CN104094043A - Iso模式容纳装置 - Google Patents

Abstract

一种用于储存和运输CNG压力容器的ISO模式容纳装置，其包括主纵向部和两个端盖，主纵向部的每一端处有一个端盖。该容器包括将单个压力容器容纳在其内的框架本体。框架本体包括由纵向延伸的梁连接的两侧。在压力容器的各端处各有一个附件的一对附件将压力容器悬置地在框架本体内保持就位，而压力容器的纵向部基本上平行于容纳装置的框架本体的纵向延伸的梁。压力容器通常是类型3或类型4的级别。

Description

ISO模式容纳装置

本发明涉及ISO模式容纳装置。尤其是，本发明涉及用于运输压缩天然气(CNG)的ISO模式容纳装置。

ISO模式容纳装置或“联合模式”容纳装置是用于储存和运输材料或货物的标准化的、可重复使用的容纳装置，不用卸载和再装载该材料或货物，就可将材料或货物从一种运输模式移动到另一运输模式。例如，ISO模式容纳装置可从船上卸载，然后直接加载到列车上。然后，ISO模式容纳装置可从列车上直接加载到货运飞机上等。船舶、列车和飞机全都构造用于接纳和运输标准化的ISO模式容纳装置或一个以上的ISO模式容纳装置。

诸如形状、构造材料、最大尺寸、重量以及堆叠和互锁结构等特征都规定在相关的标准中，可以有各种形式的ISO模式容纳装置，根据这些标准来对每种ISO模式容纳装置分类。因此，参考特定标准，就可容易地识别标准ISO模式容纳装置，该标准提供可辨认的代码证，诸如“ISO6346”和其它。

会在水下井中找到天然气。天然气可从其源头萃取，然后可以压缩天然气(CNG)的形式储存在合适的压力容器内，这些压力容器可在船上运输到设在岸上的处理工厂。为此，在压力容器和船舶之间需要合适的附连或锚固结构。迄今，已经有人提出将压力容器半永久地安装(通常为水平地)在船舶的船体内，就可达到该种需要。

有人建议使用ISO模式容纳装置，因为ISO模式容纳装置已可在船上运输，它们的尺寸适于容纳CNG压力容器。然而，迄今，使用ISO模式容纳装置的CNG运输在经济上还尚未可行。通过提供经济上可行的方案，本发明寻求解决该问题。

用于运输压缩流体的压力容器目前构成了四种由管理当局核准的级别或类型，所有这些级别或类型都呈带有一个或两个拱顶端部的圆筒形：

类型I，该类型I包括全金属的、通常为铝或钢的构造。该类型容器价廉，但它相对于其它类型的容器非常重。整个容器有足够的强度以承受所装压缩流体作用在容器上的预期压力，并因此不需要任何方式的加强强度的外包裹，这包括本发明的干式细丝状的外包裹。类型I压力容器目前包括大部分用于海上运输压缩流体的容器，它们在海上运输中的使用会引发非常严的经济约束。

类型II，该类型II包括带有标准厚度金属端拱顶的较薄金属的圆筒形中央部分，这样，仅有圆筒形部分目前需用复合外包裹来加强。该复合包裹物一般是用聚合物基质浸渍的玻璃或碳细丝。复合物通常“环形包裹”在容器中部周围。容器一端或两端处的拱顶有足够强度来承受正常使用下容器中形成的压力并且不用复合材料包裹。在类型II压力容器中，金属内衬承载大约50％的应力，而复合材料承载大约50％的应力，这些应力来自所装压缩流体的内压力。类型II容器重量比类型I容器轻，但价格较贵。

类型III，该类型III包括薄金属内衬，这包括了整个结构，即，圆筒形中央部分和端部拱顶。因此，内衬目前用包裹在整个容器周围的细丝状复合包裹物加强。类型III容器中的应力实际上全部转移到复合包裹物的细丝状材料上；内衬仅需承受小部分的应力。类型III容器远比类型I或II容器重量轻，但价格更贵。

类型IV，该类型IV包括聚合物的基本上气密的内衬，其包括圆筒形中央部分和拱顶，这些部分目前完全用细丝状复合材料来包裹。复合材料包裹物提供容器的整个强度。类型IV容器迄今是四种核准类型压力容器中最轻的容器，但也是最昂贵的。

如上所述，类型II、III和IV压力容器目前需要包裹在容器内衬上的复合材料外包裹物，以给予它们必要的强度来抵抗装在容器内压缩流体所作用的预期压力。然而，已经知道，复合包裹物的聚合物基质向外包裹物增加很少或不添加强度。因此，本发明还可使用干的细丝状材料与新颖的缠绕结构一起使用，该干的细丝状材料以干状态设置在压力容器内衬上，并且在压力容器的使用寿命中基本上保持干的状态(即，自始至终不与树脂浸渍物粘合)。

“基本上”处于干的状态是考虑这样的情况：在使用中，特别是海上运输压缩的流体，细丝状材料会不利地因环境湿度和类似原因变得回潮。即，干的细丝状材料要被设置在干容器上，并当容器投入使用时变干。因此，本文中的基本上干的说法不排斥细丝/纤维被水弄潮的情形。

人们认为，为了使ISO模式容纳装置的体积容量最大，最好使压力容器尽可能大。然后，在理论上这可以使ISO模式容纳装置内可运输的CNG量最大化，由此，CNG压力容器可方便地用于在如下载运工具上将ISO模式容纳装置内的CNG从一个地方运输到下一地方，即在专用的CNG运输工具上，包括船舶、列车或卡车，即专门运输CNG的载运工具，或者是在标准的ISO模式容纳装置载运工具上，即，也运输其它ISO模式容纳装置的载运工具。然而，由于压力容器内的CNG处于非常高的压力下—通常超过200巴，所以在开始运输ISO模式容纳装置内的CNG压力容器时，CNG压力容器提出特殊的考虑。

已经将压力容器的非-CNG-适合的形式纳入到ISO模式容纳装置内，但这样的形式不适合于CNG，因为它们的容器壁制造成仅有足以适应用于其预期货物的预期压力的强度(例如，LPG或LNG—均涉及低得多的压力，诸如通常低于20巴)。为了使用如此传统的压力容器形式(诸如类型I或类型II)来处理CNG的储存压力会涉及到加厚它们的壁，并且修改它们许多其它元素，以将它们的强度增大到足够的水平。然而，这意味着压力容器太大而不能容纳在ISO模式容纳装置的严格尺寸约束内，或太重而不能用于ISO模式容纳装置内，因为对于ISO模式容纳装置还有严格的重量限制，由此，已经认识到，只要利用多个较小的压力容器，每个压力容器需要比单个大型压力容器薄的壁，就可使ISO模式容纳装置内的CNG达到最大容量。本发明寻求通过增加ISO模式容纳装置内CNG的储存容量来改进现有技术的结构。换句话说，本发明力图使ISO模式容纳装置的可用体积容量最大化。

本发明通过提供用于在超过200巴的压力下运输CNG的ISO模式容纳装置来达到该目的，ISO模式容纳装置在其内只包括单个压力容器或包括外直径超过1.8m和长度超过11m的压力容器，其中，压力里容器是类型3或类型4的压力容器，或是利用全复合材料外包裹或是非结构的金属内衬或是非金属内衬或是仅用于制造过程的内衬、即可移去内衬的另一形式的压力容器。

由于压力容器形式的缘故，该压力容器比合适的相当的类型1或类型2的压力容器轻得多，即，一种具有相同体积容量的压力容器，本发明优先地排除类型1和类型2的压力容器，由此，能够显著地使所要实现的ISO模式容纳装置的体积容量达到最大，而一旦用CNG加载，不会超过标准对ISO模式容纳装置设定的重量极限。

由于严格的重量极限适用于ISO模式容纳装置，只有使用较轻形式的压力容器才能实现该结构布置，出于ISO模式容纳装置被搬运方式的缘故—卡车具有最大毛重以及吊车(用来提升它们)具有最大安全工作载荷(SWL)。

由于重量限制，用于CNG运输的现有技术的结构布置不能有效地利用ISO模式容纳装置内可供的空间，压力容器在装满时被认为太重，如果是类型1或类型2，那么可用于单个压力容器的最大尺寸当然不会是本发明所提出的那样大，这是由于必要的壁厚和所产生的压力容器的重量缘故。

现有技术结构布置的实例显示在图18至21中，其属于以下ISO模式容纳装置可用的体积尺寸类型内(即，在卡车上可运输的尺寸)—高度小于2.5m，宽度小于2.5m，长度小于12.5m，以及不超过30.38吨。然而，这些容器不是ISO模式容纳装置的实例，而是配装有压力容器的卡车可能在可移去的笼架内。在图22中所示的布置方面，仅可从现有技术中得知对CNG运输所提出的ISO模式容纳装置(由跨洋气体公司(Trans Ocean Gas)提出)。然而，这具有多个如下面讨论的较小的储罐。

首先参照图18，图中示出配装有一个或多个笼架的卡车，这些笼架填装有数量在100和200之间的全钢(类型1)压力容器，每个压力容器设计成装有处于传统运输压力、例如超过200巴的压力的CNG。然而，每个压力容器必须是小的，而装该CNG所需的壁厚要在制造和重量方面加以控制。该第一现有技术的结构可承载高达5000标准立方米的压缩天然气(在行内通常被称作“5000立方米CNG”，有时使用单位“scf”—标准立方英尺，这里，1标准立方米＝35.3146scf)。

接下来参照图19，图中示出位于卡车后面的压力容器的另一种布置。还是有多个压力容器—在该情形中，有9个，它们永久地绑在卡车车身上。它们也是全钢质压力容器(类型1)，且它们提供介于5000和6000标准立方米CNG之间的最大储存容量。如图所示，如果提供到ISO模式容纳装置的箱形形状(其具有方端形状)中，则4-3-2的堆叠布置呈不够有效的空间利用率。

然后参照图20，图中示出另一现有技术的实施例，现使用三个较大的压力容器，这次是类型2结构，即，具有围绕主钢管(圆筒形)部分的玻璃纤维包裹物。

这些储罐比类型1的全钢压力容器轻，但在卡车给定的加载容量内仍将只允许使用三个压力容器。然而，三个压力容器允许卡车运输7000标准立方米CNG，这是因为容器本身较轻，由此，空出了CNG重量的容量。然而，像前述实例中布置的那样，2-1堆叠布置对于ISO模式容纳装置形状内的利用又是不够有效的。

虽然由于入口/出口的冷却/断裂而存在加载和卸载的困难，但就加载容量来说，目前对于市场提出的最大建议是由林肯复合材料公司(Lincoln Composites)提出的，并被公知为“Titan”。它提供四种压力容器，每种是带有绕其周围的碳纤维包裹物的聚合物内衬布置，即类型4，但这些仍然只达到8000标准立方米的CNG储存，并且还不是ISO模式容纳装置的建议，而是装载在卡车上的布置。

已经对ISO模式容纳装置提出了类似的布置，参见图22(由跨洋气体公司(Trans Ocean Gas)建议)，但它使用8个压力容器，而不是4个，每个压力容器具有3000升的体积容量，因此总的储存容量为24000升，或312000scf的CNG(还近似为8000标准立方米CNG)。有了8个压力容器，有人想到，压力容器内的CNG的加载和卸载可以更加快，可存在8个入口/出口。

然而，本发明替代地提出如图8所示的布置。在该实施例中，通过压缩可将近似11200标准立方米或398000scf的天然气(CNG)储存在ISO模式容纳装置内，它因此是CNG，或是压缩的天然气。

压力容器的内部体积约为35立方米，由于本发明需要的布置涉及ISO模式容纳装置内的单个储罐，故可以达到上述体积，这提供了改进的体积空间利用率，而不损害压力容器强度，如果要将压力容器做成非圆筒形，则会损害压力容器强度，但这也可以是本发明范围内的一种选择。

因此，在这些说明的实例中，本发明与现有技术中目前对卡车上运输所提出的容量(8000标准立方米)相比，实现了储存在ISO模式容纳装置内的CNG体积容量30至50％的增加(12000标准立方米)，同时仍符合针对ISO模式容纳装置相关的标准。

为了解决卸载/加载问题，本发明还提供直径比先前建议的直径大的入口/出口，较佳地适于连接到12英寸或30cm的管道，且较佳地不小于20cm的内直径。

因此，根据本发明，还提供用于CNG运输的ISO模式容纳装置，该ISO模式容纳装置包括仅一个压力容器，该压力容器具有用于加载/从其卸载CNG的入口/出口，其中，入口/出口具有不小于20cm的开口内直径。

较佳地，用于将压力容器固定在ISO模式容纳装置内的锚固结构包括：设置容纳装置内的成对的板、环或轴环，用以将压力容器的主体(即，通常是其中央的圆筒形部分)连接到容器。

如果使用板的话，则板通常打孔以使锚固结构较轻。

这些锚固结构可具有各种构造，所有这些构造设计成将压力容器的中央圆筒形本体支承在ISO模式容纳装置内的位置。例如，两个以上的如此板、环、轴环(或替代的支架)可沿压力容器的中央圆筒形部分设置。此外，包括多个支承构件的“笼架”可设置在压力容器的中央圆筒形本体周围。

因此，在这些结构中，以与运输大型管子(即，尺寸设计为支承大致圆筒形构件的支承件)所用的方式类似的方式已经实现了使压力容器支承于ISO模式容纳装置内。

有时，可能要从容纳装置移去压力容器，例如为了维护操作或修理。为此，压力容器可通过板滑出。否则，压力容器长期和在许多次加载和卸载循环期间保持组装在容器内，即不从其锚固结构移走压力容器。

有了这些布置，压力容器的中央圆筒形本体是借助于板或环固定的压力容器的结构部分。然而，对于CNG压力容器，这些区域是经历由于CNG的高内压引起的非常高的内力载荷的区域。因此，除了内力之外，由于上述板、环或支架引起的施加在容器圆筒形本体上的外部支承力的作用将会不理想地作用在压力容器上。这会导致压力容器壁的圆筒形部分内的过高应力。还有，该应力通常集中在压力储罐结构的机械上最多加载的部分内：圆筒形部段或“环形”部段。

此外，当压力容器径向对称地约束在其纵向本体的周缘横截面部分周围时，现有技术的支承件也可在压力容器填装和放空时对压力容器的循环“呼吸”起到障碍的作用。因为在加载和卸载过程中存在较大的内部压力梯度(初始压力高，退出压力显著低于初始压力)并且这些压力梯度会在一个或多个压力容器进行加载或卸载时通过容器本体驱动径向膨胀和收缩循环，所以会发生这种呼吸。

因此，本发明的另一目的是提供另一替代的支承系统。

一种方案是提供装有垫料的、可压缩的或弹性的支承件，由此可适应压力容器的“呼吸”。然而，更佳地，如果压力容器包括主纵向部和两个端盖，那么分别在主纵向部的相应端部处，容纳装置分别包括用于将压力容器接纳于其内的框架本体，所述框架本体包括由纵向延伸的构件或梁连接的两个端部，以及用于将压力容器在框架本体内保持就位的附件，其中，该附件构造成大致在压力容器端盖中的至少一个端盖处支承该压力容器或与至少一个端盖协作地支承该压力容器。

压力容器的纵向部一旦装在框架本体内就可基本上平行于框架本体的纵向延伸的梁延伸。

较佳地，框架本体的两个端部是端侧或端框架。

本发明实施一种“悬置”结构形式，使压力容器在其一个端部处悬置在容纳装置内。该构造允许改进(或让其有更大自由度)压力容器的“呼吸”(由于复合材料压力储罐结构允许的体积膨胀，引起径向膨胀和收缩，这种呼吸将主要沿通常为圆筒形的中央纵向本体部发生)。由此，与现有技术的支承件相比，借助于本发明，“呼吸”有利地较少受到压力容器的支承件的约束。

此外，与现有技术相比，ISO模式容纳装置如此的设计有可能允许使重量更好地分布到支承件上，因为(重的)压力容器可能更好地平衡，或不易纵向地摇摆，这通过支承在端部处而不是沿其中央本体支承而实现，这是因为将支承件更远地定位在远离容器质心的颈部处。

此外，根据本发明支承的CNG压力容器不大可能经受相对于容纳装置的轴向位移，因此，在CNG加载和卸载过程中，当将外部管子连接到容纳装置内的压力容器时或当运载船舶在恶劣海洋上颠簸时，该CNG不大可能意外地位移。这是因为压力容器在端盖处的横截面尺寸小于压力容器在其主纵向本体处的横截面尺寸，由此，限制了支承件和压力容器之间的相对位移。因此，如果压力容器支承在至少一个端部处，则压力容器在其支承件内轴向滑动或变得移位将会更加困难或不可能，除非支承件被损坏或拆卸开。

此外，由于压力容器的端盖在内压力作用下受到的应力比主本体小(因其直径较小)，端盖比压力容器的主本体更加可能具有抵抗外部支承力的备用容量，由此，颈部是至少一个支承件的良好位置。

如果至少一个端框架是大致的平面形状，诸如矩形或方形端框架，则附件可包括臂或支承构件或腹板，其基本上平行于框架本体的所述端框架从框架本体延伸。

此外，臂、构件或腹板可从框架本体的端框架之一延伸，并与端框架大致共平面地布置。

由于角部具有相对高的抗挠刚度，所以，臂或支承构件或腹板可从端框架的角部延伸出。

臂、构件或腹板可布置成不穿过容纳装置的内部空间。在其它的实施例中，臂、构件或腹板可在内部延伸，即，穿过容器的内部空间。

臂、支承构件或腹板使容纳装置的框架本体与压力容器的一个端盖支承或连接。

较佳地，附件可包括臂或支承构件或腹板，其延伸到容纳装置的内部空间内，延伸到容纳装置端框架和压力容器之间可用的内部空间的一部分内。可供臂或支承构件或腹板延伸到其内的该空间可替代地定义为由容纳装置本体在容纳装置端框架上纵向投影扫过的空间。

在包括臂的实施例中，臂可从框架本体延伸，以相对于与框架本体的纵向方向垂直的平面形成一角度，或如果端框架之一是大致平面的，则与由容纳装置的框架本体的端框架之一形成的平面形成一角度，于是，如果从垂直于其纵向方向的一侧来看框架本体，则该臂从所述垂直的参考平面延伸到平面外。

可在臂和所述参考平面之间形成锐角。该锐角可在1和30度之间的范围内，较佳地，可在10和20度之间的范围内。

臂可从框架本体的角部区域延伸，该角部区域因为其固有的相对高的刚度所以特别适合于起到框架本体上的锚固部位的功能。尤其是，臂可从位于框架本体的一个端框架上的角部区域延伸出。

较佳地，臂或其至少一部分是平直的，或基本上沿直线延伸。臂的全长可等于或小于横贯框架本体的一个端框架的形状切割的想象几何形对角线的长度的一半。

当它们具有矩形或方形的几何形状时，这是特别合适的。

臂可够造成从框架本体延伸到朝向框架本体的中心纵向轴线、诸如是压力容器的中心轴线的点。

臂可包括凸缘或带凸缘的部分，该凸缘或带凸缘的部分(即，不是臂本身的部分)可构造成：在压力容器的端盖处或与压力容器的端盖协作(例如，凸缘可具有用于螺栓连接的孔)地支承压力容器，。

凸缘或带凸缘的部分可具有内侧，即，相对于由容纳装置的框架本体形成的体积面向内的一侧，并且支承压力容器的所述结构或构造可设置在凸缘或带凸缘的部分的所述内侧上。

在优选的实施例中，臂的凸缘的内侧可构造成附连到压力容器的端部凸台上(如果在压力容器的至少一个端盖上设有端部凸台的话)。如此的布置可需要是定制的构造，且如此的构造将取决于所设端部凸台的几何形状和尺寸。毕竟，不同类型的端部凸台可用于CNG压力容器上。

凸缘或带凸缘的部分可具有外侧，即，相对于容器内部空间的面向外的一侧，所述外侧可设置有用于附连外部元件的附连特征，诸如附加的凸缘或装有凸缘的管子等。该结构布置在诸如加载和卸载CNG的操作中是有用的，例如在需要将加载或卸载管连接到支承在容纳装置本体内的压力容器上时。在这些构造中，凸缘有效地起到接合构件的作用，用以接合或便于例如管子和压力容器之间的连接。

凸缘可具有密封装置，用于建立压力容器的内部体积和管子之间的流体连接。

容纳装置可具有盖板或封盖，其作为框架本体的一部分或围绕框架本体。

如果容纳装置在与压力容器的入口相对的容纳装置端侧没有封盖，则就会便于加载和卸载CNG。

如果容器至少部分地与外部环境连通，则容器将会更安全，因为任何泄漏的CNG可容易地散布到环境中去。然而，某些应用可能需要至少部分地封闭容器的内部空间。

容纳装置的附件或框架本体的一个端框架可形成大致位于两者之间的空间。该空间可允许管子插入容纳装置内，用以加载和卸载CNG，或可用于提供外部管网和内部压力容器之间的附连装置。

ISO模式容纳装置可具有在框架本体内部限定于一个端部的平面和附件之间的一定容积的空间。这可以是出于上述的原因，间隙或空间可简单地用于检查的目的，在各个压力容器的至少一个端部处通常将有可密封的开口(人孔)，该开口的直径为18英寸或甚至24英寸。该开口是检查口。

假定压力容器的非常普通的几何形状是带有拱顶状端盖的圆筒，则凸缘或带凸缘的部分可大致为环形或圆形，以与压力容器端盖的几何形状配合或匹配，从而提供径向对称的支承件或连接件。

较佳地，附件包括另外一个或多个如此的臂。多个臂可允许压力容器的重量分配在多个臂之间。

较佳地，臂基本上对称地设置在框架本体的纵向轴线周围(如果存在压力容器的话，则压力容器的纵向轴线周围)。对称布置通常将使压力容器的重量更加均匀地分布在各个臂之间。

如果附件包括总共四个臂(如果框架本体和容纳装置具有立方体或棱柱的大致形状，例如具有方形或矩形端框架，则四个臂是特别合适)，则可使每个臂从框架本体的一个端框架的一个相应的角部延伸出。

凸缘或带凸缘的部分如果存在的话则通常是支承压力容器的部件或是连接到压力容器的部件，该凸缘或带凸缘的部分可连接到臂，以使四个臂之间能够互连。

替代地，每个臂可具有其相应的凸缘或带凸缘的部分，并且分开的凸缘或带凸缘的部分可构造成独立地支承压力容器的端部拱顶或端部凸台(如果存在的话)或连接到压力容器的端部拱顶或端部凸台。

如果提供另一如此的附件，则压力容器可支承在其各个端部上，即，通过相应的一个附件支承在各个端盖处。

根据本发明的另一方面，提供用于将CNG压力容器锚固到ISO模式容纳装置的锚固结构，该ISO模式容纳装置具有上述的框架本体，锚固结构包括将锚固结构固定到ISO模式容纳装置的框架本体上的紧固装置，并且锚固结构布置成：在使用中，组装成ISO模式容纳装置的锚固结构形成了如上定义的ISO模式容纳装置。

根据本发明的另一方面，提供用于操作、储存和运输CNG的系统，该系统包括：如上定义的ISO模式容纳装置，以及布置成支承在ISO模式容纳装置内以及布置成储存和运输CNG的压力容器。

本发明还构思了运输CNG的方法，该方法包括填装如上所述的ISO模式容纳装置以及将ISO模式容纳装置加载到船舶上。

本发明还提供加载有如上所述的ISO模式容纳装置的船舶。

现将参照附图，仅借助于实例来描述本发明的这些和其它方面，附图中：

图1是根据本发明一实施例的用于运输压力容器中的CNG的ISO模式容纳装置示意的侧视图；

图2是根据本发明的另一实施例的用于运输压力容器中CNG的ISO模式容纳装置示意的局部侧视图；

图3是根据本发明的第三实施例的用于运输压力容器中CNG的ISO模式容纳装置示意的示意侧视图；

图4是从图3实施例的“A”侧观看的示意前视图；

图5是另一实施例的放大示意图；

图6和7示出该另一实施例的其它视图；

图8至10示出运载根据本发明的ISO模式容纳装置的卡车；

图11示意地示出储罐加料站；

图12和13示出利用装运本发明ISO模式容纳装置的卡车的用于滚上滚下(滚装)方案的船舶；

图14至17示出用于本发明ISO模式容纳装置的码头边上加载和卸载的布置；以及

图18至22示出如上所讨论的现有技术的结构布置。

附图不成比例。

首先参照图1，图中示出用于储存和运输CNG压力容器11内的CNG的ISO模式容纳装置10。压力容器11由主纵向部19形成，该主纵向部在两个端盖17、18之间延伸，它们一起限定储存有CNG的内部空间体积。

容纳装置10具有结构框架16，其用于将压力容器11支承在由结构框架16限定的内部空间中。

框架16具有两个端部或基座(端侧或端框架)15a、15b，如图1所示，它们与压力容器11的端盖17、18相对。水平结构构件或梁116、117使框架16的两个端部15a、15b连接。

在该实施例中，框架16具有立方体或长方体的几何形状，其带有方形或矩形基座15a、15b。该框架因此呈“箱子”形式。

该箱子在图1中显示为水平地延伸，这是例如在船上运输ISO模式容纳装置10的常见构造。这样，它的长度大于其高度，同样地，宽度可大于其高度，但正方形也是所期望的，如图4所示。

ISO模式容纳装置10基本上是敞开的结构，即，“线框”结构，由诸如钢梁或角铁那样的梁形成，因此，该框架由一系列结构构件15a、15b、116、117制成，它们形成在该实施例中具有一对相对的方形基座15a、15b的棱柱、箱子或立方体的形状。该形状对于ISO模式容纳装置来说尤其普遍。然而，不同的形状也是可以的，均在本发明的范围之内，且相关标准将对这些变体定义合适的尺寸。

在该实施例中，由容器10的框架16形成的内部空间不是封闭的。这对于CNG应用的安全性和可操作性来讲是一个优点：任何泄漏的CNG可容易地散布到环境中去，为了加载和卸载其中的CNG可容易地进入到压力容器11，并还便于检查或维护保养。

然而，在替代的实施例中，容器的至少某些侧面可具有板、盖、屏等，设置这些板、盖、屏等是为了围绕容器10提供至少部分的“壳体”。这些“板”可在需要的应用中对压力容器11提供一定程度的保护。

“板”可以是永久性的或可移去的，或甚至可以是临时性的盖板，诸如是织物片，以使直接暴露于阳光的情况减到最少，或将暴露于海水冲刷(即，海上波涛的喷溅)的情况减到最少。

为了将压力容器11保持在位，即，防止压力容器相对于框架16的相对位移(例如，平移或转动)或将其减到最少，可在框架16内部设置至少一个附件12a、12b。较佳地，仍然允许压力容器在其支承件上的动态运动，诸如压力容器11在框架16内的垂直或轴向振动或“反弹”，但约束剧烈的运动，以防止压力容器运动超过ISO模式容纳装置内的安全区域—即，在ISO模式容纳装置堆叠或在船上加载/卸载时为确保不发生ISO模式容纳装置损坏所需的、在压力容器周围的空间。

在图1、2、3和4中所示的实施例中，图示了两种类型的附件12a、12b、25、35a、35b。它们适于支承所示压力容器11、21、31的相应端盖17、18、27、37、38。这些是较佳构造，但可以另一替代的方式来支承压力容器11、21、31的一端，例如根据现有技术可用具有中央开口的穿孔板来将压力容器11、21、31的主中心本体19、29、39支承于其上。

如图1、2、3和4中所见，压力容器11、21、31的纵向部19、29、39构造在框架16、26、36内，以平行于容器10、20、30的框架16、26、36的纵向主梁116、117、126、127、136、137延伸。

附件12a、12b、25、35a、35b构造成将压力容器支承在压力容器11、21、31的端盖17、18、27、37、38处。

在图1中，用诸如钢材那样的金属材料制成的基本上刚性的支承构件提供附件12a、12b。附件12a直接支承压力容器11的左端拱顶17的颈部。然后，围绕容器颈部设置垂直的轴环13。右手侧附件12b替代地设置有凸缘69，用以连接到压力容器11的右端拱顶18。

凸缘69用于压力容器11和外部构件89之间的接合，外部构件89可通过凸缘69连接到压力容器。在图1中，外部构件显示为螺栓拧紧的盖帽89，但在其它的实施例中它可以是用于加载或卸载CNG的管子。

附件12a、12b大致向内延伸，如图1中可见，借助它们形成从框架外面看具有凹度的框架结构。换句话说，附件12a、12b向内穿入由容器10的外部框架16界定的内部空间。然而，从一端观看的话，附件呈“X”形状，例如，参见图4。

然而，在图2所示的实施例中，附件(还是由一个或多个隔膜22形成)是平面的。它具有轴环23，轴环23直接附连到压力容器21的端部凸台59。

在替代的实施例中，隔膜仍可以是平面的，但它可横贯容器20的端部基座25中的一个设置。这可通过使图2的隔膜沿容纳装置的纵向平移直到它与端部基座25交叠为止来想象。

诸如平面隔膜22那样的附件可集成到板或屏盖住容器20的一个端侧的实施例中。在如此的构造中，压力容器的端盖将到达压力容器的端框架25，在容器20内、压力容器21和外部基座25之间将不形成空间79。该构造允许优化使用容器20的框架26的内部空间(在ISO模式容纳装置内，给定空间内运输更多CNG)。然而，在ISO模式容纳装置加载到船舶上和从船舶卸载的过程中，端盖会更加容易损坏，因为提供了空间79来减小如此损坏的风险。

在图2中，隔膜22的轴环23用于将压力容器21的端盖27附连到容器20的框架26，该轴环23类似于图1中的凸缘69构造。该凸缘用于附连到外部CNG加载管189。

在其它的实施例中，图1和2的隔膜可用包括穿孔板、支架等的替代支承结构代替。

在优选的实施例中，本发明包括至少一个用于将压力容器支承在容纳装置内的臂。包括支承臂的ISO模式容纳装置的实施例可见图3和4。

在图3或4中，压力容器31的每个端盖37、38借助于四个臂(一起标以34)连接到容器30的框架36上，每个臂34a、34b、34c、34d从容器30的基座35a、35b或端框架之一的角部延伸。

图4示出ISO模式容纳装置的端视图，显示所有的支承臂34a、34b、34c、34d，它们将压力容器31的端部拱顶38中的一个连接到容器30的端框架35b中的一个。

图3示出两个角度α和α’，它们是由臂相对于垂直平面形成的角，垂直平面是臂从其中延伸出的容纳装置框架36的相应端部基座35a、35b所限定的。并不强制要求两个角度α和α’相同。然而，在优选实施例中，所述角度彼此非常近似。

当两个角度α和α’趋于为零时，臂34趋于与端框架35a、35b的平面交叠或位于该平面内。当角度α和α’增大时，臂34趋于更远地延伸到框架36的内部空间内，因此，加深如从框架外面所看到的、由各臂所形成的框架凹度。

该两个角度α和α’的优化角度可被认为在0和60度之间的范围内。较佳的角度α和α’可在10和45度之间，更佳地，特别在承载直径超过1m的压力容器的容纳装置上，角度也许在10和20度之间是有用的。然而，角度较佳地这样进行定义或选择：压力容器31的端部拱顶均容纳在容器30的框架约束之内，并靠近或邻近容纳装置框架的端部基座35a、35b，但较佳地，同时仍留有足够的空间以使任何外部部件189在可用的端部空间79内附连到压力容器。

因此，参照图5至7，图中示出该角度更接近于30°的布置。所示角度实际上约为28°。该实施例将在下文中进一步描述。

还要记住，臂可从侧壁或箱子边缘以及(或代替地)从箱子角部延伸。此外，所有臂可以不是等长的。

此外，尽管各臂显示为大致是直的，但它们也可以是弧形或以其它方式成型。然而，由于是直的，它们在压力容器运输过程中最佳地适于抵抗屈曲荷载。

臂和其它框架构件的截面通常为L形，或I或H形，或U或C形，因为它们通常用于如此的框架设计—即它们在弯曲、扭转、压缩和拉伸下的强度特性是众所周知的。根据需要，如此形状可存在有各种组合，以确保ISO模式容纳装置满足相关标准之下的任何需要的强度要求。

图4示出四个臂34a、34b、34c、34d和凸缘169，它们形成用于第三实施例的容器30的右手侧的附件32b。

从图4中的端部所见，每个臂是朝向压力容器31或容器30的中心纵向轴线突出的平直构件。

在几何形上来说，从一端可见，每个臂相对于臂34从其中突出来的方形端部基座35b呈对角地设置。

每个臂附连到端部基座35b的角部上。

各臂34a、34b、34c、34d通过凸缘169互连，凸缘169具有内侧(面向纸面)和外侧40(离开纸面面向)，内侧用于与压力容器31接合和连接，而外侧构造成通过任何合适的附连装置41连接到外部元件，诸如是CNG加载管或用于该管的夹具。

在该实施例中，臂和凸缘一体地形成，或它们焊接在一起。例如，它们可以从板块上切割下来或由环和四个角铁加工而成。

每个臂和框架基座35b的与该臂相邻的水平构件之间形成的角度β(如图4所示)可根据臂的设计和凸缘的设计并且根据ISO模式容纳装置的总体形状变化。归根到底，凸缘169可具有不同于图3中所示的形状。同样地，臂可以不是直的，或它们可具有逐渐变小的侧边。另外，容纳装置框架的端部可以不是方形。因此，依据臂34与凸缘40附连的位置并且依据容纳装置形状、端盖相对于容纳装置的位置以及臂的形状，角度β可大于或小于所示的角度。然而，在该所示的实施例中，角β约为45度。

在该实施例中，角β也许小到20度也是期望的，这可以通过改变凸缘40的形状来实现，以具有例如沿垂直方向的附加的延伸量。该种变化可使由臂所形成的凹度更开，从而使得压力容器端部与CNG加载或卸载管连接的进入空间更加宽大。

就将ISO模式容纳装置固定到在各地之间运输容器的载运工具来说，可根据相关的标准来设置标准固定点。披露这些固定点与本发明不相关，由此，本文不提供对其的披露。

接下来参照图5至7，披露另一实施例。它又具有四个臂34或凸缘40，并且也捕获容器10的颈部区域。然而，容器具有开口150，该开口带有以围绕开口150的环延伸的多个螺栓孔152。这些螺栓孔对应于凸缘40中的螺栓孔154。然后，设有带有螺栓的垫圈帽156，用以相对于凸缘40来固定容器，并且管158通过该结构装入以在连接过程中将各元件对齐在一起。

在另一实施例中，臂34是直的，但以约28°的角度倾斜到端框架162的平面之外。这在安装时允许容器端部位于ISO模式容纳装置的容纳范围之内，例如，即使当将压力容器加载到船上时，也可提供通向端部的通路。

还清楚的是，尽管披露了特殊的框架结构，这些框架结构具有用于将压力容器固定在所示的ISO模式容纳装置内的锚固结构，但改适现有的ISO模式容纳装置以具有从其侧壁或框架角部/边缘延伸出的如此锚固结构也纳入在本发明的范围之内，即，以形成根据本发明的ISO模式容纳装置的其它实施例。因此，以上对于锚固元件12a、12b、22、32a、32b的描述同样适用于可独立于ISO模式容纳装置的外框架生产的等效的锚固元件，由此，它们可改造为现有ISO模式容纳装置，例如作为一套部件。

如图1至7所示，借助于特定构建的附件12a、12b、22、32a、32b，压力容器11、21、31通过其端盖悬置在ISO模式容纳装置内。由此，压力容器的主纵向本体19、29、39具有沿其长度径向不受约束的空间，以允许压力容器呼吸，即，在加载和卸载CNG过程中在变化的内压力的作用下压力容器的膨胀和收缩，以及在一次加载完成时无论如何由于静压的缘故产生不可避免的膨胀—CNG的运输压力通常约为250巴。

还会认识到，当容器例如在船舶周围运动时或在海上运输过程中，附件12a、12b、22、32a、32b的刚度将决定压力容器11、21、31可在ISO模式容纳装置10、20、30内轴向和/或径向振动的程度。对于附件不要求它们非常刚硬。实际上，一定的弹性程度是有益的，因为在不利的加载条件的事件中(例如，恶劣的海上条件，大的波浪对船上或对船体的冲击)，这可缓冲压力容器。然而，附件12a、12b、22、32a、32b的结构较佳地大幅限制压力容器在其支承12a、12b、22、32a、32b上可实现的轴向位移量。

附件/凸缘也可限制压力容器的轴向转动，但这种转动通常不是不希望的，这是因为承受如此转动的自由度可能确保压力容器直径的膨胀不受到阻碍。

因此，与现有技术相比，本发明提供至少一个替代的、有利的ISO模式容纳装置、用于ISO模式容纳装置的锚固结构，以及包括ISO模式容纳装置和压力容器的用于储存、运输和操作CNG的系统。

压力容器通常用于CNG，但它可用于运载各种气体，诸如是直接取自钻井中的原态气体，包括原态天然气(例如，受压缩之时)－原态的CNG或RCNG或H₂或CO₂或处理过的天然气(甲烷)，或原态的或部分处理过的天然气，例如，CO₂许用量达14％摩尔，H₂S许用量达1000ppm，或H₂和CO₂气体杂质，或其它杂质或腐蚀性种类。然而，较佳的用途是CNG运输，无论是原态CNG、部分处理过的CNG或处理成为标准的可提供给最终用户的清洁CNG，最终用户例如是商业、工业或家庭住户。

CNG可包括呈可变混合比的各种可能的组成成分，某些处于气态，其它的处于液态，或两者的混合。这些组成成分通常将包括以下化合物中的一个或多个：C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、C₅H₁₂、C₆H₁₄、C₇H₁₆、C₈H₁₈、C₉₊碳氢化合物，CO₂和H₂S，加上可能的液态甲苯、柴油和辛烷以及其它的杂质/种类。

现参照图8至10，图中示出运载本发明ISO模式容纳装置的卡车。该卡车包括位于前面的驾驶室和位于后面的拖车，拖车运载ISO模式容纳装置，该ISO模式容纳装置带有固定于其内的单个压力容器—这种固定可以是如上所示或如上所讨论的。

所示ISO模式容纳装置具有近似为2.44米乘2.44米乘12.19米的尺寸。这近似等于8×8×40英尺。最大许用重量(加载时)略高于30吨，例如在某些情形中为30.38吨。

由于CNG具有与液体相比相对较低的密度(通常为每立方米200kg)，与ISO模式容纳装置的框架重量相组合的空压力容器质量总地构成加载的ISO模式容纳装置重量的相当一部分。因此，该低的加载质量允许如此大的压力容器设置在ISO模式容纳装置内，而不超过上述最大许用重量。为了用液体(即，更致密的物质)、例如水来填充压力容器，这可致使其超过许用重量限值，由此，提供如此大的压力容器是未预期到地有用。毕竟，液化气体的运载通常在ISO模式容纳装置内的如此大的压力容器内还未实现。因此，如此的结构先前还未认为是可实现的。

如图中可见，压力容器的每个端部均具有端盖。一端用于加载和卸载，而另一端用于检查之目的。对于加载或卸载来说，设有内直径不小于20cm且较佳地近似为12英寸(30cm)的入口/出口。在使用中，入口/出口可连接到供应/分配管，以加载或卸载压力容器的内含物。

另一端(检查端)较佳地设置成人孔形式，人孔具有至少为18英寸(45cm)且更佳地是24英寸(60cm)的开口直径，以允许人员可在压力容器内部实施检查。这是允许在压力容器内进行定期维护服务的较佳选项，并且仅由于压力容器的尺寸允许人员带着设备爬进去以及由于端盖足够大来适应如此的人孔，所以这是可实现的。

较佳地，压力容器具有不小于1.8米的内直径以及不小于11米的内部长度。

接下来参照图12或13，利用上述卡车来提供滚上滚下方案。如图所示，提供具有多层甲板的船舶200，每层适于容纳带有安装在卡车后面的ISO模式容纳装置的卡车高度。为了加载该船舶200，卡车210以传统方式开到船舶200上，就像汽车渡船那样。然后，卡车可从船的另一端开走。

代替该滚上滚下方案，本发明还可用于拖船和驳船或传统容纳装置的加载/卸载过程。船舶或驳船300在码头边上靠近吊车310拉起，该吊车具有起吊台架320，参见图15。该起吊台架按照标准具有四个吊钩，它们可闩定到设置在ISO模式容纳装置上的标准附连点上。吊车310然后可升起ISO模式容纳装置330，如图16所示，以将ISO模式容纳装置加载到卡车340上，如图17所示。代替卡车，也可以是货运列车。

由于本发明ISO模式容纳装置的体积容量增加，所以，通过ISO模式容纳装置的CNG运输过程变为可行的选择，因为可在各个ISO模式容纳装置内运输足够体积的CNG，以使运输费用在商业上是很值得的。

此外，如图14中可见，船舶可运输许多如此的ISO模式容纳装置，如图所示近似为50个。因此，可运输的体积现在是很巨大的，远比每个卡车仅运载较小体积的CNG的图18至22的现有技术的结构可达到的运输体积大得多。

容量的增加使效率提高，因此，这对该方案的商业化提供了充分的推动力。

以上仅借助于实例，已经描述了本发明。在附后权利要求书的范围之内，可对本发明可作出细节上的修改。

Claims (32)

1.一种用于运输压力超过200巴的CNG的ISO模式容纳装置，所述ISO模式容纳装置在其内包括仅单个压力容器或者内直径超过1.8米以及长度超过11米的压力容器，其中，所述压力容器是类型3或类型4的压力容器或利用全复合材料外包裹物以及非结构性金属内衬或非金属内衬或者仅用于制造目的的内衬的其它形式的压力容器。

2.如权利要求1所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，包括用于加载CNG/从压力容器卸载CNG的入口/出口，所述入口/出口具有不小于20cm的内直径。

3.一种用于CNG运输的ISO模式容纳装置，所述ISO模式容纳装置包括仅一个压力容器，所述压力容器具有用于加载CNG/从压力容器卸载CNG的入口/出口，其中，所述入口/出口具有不小于20cm的内直径。

4.如上述权利要求中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，包括既不是类型1也不是类型2的压力容器。

5.如上述权利要求中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，具有超过30立方米的内部容积。

6.如上述权利要求中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述压力容器包括主纵向部以及两个端盖，所述端盖分别位于所述主纵向部的对应端部处，容纳装置包括用于将所述压力容器容纳于其内的框架本体，所述框架本体包括由纵向延伸的梁连接的两个端部以及用于将压力容器在所述框架本体内保持在位的附件。

7.如权利要求6所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述附件构造成大致在所述压力容器的端盖中的一个处或与所述压力容器的端盖中的一个协作地支承所述压力容器。

8.如权利要求6或权利要求7所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，一旦所述压力容器装在框架内，所述附件将所述框架本体的一端连接到所述压力容器的一个端盖。

9.如权利要求6至8中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述框架本体的端部中的一个大致呈平面，所述附件包括至少一个臂，所述至少一个臂大致平行于端框架从所述框架本体延伸。

10.如权利要求6至9中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述附件包括相对于容纳装置的横向的横截面平面基本上不共平面地从所述框架本体延伸的臂。

11.如权利要求10所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述臂延伸为基本上相对于所述横向平面形成锐角。

12.如权利要求11所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述角度在10和20度之间。

13.如权利要求9至12中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述臂从所述框架本体的角部区域延伸。

14.如权利要求9至13中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述臂基本上沿直线延伸。

15.如权利要求9至14中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述压力容器的纵向部基本上平行于容纳装置的框架本体的纵向延伸的梁，其中，所述臂基本上朝向所述框架本体和所述压力容器的中心纵向轴线从框架本体的一端延伸出。

16.如权利要求9至15中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述臂具有凸缘或带凸缘的部分，所述凸缘或带凸缘的部分布置成用于支承所述压力容器。

17.如权利要求16所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述凸缘或带凸缘的部分具有内侧或外侧，其中，内侧布置成用于支承所述压力容器。

18.如权利要求17所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，外侧布置成用于附连到外部部件。

19.如权利要求16、权利要求17或权利要求18所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述凸缘或带凸缘的部分为大致环形。

20.如权利要求16、权利要求17、权利要求18或权利要求19所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述凸缘或带凸缘的部分构造成用于附连到所述压力容器的端部凸台。

21.如权利要求9至20中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述附件包括两个或更多个臂。

22.如权利要求21所述的ISO模式容纳装置，当从属于权利要求16至20中任一项时，其特征在于，至少两个臂通过所述凸缘或带凸缘的部分互连。

23.如权利要求21或权利要求22所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述臂绕所述压力容器的纵向轴线基本上对称设置。

24.如权利要求21、权利要求22或权利要求23所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，所述臂基本上绕所述ISO模式容纳装置的纵向轴线对称设置。

25.如权利要求21至24中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，容纳装置端部中的至少一个端部是四边形，所述附件包括总共四个臂。

26.如权利要求25所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，各个臂基本上从所述端部的相应角部区域延伸出。

27.如上述权利要求中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，为所述压力容器设有两个附件，一个附件用于支承所述压力容器的每个端盖。

28.如上述权利要求中任一项所述的ISO模式容纳装置，其特征在于，空间体积在所述框架本体内部限定于一个端部的平面和附件之间。

29.一种用于操作、储存和运输CNG的系统，所述系统包括如上述权利要求中任一项所述的多个ISO模式容纳装置。

30.一种参照图8至10基本上如上所述的ISO模式容纳装置。

31.一种参照附图基本上如上所述的用于操作、储存和运输CNG的系统。

32.一种运载如权利要求1至28中任一项所限定的多个ISO模式容纳装置的船舶。