元21填充在八面体罐子单元20'和壳体60之间留下的空间。单个出口端口38是单个流体入口端口39。换句话说，单个出口端口38和单个流体入口端口39的功能在图8A-8D所示的示例中结合成单个入口端口/出口端口。单个出口端口38/单个流体入口端口39经过壳体60，然而在图8D中不可见，由于绘图习惯，在透视图中右侧是不可见的。

图9A-9C示出根据本发明的示例的截角八面体罐子单元20'的阵列40。图9A示出顶视图。图9B示出前视图。图9C示出透视图。阵列40拼接为由阵列40限定的三维容积。每个罐子单元20'和相邻的罐子单元20'通过罐子单元20’相邻壁上对准的口/孔34流体连通。罐子单元20'的一些相邻壁是方形表面32，罐子单元20'的一些相邻壁是六边形表面52。除了具有罐子单元20’的相邻面地方外，任何罐子单元20’中没有孔34。阵列40中相邻罐子单元20'的相邻面相互固定并且两面对称地对齐，穿过相邻面质心的线和相邻罐子单元20'的相邻面的每个正交。这样，在图9A-9C所示的示例中，阵列40是流体密封容器。

图10A-10C示出根据本发明的示例，其和图9A-9C示出的示例类似，具有包封根据本发明的示例的截角八面体罐子单元20'的阵列40的壳体60。图10A示出顶视图。图10B示出前视图。图10C示出透视图。阵列40拼接为由壳体60限定的三维容积。壳体由平侧面54组成。每个平侧面横跨至少两个罐子单元20’。如上面图9A-9C中的示例的相关描述，阵列40是流体密封容器。在图10A-10C示出的例子中，阵列40是主要流体密封容器，壳体60限定辅助盛放容器。在其他示例中，壳体60可以不密封，壳体60可用于机械支撑、防腐、外观美化、材料处理作用或其他适合的功能。

如本文所述，辅助盛放容器提供流体存储罐50中存储的流体的多余盛放。可监控主要和辅助盛放容器之间的空间，以检测流体的存在。

另外，罐中的罐子单元20、20'、20”均可具有基本相同的形状和外部尺寸。如本文所述，基本相同的形状和外部尺寸意思是，形状和外部尺寸可在制造公差内变化。在另一实例中，多种尺寸、形状和重量的罐子单元20、20'、20”可被组合以形成罐。在本公开的实例中，单独罐子单元20、20'、20”可具有均匀的壁厚，或单独罐子单元20、20'、20”的部分可具有较其他部分更厚的壁。在实例中，不同的罐子单元20、20'、20”可具有彼此不同的壁厚。例如，位于加压罐的内部部分的罐子单元20、20'、20”可被相邻罐子单元支撑，并经历较少来自被盛装流体的压力的引发应力的力。当内壁由相邻罐子单元支撑时，罐子单元20、20'、20”可具有较薄壁。在一些示例中，一对相邻罐子单元20、20'、20”的相邻壁中的一个可以省去以减少重量。当壁不具有充当支撑件的相邻罐子单元时，位于同一罐外部的罐子单元20、20'、20”可具有较厚的壁以减少由加压流体产生的应力，以减少壁上的净力。

虽然某些形状已结合附图在前文被描述，但是本公开的罐子单元20、20'、20”可具有拼接成体积的其他三维形状。例如，本公开的罐中的罐子单元可包括不规则十二面体与具有四面体对称性的五边形表面的混合体。类似地，罐子单元可以是十四面体，其具有两个六边形和具有反棱柱对称的十二个五边形面(Weaire-Phelan结构)。罐子单元可以是包括五角十二面体和六角截角偏方三八面体的其他空间填充几何形状。

本公开的实例中，较小罐子单元20、20'、20”可能被设置在外层，以使罐更耐受罐子单元20、20'、20”与罐外的大气之间的压力差。较小罐子单元可具有更加坚固的壁以提供强度以对抗由压力引发的应力。

在本公开的另一实例中，阵列40、40’中相邻罐子单元20'、20”的相邻表面相互附接并左右对称地对齐，并且穿过相邻表面的质心的线与相邻罐子单元20'、20”的每个相邻表面是正交的。

应当理解的是，相邻罐子单元20、20'、20”可通过任何合适的方法来彼此附接。在示例中，子单元结合到一起。罐子单元20、20'、20”可通过焊接、铆接或粘结而结合。在示例中，焊接可为搅拌摩擦焊接、电阻焊接、金属惰性气体(MIG)焊接、钨惰性气体(TIG)焊接或其他任何焊接技术。粘结可使用丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯橡胶和/或其他粘合剂。应当理解的是，可使用任何合适的粘接剂，以例如提供用于形成子单元20、20’、20”的材料的充分结合。

罐子单元20、20'、20”可由金属、聚合物、纤维增强复合物、和/或其组合来形成。在每个实例中，罐子单元20、20'、20”可由适于额定工作压力的任何材料制成。在本发明公开的诸如与外界通气的液体存储罐的一些实例中，工作压力可能相对低。在诸如气体存储罐的其他实例中，工作压力可能是3600psi或更高。

合适的罐子单元材料的一些实例可能包括铝合金、高强度低合金钢(HSLA)、钛和不锈钢。高强度铝合金的实例包括7000系列铝合金，其具有相对高的屈服强度。一个特定的例子包括铝7075-T6，其具有约73000psi(503Mpa(兆帕))的拉伸屈服强度。其他铝合金包括6000系列铝合金，一个特定的例子是铝6061-T6，其具有约40000psi(276Mpa)的拉伸屈服强度。实现重量减轻的铝合金的选择将取决于最终贮器设计，并因此取决于工作压力。高强度低合金钢的实例通常具有从约0.05％至约0.25％的范围的碳含量，且化学成分的其余部分改变以便获得所需的机械性能。

本文公开的罐的耐压性至少部分地源自于材料的屈服强度和罐子单元壁的厚度之间的平衡。由高强度材料制成的罐可使用相对于较低强度材料来说更薄的原料(片材)制成。由此，高强度罐可相对于由较低屈服强度合金制成的罐来说更轻。本公开的实例中，罐子单元20、20'、20”可使得由不同屈服强度合金制成的壁处于同一罐子单元20、20'、20”中。在其他实例中，由第一材料制成的罐子单元20、20'、20”可与由第二材料制成的另一罐子单元20、20'、20”处于同一阵列40，40’中。例如，第一材料可以是6000系列铝材，且第二材料可以是7000系列铝材。

虽然未示出，但应当理解的是，一个罐可与其他罐一起构造成使多个罐通过歧管或其他合适的机构流体连通。进一步地，多个罐子单元20、20'、20”中的至少两个罐子单元20、20'、20”可以与歧管流体连通，以并行地添加流体到至少两个罐子单元中以及从至少两个罐子单元提取流体。

在包括天然气吸附剂14的实例中，天然气吸附剂14可被设置在每个罐子单元20、20'、20”中。合适的吸附剂14至少能够可释放地保持甲烷化合物(即，可逆地存储或吸附甲烷分子)。在某些实例中，选定的吸附剂14也可以可逆地存储在天然气中存在的其他组分，如其他烃类(例如，乙烷，丙烷，己烷等)、氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、和/或硫化氢。在另一些实例中，选定的吸附剂14可能对于一些天然气组分来说是惰性的，并且能可释放地保持其他天然气组分。

通常，吸附剂14具有高表面积并且是多孔的。孔的尺寸通常大于至少甲烷化合物的有效分子直径。在一实例中，孔尺寸的分布使得存在具有将被吸收的最小化合物的有效分子直径的孔以及具有将被吸收的最大化合物的有效分子直径的孔。在另一实例中，吸附剂14具有的BET表面积大于大约50平方米每克(m²/g)并高达大约5000m²/g，且包括孔尺寸大于约2埃并高达约50纳米的多个孔。

合适吸附剂14的实例包括碳(例如，活性炭、超活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维、碳分子筛、沸石模板碳等)、沸石、金属有机骨架(MOF)材料、多孔聚合物网状结构、及其组合。合适沸石的实例包括沸石X、沸石Y、沸石LSX、MCM-41沸石、硅铝磷酸盐(SAPO)、及其组合。合适金属-有机骨架的实例包括MOF-5、ZIF-8、MOF-177、和/或类似物，其通过将无机簇与有机连接子(例如，羧酸根连接子)连接而构成。

吸附剂14在容器中占据的体积将取决于吸附剂14的密度。在实例中，期望吸附剂14的密度在从约0.1g/cc(克每立方厘米)到约0.9g/cc的范围。妥善包装的吸附剂14可能具有约0.5g/cc的密度。在一实例中，容器可以包括100磅(45359克)碳吸附剂14。在碳对天然气具有0.13g/g的总吸附率的情况下，将预期罐内具有约13磅(5896g)的吸附的天然气。在这个实例中，吸附的天然气的10％共计在1个大气压(14.7psi)下留在罐中的约1.3磅(590g)的缓冲天然气。这个量的气体的释放会显著提高车辆里程。

所选择的吸附剂14(即，类型、密度等)可能也取决于操作条件(例如，温度、压力等)。

虽然本文公开的罐的一些实例已经被描述用于车辆，应当理解的是，本公开的实例可能被用于利用或运输存储流体的其它非机动车应用。

应当理解的是，本文提供的范围包括所述范围以及所述范围中的任何值或子范围。例如，从约0.1g/cc到约0.9g/cc的范围应被解释为不仅包括明确记载的约0.1g/cc到约0.9g/cc的极值，还包括：单个值，如0.25g/cc、0.49g/cc、0.8g/cc等；以及子范围，如从约0.3g/cc到约0.7g/cc、和从约0.4g/cc到约0.6g/cc等。此外，当“约”用于描述一个值时，其意味着包括相对于所述值的微小变化(高达+/-10％)。

在本文公开的描述且要求保护的实例中，单数形式“一”、“一种”、和“该”也包括复数对象，除非上下文另有明确规定。

应当理解是，术语“连接/连接至/连接到”等在本文中被广泛地限定，以包括多种不同的连接布置和组装技术。这些布置和技术包括但不限于：(1)一个部件与另一部件之间的直接连通，其间不存在中间部件；和(2)一个部件与另一部件的连通，其间具有一个或多个部件，这假定一个部件“连接到”另一部件在某种程度上是与另一部件操作性连通(尽管在其间存在一个或多个附加部件)。

此外，在整个说明书中提及“一个实例”，“另一实例”，“例子”等等是指结合实例描述的特定要素(例如，特征、结构和/或特性)被包括在本文所述的至少一实例中，且有可能存在或可能不存在于其他实例中。此外，应当理解的是，对于任何实例所描述的要素可以任何合适的方式结合在不同的实例中，除非上下文另有明确规定。

虽然多个实例已经被详细描述，但对于本领域技术人员显而易见的是，所公开的实例可以被修改。因此，前面的描述应被认为是非限制性的。

Claims

1.一种流体存储罐，其包括：

按阵列设置的多个罐子单元，其中：

罐子单元的阵列拼接成三维容积；并且

2.如权利要求1所述的流体存储罐，还包括布置在按阵列设置的所述多个罐子单元中的每个罐子单元中的天然气吸附剂。

3.如权利要求2所述的流体存储罐，其中，所述天然气吸附剂选自碳、多孔聚合物网状结构、金属有机骨架、或沸石。

4.如权利要求1所述的流体存储罐，其中，所述单个出口端口是所述单个流体填充端口。

5.如权利要求1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的至少两个罐子单元与歧管流体连通，以并行地添加流体到所述至少两个罐子单元以及从所述至少两个罐子单元提取流体。

6.如权利要求1所述的流体存储罐，其中，每个罐子单元具有范围在从大约0.2升至大约3.0升的内部容积。

7.如权利要求1所述的流体存储罐，其中，所述多个罐子单元中的每个罐子单元具有基本相同的形状和外部尺寸。

8.如权利要求7所述的流体存储罐，其中，至少一个罐子单元的表面的壁厚大于所述至少一个罐子单元的其他表面的壁厚。

9.如权利要求7所述的流体存储罐，其中，至少一个罐子单元的表面由一材料制成，所述材料的屈服强度大于制成所述至少一个罐子单元的其他表面的其他材料的屈服强度。

10.如权利要求7所述的流体存储罐，其中，具有均匀壁厚的罐子单元的壁厚大于其他罐子单元的其他壁厚。