CN104114931A - 超高工作压力容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在超高压力下容纳或运输气体的高压容器。更具体来说，本发明涉及用于在这些压力下容纳或运输压缩天然气的此类容器以及制造所述容器的方法。本发明还涉及在陆上或海上储存或运输气体的方法。

Description

超高工作压力容器

技术领域

本发明涉及用于在船中容纳或运输加压气体或燃料的高压容器。更具体来说，本发明涉及用于容纳或运输压缩天然气(CNG)的此类容器。

本发明还涉及在陆上或海上储存或运输气体的方法。而且，本发明涉及用于运输气体、尤其是压缩天然气的载运工具。

本申请案要求PCT/EP2011/071793、PCT/EP2011/071797、PCT/EP2011/071805、PCT/EP2011/071794、PCT/EP2011/071789、PCT/EP2011/071799、PCT/EP2011/071788、PCT/EP2011/071786、PCT/EP2011/071810、PCT/EP2011/071809、PCT/EP2011/071808、PCT/EP2011/071800、PCT/EP2011/071811、PCT/EP2011/071812、PCT/EP2011/071815、PCT/EP2011/071813、PCT/EP2011/071814、PCT/EP2011/071807、PCT/EP2011/071801和PCT/EP2011/071818的优先权，以上内容以引用的方式全部并入本文。在现有申请中揭示的压力容器的特征与本发明的相关之处在于，它们可提供用于储存处于所需压力下的流体的合适储存装置的结构。

背景技术

在燃料领域且尤其在压缩天然气(CNG)运输和钢基圆筒的最常见使用中提高的容量和效率要求已引起对较厚结构的开发，这通常需要对缺陷和结构不规则性进行更严格的质量控制，尤其是在腐蚀性环境中。对滞留气藏的利用需要减少在远程装载和卸载位点处的设施和处理。此要求的不利因素是在所运输的流体中可能存在冷凝物和水合物，从而使得对容纳材料在耐腐蚀和抗损坏方面的要求更高。

此外，在储藏较大的情况下，使用CNG存在不利之处，因为其与液化天然气(LNG)的一种相比具有相对较低的密度，即：在200巴和环境温度下CNG的密度近似为0.2kg/cm³而在-162℃下的LNG(低温液体)的密度为0.4kg/cm³。存在不同方法来实现较高气体密度且因此提高具有给定体积的所运输气体的量，但这些方法中仅有一者不安装复杂的处理设施来冷却且尽可能液化流体，即：在周围温度下增加储存量和运输压力。此方法需要较厚且较重的容纳结构。

CNG装载和卸载程序和设施取决于与气体源的位置和所述气体的成分相关的若干因素。

关于用以连接到船的设施(浮筒、平台、码头等等)，增加其灵活性且最小化基础设施成本是合意的。通常，使用哪一设施的选择是通过考虑以下准则来做出的：

·安全性；

·可靠性和规则性；

·水深和运动特性；以及

·船只操作：接近和操控。

典型平台包括与海床连接的用于收集气体的基础设施。

码头是用于连接到船(装载或卸载)的另一典型解决方案，当气体源在陆上时应用该解决方案。气体管线从用以将气体处理且压缩为适合于CNG的装载压力的处理厂延伸到码头，且用于装载和卸载操作。机械臂从码头延伸到船。

码头是相对广泛接受的解决方案。然而，建造新码头是昂贵且耗时的。码头还需要大量空间且具有相对高的环境影响，尤其在受保护的区域中以及对于海上交通来说都是如此。

利用浮筒的解决方案可如下分类：

·CALM浮筒；

·STL系统；

·SLS系统；以及

·SAL系统。

悬链锚腿系泊(CALM)浮筒尤其适合于浅水。该系统基于使船系泊到浮在水面上的浮筒。该系统的主要部件是：具有一体形成的转塔的浮筒、转体、管道、设备、一个或多个软管、用于连接到船的缆索，以及包含连接到海床的链和锚的系泊系统。该系统还包括连接到海床的柔性竖管。此类型的浮筒需要支撑用于将缆索和管道连接到船只的辅助/服务容器。

浸没式转塔装载系统(STL)包括用于大风浪环境下的连接和断开装置。该系统基于系泊到海床的漂浮着的浮筒(浮筒将浮在海面下方的平衡位置处以准备好用于连接)。当连接到船时，浮筒被上拉且紧固到船内的相配圆锥体。所述连接允许船体围绕浮筒转塔进行自由旋转。该系统还包括连接到海床的柔性竖管，但需要船内的专用空间来允许此连接。

浸没式装载系统系统(SLS)由连接到装载/卸载竖管的海床安装式转体系统和水声应答器组成。浮动软管的连接可以容易地在无支持容器的情况下执行。借助于收回索，柔性竖管可被提升并随后连接到船上对应的连接器。

单锚装载(SAL)系统包括系泊位和具有单个系泊线的流体转体、用于流体传送的柔性竖管以及用于锚定到海床的单个锚。油船通过将系泊线和竖管一起从海床拉动且向上朝向该船拉动而连接到系统。随后紧固系泊线且将竖管连接到该船。

CNG运输领域中的提高的容量和效率要求以及用于此的钢基圆筒的常见使用已引起对具有更厚结构的钢基圆筒的开发，这通常导致设备较重或设备的运输气体占容纳系统的质量比较低。此影响可通过使用例如复合结构等高级且较轻的材料来克服。

因此，一些现有解决方案已经使用复合结构，以便减少设备的重量，但复合结构的大小和构造例如由于所使用材料的局限性而得不到优化。举例来说，小圆筒或非传统形状的容器的使用经常导致在运输气体方面效率较低(较小容器可导致较高的未占据空间比率)并导致对容器内部的检验较难。此外，用于仅覆盖容器的圆柱形部分而不覆盖其端部端部端部的局部包裹(例如，环向包裹圆筒)的使用会导致在容器的包裹部分与容器的端部端部端部之间存在交界，在该交界处仅暴露金属壳。这也可导致问题，例如腐蚀。

而且，在连续结构部分中各材料之间的过渡部分通常会构成较弱区域，且因此构成较可能发生故障的点。

用于承载或运输压缩流体的压力容器目前构成四种由监管机构批准的类别或类型，所有这些压力容器都是具有一个或两个圆顶端部的圆柱形：

类型I.全部由金属构成物、通常为铝或钢构成物组成。此类型的容器是便宜的，但相对于其它类别的容器来说非常重。整个容器具有足够强度以承受由所容纳的压缩流体施加在容器上的既定压力，且因此不需要包括本发明的干丝状包裹物等任何方式的强度增强包裹物。目前类型I压力容器包括用于在海上运送压缩流体的大部分容器，它们在海洋运输中的使用会导致经济上非常紧的制约。

类型II.由较薄的金属圆柱形中心区段和标准厚度的金属端圆顶组成，使得仅需要加固圆柱形部分，目前是用复合型包裹物加固。该复合型包裹物通常构成用聚合物基质浸渍的玻璃或碳丝。复合物通常“环向包裹”在容器的中部周围。在容器的一端或两端处的圆顶具有足够强度以承受正常使用下在容器中形成的压力，且未被复合物包裹。在类型II压力容器中，金属内衬承载大约50％的应力且复合物承载大约50％的应力，所述应力是由所容纳的压缩流体的内部压力引起。类型II容器比类型I容器轻，但更昂贵。

类型III.由薄金属内衬组成，该薄金属内衬构成整个结构，即圆柱形中部区段和圆顶端。因此，目前该内衬通过围绕整个容器的丝状复合型包裹物而得到加固。类型III容器中的应力实际上完全转移到复合型包裹物的丝状材料上，内衬仅需要承受一小部分应力。类型III容器比类型I或II容器轻得多，但也昂贵得多。

类型IV.由构成圆柱形中心区段和圆顶端的聚合的、基本气密的内衬组成，目前所有内衬都由丝状复合物完全包裹。复合型包裹物提供容器的完全强度。类型IV容器到目前为止是四种批准类型的压力容器中最轻的，但也是最昂贵的。

如上所述，目前，类型II、III和IV压力容器需要覆于容器内衬上的复合型包裹物以给予内衬必要的强度来承受由容器中容纳的压缩流体所施加的既定压力。

发明内容

本发明涉及对这些压力容器的改型以及适合于高压(高达1000巴)应用的其它类型的压力容器的制造。

本发明因此旨在克服或减轻已知压力容器的缺点中的至少一者。

具体来说，本发明的目的是提供高压容器，其能够承受比目前设计高得多的压力。这允许实现更高的气体密度，因此提高运输效率。另外，目前发明的高压容器必须重量轻，因为较轻的容器允许在航海载运工具(例如船)上运输更大体积的气体/流体，而不超过载运工具的负载承受能力——载运重量的减少部分(即，更小的百分比)归因于这些物理容器，而不是这些容器的内含物(即，加压气体或运输流体)。最后，容器必须高度耐腐蚀和抗损坏的以使得能够以位于储藏范围附近的最少设施和处理来进行容纳。

本专利申请中提到的第一容纳系统解决方案是由复合材料以及至少一个聚合涂层制成，所述复合材料用于承载由内部压力产生的负荷，所述聚合涂层由非金属材料制成，在CNG运输、装载和卸载阶段期间不具有结构目的，通常称为“内衬”。与传统的高强度钢合金相比，复合储存罐的使用通过采用具有较高特定性能(材料的机械性能/密度)的材料而减轻了具有较厚结构的影响。

这些防腐蚀罐的创新之处在于具有更厚的复合物层以确保设计效率和负载载条件的方法。

非金属涂层应当是防腐蚀的且能够载运非处理或未加工的气体。在该非金属涂层是热塑性聚合物的情况下，预期使用能够耐碳氢化合物腐蚀的聚乙烯或类似物。在该非金属涂层是热固性树脂的情况下预期使用能够耐碳氢化合物腐蚀的聚酯、环氧树脂、基于聚双环戊二烯的树脂或类似物。具体来说，聚双环戊二烯树脂表现出与高密度聚乙烯相比在高压下的较低扩散率，且被视为最适合用于这些超高压力CNG应用。

由于高压缩应力，要求这些复合压力罐的极配件由金属合金制成，例如用不锈钢制成以承受压缩应力，在碳纤维加固的情况下，其不易腐蚀并避免与复合材料的电耦合。

本发明的第一方面涉及一种用于在超过200巴的压力下容纳或运输燃料的高压容器，所述高压容器(10)包括：

至少一个开口，用于气体装载和卸载以及用于液体排空；

内衬；以及

至少一个外部纤维层，设置在所述内衬的外侧上。

优选地，所述燃料是压缩天然气。

优选地，所述内衬是非金属的。

优选地，所述高压容器适合于在超过350巴、700巴或更优选高达1000巴的压力下储存和运输燃料。通过使用本文揭示的方法，适合于在超过1000巴的压力下储存燃料的容器也认为为是可能的。然而，认为使用目前的认证方法在超过1034巴的压力下认证压力容器将是困难的。然而，使用本文揭示的方法可实现超过所述情况的能力。

内衬可基本上为化学惰性的。

内衬可具有至少与不锈钢相同的耐腐蚀性。优选地，所述耐腐蚀性是相对于碳氢化合物或CNG或其它此类燃料以及此类流体中的例如H₂S和CO₂等杂质来说的。

非金属内衬可具有例如相对于碳氢化合物或CNG或此类流体中的例如H₂S和CO₂等杂质来说的、至少与不锈钢相同的耐腐蚀性，该不锈钢例如为AISI 316不锈钢。举例来说，例如根据ISO 15156，内衬可主要地、优选地或基本上为耐H₂S的。

可进一步保护内衬的内表面以便提供额外的可渗透性和腐蚀限制。该内衬的内部保护可为具有特定低可渗透性性质的额外的薄树脂层或薄金属层。在使用金属的情况下的薄保护层的沉积应涉及催化剂，其能够提供有机(聚合)衬底与选定低可渗透性金属之间的化学键合。

CNG可以包含以可变的比率混合的各种潜在组成部分，一些是呈其气相，而其它的呈液相，或两者的混合。这些组成部分将通常包括以下化合物中的一或多者：C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、C₅H₁₂、C₆H₁₄、C₇H₁₆、C₈H₁₈、C₉+碳氢化合物、CO₂和H₂S，以及潜在呈液体状态的甲苯、柴油和辛烷。

内衬可选自以下材料：高密度聚乙烯、高纯度聚双环戊二烯、基于聚双环戊二烯的高纯度聚环戊二烯树脂、环氧树脂、聚氯乙烯或已知碳氢化合物气体不可渗透的其它聚合物，尤其是不可渗透压缩天然气的聚合物——内衬合意地能够以液压方式容纳例如碳氢化合物和天然气的混合物等原料气体。内衬也优选地对来自此类气体的侵蚀为惰性的。

纤维层可由缠绕内衬的纤维制成。

纤维层中的纤维可选自碳纤维、石墨纤维、E玻璃纤维或S玻璃纤维。优选地，纤维是碳纤维。

纤维可涂覆有热塑性树脂或热固性树脂，从而形成复合层。优选地，纤维由热固性树脂涂覆。优选地，碳纤维在施加于内衬之前以热固性或热塑性树脂浸渍。优选地，纤维在以树脂浸渍之后缠绕在内衬周围。

热固性树脂可选自环氧树脂基树脂或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂。

优选地，树脂浸渍的纤维或正在浸渍的树脂在施加于内衬的外侧之前被加热。此原因在于高压容器需要厚复合物壁。随着侧壁的厚度增加，复合物的固化不以均匀速率发生，其中该壁的表面与壁的中部以不同的速率固化。这导致壁的邻近部分之间的不同热机械特性，且因此内部热应力累积。这些可随后导致壁中的残余内部热应力，且在容器加压后，它们可导致更高的局部应力(即，除了残余热应力之外的由内部压力引起的应力)。它们可导致不可预测的特性且可能导致。由此优选且合意的是使此效应最小化，其中加热有助于实现：

通过在纤维施加于内衬之前加热浸渍树脂或树脂浸渍的纤维，减轻或避免了立即从壁完全未开始固化的情形到整个厚度的壁必须固化的情形。这大大减少了内部应力。

如果树脂使得在室温下无法实现完全固化，那么可将整个容器放在固化炉中以完成固化过程。

结合上文或替代于上文，高压容器的纤维层可在多个单独阶段中形成且固化。此过程也是旨在努力减少复合物壁内的内部热应力。复合物壁可以“多层”积累，借此产生并固化某一厚度的壁(小于壁的总体所需厚度)。选定的层厚度是已知薄到足以一旦固化便产生合适不含应力的区段的厚度。一旦第一层完全冷却，便施加且固化另一层，以此类推，直到达到所需壁的厚度。

优选地，高压容器在复合层固化时旋转。这可在每一单层的固化阶段期间(如果采用层方法)、在整个壁厚度的单一固化阶段期间或实际上在整个过程期间进行。这样做会避免重力影响未完全固化的任何树脂，重力的影响可导致在一旦加压后的不对称性和应力集中。

容器可进一步包括设置于内衬的内侧上的金属内部涂层。

金属内部涂层可以例如根据ISO 15156主要为耐H₂S的。

金属内部涂层应优选地在其屈服强度的80％下对于100kPa(15psi)的H₂S局部压力不出现硫化物应力破裂，H₂S局部压力(以兆帕-磅/平方英寸为单位)以如下方式计算：

$p_{H_{2}S}=p\×\frac{x_{H_{2}S}}{100}$

其中，

p是系统总绝对压力，以兆帕(磅/平方英寸)表示；

是气体中的H₂S的摩尔分数，表示为百分比。

容器可进一步包括内置于内衬与纤维层之间的透气层。

透气层可包括玻璃纤维。

容器可进一步包括连接到透气层以用于检测气体泄漏的气体检测器。

透气层可有利地包括一体形成的气体检测装置，其能够在从内衬泄漏的情况下发出警报。可通过将该透气层一体形成到容器的壁中——例如所述层中，而连接到此装置。可通过无线传输到接收单元而操作该装置，该接收单元位于船上的其它地方、通常位于高压容器附近，例如载运工具上；例如，船体上、舱壁中、仪表板上或者腕表或某种其它便携式接收单元内的。

容器可在其大部分长度上是大体上圆筒形形状。纤维层在全部圆筒形形状上延伸并且在容器的基本上全部的端部上延伸，以便基本上完全覆盖内衬/容器。

容器的内径可在0.5米与5米之间。

该内径可在1.5米与3.5米之间。

容器可进一步包括用于进入和/或检验容器内部的检修孔。

优选地，本发明——高压容器——的所有以下实施例是用于储存或运输例如CNG等基于流体的气体或燃料，且具有在13t/MMscf到65t/MMscf或甚至高达100t/MMscf的范围内的重量/气体容量比。t/MMscf是指公吨/百万标准立方英尺，其中百万标准立方英尺是用于量化高压容器内的可用CNG的量的标准项。重量指代以公吨计的容器的空重量(质量)。气体或燃料可为气态和液状的混合物，例如具有液体成分的气体，或更优选地其主要或完全呈气体状态。

标准立方英尺(简写为scf)是气体量的量度，等于在60华氏温度(15.6摄氏温度)和14.696psi(1个大气压或101.325kPa)或14.73psi(30英寸汞柱或101.6kPa)的压力下的体积的立方英尺。标准立方英尺因此不是体积而是数量的单位，且标准立方英尺到标准立方米的转换与将立方英尺转换为立方米(乘以0.0283...)不同，因为所使用的标准温度和压力是不同的。假定为理想气体，那么使用14.73psi的惯例的标准立方英尺表示1.19804摩尔(0.0026412磅摩尔)，等于0.026853标准立方米。

石油领域中气体体积的常见单位包含ccf(百立方英尺)、Mcf(千立方英尺)、MMcf(百万立方英尺)、Bcf(十亿立方英尺)、Tcf(万亿立方英尺)、Qcf(10的15次方立方英尺)等等。M指代千的罗马数字。两个M将是一千千，或一百万。用于“标准”的s有时包含，但经常省略且暗示。这在本发明的以上陈述中已使用过。

高压容器的结构重量可通过对空高压容器(从任何管道系统移除的容器)进行称重来确定。然而，给定高压容器的大小，重量(质量)，那么重量通常可以是能够计算或确定的值——例如通过考虑壁厚度、大小和形状及其材料组成，而且通常重量会在合格证上示出。这样便可以允许例如在船上用合适的结构对该容器进行支撑，该合适的结构被设计成符合由通行规章和载运工具规范以及由相关管理机构所制定的适用安全因数。

例如当装载成250巴的CNG压力和20℃的温度时，或者可能地，当在所述温度下装载成300巴的压力时，或者当装载成其保证(或已认证的)最大压力或气体容量(例如，以scf为单位)时，优选地，结构重量与运输气体重量之间的比率在0.7[t/t]到3.4[t/t]的范围内。

由于以scf为单位的气体量无论其压力和温度如何均具有恒定重量(质量)，因此充分装载的高压容器(即，装载到其认证的容量的容器)所呈现的比率不取决于温度和压力。

在使用例如玻璃基的复合物类型3或4高压容器的情况下，重量/保证的最大气体容量的比率优选在35[t/Mscf]到65[t/Mscf]之间或甚至高达100[t/Mscf]的范围内。这可符合由认证使用的安全因素。此外，优选地，结构重量与已认证的最大运输气体重量之间的比率在1.8[t/t]到3.4[t/t]或甚至高达5.0[t/t]的范围内，例如当装载成250巴的CNG压力和20℃的温度时。

在使用例如基于碳的复合物类型3或4高压容器的情况下，重量/认证的最大气体容量的比率优选在13[t/Mscf]到22[t/Mscf]之间或甚至高达40[t/Mscf]的范围内。这可符合由认证使用的安全因素。此外，优选地，结构重量与已认证的最大运输气体重量之间的比率在0.7[t/t]到1.2[t/t]或甚至高达2.0[t/t]的范围内，例如当装载成250巴的CNG压力和20℃的温度时。

优选地，高压容器具有收缩包裹在复合物上的防水外包裹物。

本发明还提供包括如上限定的多个可检验高压容器的模块或隔室，各高压容器互相连接以用于装载和卸载操作。

本发明还提供一种使用如上限定的至少一个高压容器或模块或隔室在陆上或海上储存或运输气体、尤其是压缩天然气的方法，所述气体容纳在其高压容器内。

本发明还提供一种生产适合于在超过至少200巴、优选超过250巴或700巴且更优选为1000巴或1050巴的压力下使用的高压容器的方法，所述方法包括：制造圆柱形内衬，用树脂浸渍纤维，将浸渍过的纤维缠绕在内衬周围直到纤维壁达到所要厚度，以及固化浸渍过的纤维壁。

优选地，例如在将纤维缠绕到内衬上之前加热浸渍树脂。这可以在使用树脂浸渍纤维之前或之后进行。

优选地，纤维丝缠绕是以多阶段的方式进行，由此小于所需厚度的厚度——“层”——缠绕到内衬上且固化，然后施加且固化另一层。随后此过程继续下去，直到达到所要壁厚度。

此过程的重复次数是任意的且取决于容器壁的所要厚度。对于给定所要壁厚度，所施加单独层的数目越大，层越薄且因此厚度的热分布越均匀，因此产生较低的热应力。

优选地，高压容器在其纤维壁或纤维层固化时旋转。这可在每一单独层的固化(如果采用层的方法)阶段期间、在整个壁厚度的单个固化阶段期间或实际上恒定地在整个过程期间进行。这样做会避免重力影响未完全固化的任何树脂，重力影响可导致在加压时的不对称性和应力集中。

本发明还提供一种用于运输气体、尤其是压缩天然气的载运工具，所述载运工具包括如上限定的至少一个容器或者模块或隔室。

所述载运工具可为船。

所述载运工具可具有多个高压容器。各个高压容器可全部互连，或者它们可以成组互连或在它们的模块/隔室内互连。

高压容器也可用于非燃料应用，包括由戴水肺的潜水员、医院、紧急服务和消防员使用的呼吸罐，在这种情况下容纳的气体可为加压空气或氧气或者其它可呼吸的气体混合物，或者该高压容器甚至可以用于非呼吸应用，包括储存压缩气体，所述压缩气体例如为氦气、压缩氮气、压缩CO₂和处于例如化学工厂中的目前加压储存装置中的其它气体。本文揭示的容器的最大高压使得这些压缩气体储存装置的储存和可管理性比如今广泛使用的目前全钢类型1罐在用户友好性方面好得多，其又可意味着还可提供较大的体积，同时仍允许压力容器在可操控性方面能由用户管理(非常大的压力容器比相同重量的较小容器或甚至对于许多应用来说较小但更重的容器更难以操作或操控)。

然而还已知，复合包裹物的聚合物基质对外包裹物增加极少强度或不增加强度。因此，本发明还可以另一种新颖的缠绕布置使用，所述布置使用干丝状材料，该干丝状材料以干燥状态设置于压力容器内衬上且在压力容器的使用寿命中保持基本干燥的状态(即，始终不以树脂浸渍的方式来结合)。这种用丝状材料的干燥包裹还避免浸渍树脂中的空气滞留的可能性，所述空气滞留将导致复合物结构内的非均质负载传递。

“基本干燥的状态”不限于压力容器未暴露于例如海洋或河流应用(例如，水肺潜水)等水的情形。毕竟，在这些情形中丝状材料可通过环境湿气或潜水员潜入的水而变湿润或潮湿。因此，术语“干燥的状态”改为用以表示丝状材料在设置于容器的内衬上时的状态，所述丝状材料在当时为“干燥的”，即不以树脂浸渍，且该丝状材料甚至在容器投入使用时也保持所述干燥(不以树脂浸渍)状态。在上下文中的基本干燥因此不排除丝/纤维被水润湿或浸入水中的情形。该丝状材料仅在其不以树脂浸渍的意义上为干燥的。

外部聚合物层或涂层可施加在干丝状材料上以用于这些干丝的外表面上的环境暴露保护或抗性。

这些额外的“干燥包裹”压力容器类型——该干燥包裹可应用于类型2至类型5和类型7压力容器形式中的任何一个——也可以以这些新颖方式来使用。

用于优选压力容器的一个结构是一种这样的容器：即，在该容器大部分长度上具有大体上圆柱形形状且具有至少一个不锈钢层作为用于与容器内的压缩流体接触的第一层，所述第一层由低碳不锈钢制成，且所述容器进一步具有由至少一个纤维加固聚合物层制成的另一外部复合物层，该复合物层不与容器内容纳的流体接触。

容器具有用于气体装载和卸载的至少一开口。通常该开口位于一个端部。一般还在相对端部处设置开口。处于各端的这些开口可以称为轴向开口。在使用类型3到类型5压力容器的情况下，两个轴向开口越相似，丝的包裹型式越高效。举例来说，各个轴向开口可均为圆形的，且它们可均具有相同直径。

多个压力容器可布置在模块或隔室中，且压力容器可经互连以用于装载和卸载操作。

优选地，各个容器全部具有相同的高度、长度或直径。一些容器可具有不同高度、长度或直径以允许这些容器定制配合到在相关载运工具或模块或隔室内为其提供的空间中。

这种或任何其它压力容器可进一步包括内置在内衬与复合物层(例如，碳纤维层)之间的绝缘层。

所述绝缘层可为透气层。

所述压力容器可进一步包括内置于金属内衬与纤维层之间的透气层。

所述透气层可包括玻璃纤维。

所述压力容器可进一步包括连接到透气层以用于检测气体泄漏的气体检测器。

所述压力容器的另一构造也可为在其大部分长度上为大体上圆柱形形状，以及用于气体装载和卸载的至少一个开口。然而，以此构造的压力容器包括金属内衬、在金属内衬外部且邻近于金属内衬的第一纤维层，以及在第一纤维层外部且邻近于第一纤维层的第二纤维层。所述第一和第二纤维层由不同材料制成。

所述金属内衬可为不可透气的和/或耐腐蚀的。

所述金属内衬可选自以下材料：钢、不锈钢、镍基合金、双相钢、铝、铝合金、钛和钛合金。

所述纤维层中的任一者或两者可由在金属内衬周围缠绕的纤维制成。

所述第一纤维层可包括碳纤维。

所述第二纤维层可包括玻璃纤维。

可以以这些方式利用的另一形式的压力容器具有主体和入口，所述主体限定其中可储存压缩气体/流体的内部空间，所述入口用于将压缩气体/流体装载到所述容器中，所述容器的主体包括完全且仅由纤维加固型丝缠绕复合材料制成的结构壳，所述材料包括纤维和对压力容器的既定内含物(即，压缩气体或流体)基本上不可渗透的基质。

优选在使用中，压缩气体/流体与该结构壳的内侧直接接触。

优选地，该结构壳包括一个圆筒形区段和两个终端，在圆筒区段的每一端有一个终端，所述圆柱形区段和终端全部由纤维加固型丝缠绕复合材料制成。

优选地，所述终端是圆顶状终端。

优选地，所述圆顶状终端具有与容器周围的纤维的螺旋包裹过程相关的几何形状。

优选地，复合材料的纤维包括碳纤维、玻璃纤维或商标为的纤维中的至少一者。

优选地，复合材料的树脂包括聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、高纯度双环戊二烯树脂、双马来酰亚胺树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一者。

制造此复合物压力容器的方法涉及以下步骤：提供一次性心轴以及在所述一次性心轴周围缠绕丝纤维以形成压力容器的形状，所述形状包含入口/出口。所述入口/出口通常是处于该压力容器端部中的孔口。可存在两个孔口，每一端部中有一个。所述端部通常是相对的端部。

所述方法通常涉及在复合物固化之后通过所述入口/出口移除所述一次性心轴的步骤。

优选地，所述方法包括以下步骤：聚集丝纤维以形成带，然后将其缠绕在所述一次性心轴周围。

优选地，所述方法包括以下步骤：用树脂浸渍所述丝纤维，然后将所述纤维缠绕在所述一次性心轴周围。

优选地，在所述纤维已形成为带之后且通过将所述带浸没到一批树脂中(例如，树脂浸渍池中)而浸渍所述纤维。

优选地，所述方法包括以下步骤：在复合物围绕所述一次性心轴的同时使所述复合物固化至少达到其自支撑的足够程度。

优选地，所述方法包括以下进一步步骤：固化所述复合物，并且一旦所述复合物已固化至少达到其自支撑的足够程度便移除所述一次性心轴。

优选地，所述方法包括多阶段固化过程以避免/减少复合物中的热引发的机械缺陷。

优选地，绕丝机适合与具有增加的壁厚度的容器一起使用。

优选地，所述心轴包括冰，且因此所述心轴的移除过程可包括融化冰。

优选地，所述心轴包括压实沙，且因此所述心轴的移除过程可包括将沙摇出容器。

所述心轴可包括架子，且因此所述心轴的移除过程可包括收缩所述架子。

所述心轴可包括由可溶解化学化合物(例如可溶解于水的化合物)形成的结构，且因此所述心轴的移除过程可包括将所述结构溶解为液体状态。

这些压力容器也可安装在例如小汽车、卡车、公共汽车、火车、轮船或甚至飞机等载运工具中。

还应注意，这些高压容器也可应用于非载运工具用途，包括需要容纳非燃料的某种其它气体的那些用途，例如空气供应、一般气体分布应用、医疗服务、工业服务、例如水肺潜水等娱乐服务以及例如灭火器和呼吸设备等紧急服务要求。实际上在加压钢制压力容器目前所使用的任何情形下改换为本文提供的高压解决方案中的一者时都会发现益处。

本发明还设想将上文列出的各种任选或优选特征组合为其它类型的压力容器，且还设想在所列出应用中使用那些以此修改的压力容器。

根据本发明的高压容器可减少运输的每千克气体(尤其是CNG)的容器的成本。

本发明的又一优点可减少运输单位体积的气体(且尤其是CNG)的高压容器的重量。

本发明可允许将较少塑料材料用于高压容器，同时维持其耐腐蚀性。

本发明通过允许安全地运输较高密度的气体而不使用复杂工艺设施来冷却且可能的液化流体从而实现全部这些目的。

附图说明

图1A是根据本发明的压力容器的检修孔或开口区段的示意性剖视图；

图1B是根据本发明的压力容器的检修孔或开口区段的详细示意性剖视图；

图2是根据本发明的一个方面的高压容器的示意性剖视图；

图3、4和5分别从顶侧、底侧和上方以透视图示意性说明在模块或隔室中的多个容器的布置；

图6A、6B和6C示意性说明在模块中和在船体中的容器的可能布置；

图7示意性示出穿过船体的截面，示出并排布置的两个模块；以及

图8示意性示出顶侧管道系统的更详细视图。

图9是根据本发明的又一方面的高压容器的示意性剖视图；

图10是图9的容器的壁截面的特写图；

图11是根据本发明的又一方面的高压容器的示意性剖视图；

图12是根据本发明的又一方面的高压容器的示意性剖视图；

图13是根据本发明的潜在气体泄漏检测系统的示意性特写图；

图14是根据本发明的又一方面的高压容器的示意性剖视图；

图15和16示出缠绕技术；

图17示出穿过压力容器的最终实施例的截面图；

具体实施方式

本文描述的所有以下实施例设计和设想成能够在超过200巴、更优选超过350巴或700巴或最优选高达1000巴或1050巴的压力下容纳和运输燃料或气体，尤其是气态燃料，且尤其是CNG。除非明确规定，术语“压力容器”和“高压容器”经常可互换使用，且因此不严格指定各特定容器可承受的压力差。

此外，虽然以下通常所述的压力容器是用于容纳或运输CNG，但这不排除其容纳或运输其它气体和燃料的可能性，且因此本文包含的所有容器设想成能够用于大量不同燃料或气体。

最终，所有附图仅是示意性的且因此未按比例绘制。因此，所示壁厚不是准确的且可能不具有足够尺寸来承受所示已声明的压力。

也称为纤维加固型塑料的纤维加固型聚合物是复合材料，包括由通常为玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维或碳等纤维加固的聚合物基质；所述聚合物通常是环氧树脂、乙烯基脂、聚酯或另一热固性聚合物或其混合物。合意地，该聚合物是用于本文所描述的应用或实施例的合适压力容器的部件，且将在类型2到类型8的压力容器中的每一个中找到。

本发明的第一实施例、具体地，在本文档中称为类型4高压容器的实施例涉及一种具体用于容纳或运输压缩天然气的高压容器。如图2所示，根据本发明的一个方面的高压容器10包括：至少一个开口71、72，其用于气体装载和卸载且用于液体排空；非金属内衬2；及至少一个外部纤维层3，其设置在非金属内衬2外侧上。通过此布置，内衬2可由外部复合物层3包裹或包围。

内部非金属内衬2能够以液压方式容纳原料气体，因为为内衬选择合适的热塑性或热固性材料以使得其由于微结构性质而不透气。由于这些材料中的空间布置和/或化学亲和性，天然气分子无法穿过内衬。用于内衬的合适材料包含聚合物，例如高密度聚乙烯(HDPE)和高纯度聚双环戊二烯(DCPD)。然而，能够以液压方式容纳原料气体的其它材料是已知的，且由此可以改为使用所述材料。

优选地，内部内衬2在气体(优选为CNG)运输、装载和卸载阶段期间不具有结构上的目的。

非金属内衬2应当是防腐蚀的且能够载运非处理或未加工的气体，即原料CNG。如果非金属内衬2由热塑性聚合物制成，那么可优选使用能够耐碳氢化合物腐蚀的聚乙烯或类似塑料。

此些内衬的制造优选通过旋转模制来实现。举例来说，用装入量或注射量的材料填充受热中空模具。随后使其缓慢旋转(通常围绕相对于彼此垂直的两条轴线)，因此致使软化的材料分散且粘附到模具的壁。为了维持整个内衬的厚度均匀，模具在整个加热阶段期间持续旋转，并且还要在冷却阶段期间避免下垂或变形。

如果非金属内衬2由热固性树脂制成，那么可优选使用能够耐碳氢化合物腐蚀的聚酯、环氧树脂、基于聚双环戊二烯的树脂或类似塑料。该内衬的制造也可以通过旋转模制来完成。举例来说，用未硬化的热固性材料填充中空模具，且随后使其缓慢旋转，从而致使未硬化的材料分散且粘附到模具的壁。

应了解，由于热固性化合物粘性较低，仅绕一条轴线旋转可为足够的，对于后一实施例尤其如此。

为了维持整个内衬的厚度均匀，通常模具将在硬化阶段(通过催化剂)期间持续旋转。这也可帮助避免下垂或变形。

此构造还允许罐能够载运多种气体，例如直接来自钻井的原料气体，包括：原料天然气，例如经压缩的原料天然气——原料CNG或RCNG，或H₂或CO₂或经处理的天然气(甲烷)；或者原料天然气或部分处理的天然气，其例如具有高达14％摩尔的CO₂份额、高达1,000ppm的H₂S份额，或H₂和CO₂气体杂质，或其它杂质或腐蚀性物质。然而，优选用途是CNG运输，其为原料CNG、部分处理的CNG或清洁的CNG——经处理达到可交付给例如商业、工业或住宅等最终用户的标准。

CNG可以包括以可变比率混合的各种潜在组成部分，这些组成部分中一些是呈其气相，而其它的呈液相，或是两者的混合。这些组成部分通常包括以下化合物中的一或多个：C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、C₅H₁₂、C₆H₁₄、C₇H₁₆、C₈H₁₈、C₉+碳氢化合物、CO₂和H₂S，与潜在呈液体状态的甲苯、柴油和辛烷，以及其它杂质/物质。

非金属内衬2可以设置成使得在纤维3的缠绕期间非金属内衬2仅必须承载由于制造所致的应力，而在气体的加压运输期间的结构性支撑将由外部复合物层3承担或提供。

非金属内衬2的内部表面可有利地由内部涂层1涂覆，以便增强可渗透性和耐腐蚀性。参见图1B中的任选虚线，其仅示出内部表面的一部分。其在实际中位于整个表面上，但在此仅为了说明性目的而示出。

非金属内衬2的内部涂层1可以是具有特定低可渗透性性质的树脂制特殊薄层，或是薄金属层。在使用金属的情况下，薄保护层1的沉积可优选地涉及催化剂，该催化剂能够提供有机(聚合)衬底与选定的低可渗透性金属之间的化学结合，或该催化剂涉及溶液，所述溶液包括优选金属的盐、络合剂和还原剂。

外部复合物层3将通常为纤维加固型聚合物(基于玻璃纤维的复合物，或碳/石墨纤维，或芳族聚酰胺纤维)，且将其提供为加固件。该复合物层成形成基本上完全包裹容器10(包括容器的端部端部部的大部分)并且在服使用期间提供结构性用途。

如果使用玻璃纤维，那么可优选但不限于使用E玻璃纤维或S玻璃纤维，这些玻璃纤维优选地具有1,500MPa或更高的建议极限强度和/或70GPa或更高的建议杨氏模量。如果使用碳纤维，那么可优选但不限于使用碳纱，所述碳纱优选具有3,200MPa或更高的强度和/或230GPa或更高的杨氏模量。优选每条碳纱具有12,000、24,000或48,000条丝。

复合物基质可优选为热固性或热塑性的聚合树脂，且更精确来说，如果是热固性的，那么其可为环氧树脂基树脂。

高压容器10可进一步包括内置于非金属内衬2与纤维层3之间的透气层。有利地，所述透气层包括玻璃纤维。高压容器10可进一步包括连接到透气层以用于检测气体泄漏的气体检测器。

外部复合物层3的最外部可进一步例如根据NGV2-2007或其它国际认可的标准和测试程序来使用具有高耐火性的树脂进行浸渍，，以便保护容器10免于发生火灾。此树脂可为热固性的，例如酚醛聚合物。

参见图2，在罐端部端部11和/或12中的至少一者处的开口71和/或72可采取喷嘴的形式，其也由复合材料制成，优选地，其中，加固纤维为碳或石墨，且树脂基质是环氧树脂基的。

复合物排气口的制造可涉及所谓的闭模成型技术。

复合物排气口可一体形成在复合物压力容器结构中，使得纤维在压力容器头部上的缠绕力引发排气口处于压缩状态，排气口位于缠绕复合物与内衬之间。

复合物排气口可在外表面中具有能够直接连接位于工艺管线或燃料管线中的阀、管和其它部件的螺纹孔，而在压力容器形状外部不具有零件，因此减少容纳压力容器自身所需的空间。

替代于复合物排气口，金属排气口可为优选的，对于要经受高于300巴的压力的实施例尤其如此。这是因为压缩应力可使得复合物排气口的使用过于复杂或不能实行，原因是需要使排气口尺寸过大以允许预期水平的压缩应力。

在所述非金属内衬2上制造外部复合物层3的过程优选涉及缠绕技术。这可潜在地在生产时间方面带来高效率。而且，其可潜在地提供纤维定向上的良好精度。此外该技术可提供良好的质量重复性。

缠绕设备需要适合于处置与现有应用相比较大和/或较重的容器。此缠绕设备需要较大轴承、加固轴杆和另外的适配件以确保可充分支撑所需的厚侧壁。

加固纤维优选通过后张力在心轴上缠绕。心轴由非金属内衬2构成。非金属内衬2因此构成用于此技术的阳模。有利地，在纤维已经预先浸渍在树脂中之后执行缠绕。浸渍过的纤维因此优选在所述非金属内衬2上成层沉积，直到达到针对给定直径的所需厚度为止。

由于本发明的容器使用时所处的压力大大高于目前使用的任何设计，因此复合物层3厚度必须比目前的设计更厚。所需复合物层3的厚度可使用所属领域的技术人员已知的通常方法来计算，前提是要考虑具有厚壁的影响。

层3的增加的厚度存在若干问题，这些问题已在先前被视为妨碍具有此设计的容器10在商业上的应用。

较厚区段花费较长时间来固化，且这经常导致层3的某些深度固化，而其它深度未固化。这又导致热感应应力，这是不可接受的。

为了减少热感应应力的发生，可单独或组合使用若干方法。在本实施例中，在丝缠绕之前加热正在浸渍的树脂。如下文阐释，这经常是针对热塑性树脂而做的，然而对于热固性树脂不是通常实践，且温度也不同于热塑性树脂的标准实践。

以所属领域的技术人员已知的常规方法进行加热(例如，在围绕心轴进行实际缠绕之前加热纤维穿过的一批树脂)，且将其加热到的温度对于正使用的树脂是特定的。这意味着浸渍过的纤维将沉积在心轴(非金属内衬2)上，同时树脂已经开始固化过程。这减少了壁的中部以不同于表面的速率固化的厚壁效应。

另外，将复合物层3在若干阶段中缠绕且固化，其中每一阶段使厚度增加一定量，该增加的厚度可随后固化，同时积累可接受的低量热应力。此渐进式的方法消除了同时固化较大厚度的复合物的需要。

最终，容器不仅在缠绕过程期间旋转，而且也在固化过程期间旋转。这确保未经固化的树脂不会由于重力而在任何地方移动或积累。积累树脂对于厚结构来说风险相当大。

由于本发明涉及基本上被完全包裹的高压容器10，因此在生产过程中可优选使用用于纤维的多轴十字头。

优选地，该过程还包括以结构性外部复合物层3来覆盖高压容器10的大部分端部(11，12)。

如果使用热固性树脂，那么可使用浸渍篮来浸渍纤维，然后用纤维绕非金属内衬2的周围进行实际缠绕。随后如上所述，加热浸渍过的纤维来作为所述方法的部分，以减少容器的厚复合物层3中的热感应应力。

如果使用热塑性树脂，那么在如上文提到的纤维沉积之前可加热树脂，以便恰好在到达心轴之前熔化树脂，或可在纤维作为复合材料沉积在金属内衬上之前用热塑性树脂浸渍纤维。在沉积纤维之前再次加热树脂，以便恰好在纤维和树脂复合物到达非金属内衬2之前熔化树脂。随后可以在如上所述的阶段中施加和固化该复合物。

另外，如关于本发明的第一实施例所述，多种方法可用以减少可能会在厚复合物层中积累的热应力，这对于承受高得多的压力来说是必要的。

由于本发明的容器使用时所处的压力大大高于目前使用的任何设计，因此复合物层厚度必须比目前的设计厚。所需复合物层的厚度可使用所属领域的技术人员已知的通常方法来计算，前提是要考虑具有厚壁的影响。

层的增加的厚度存在若干问题，这些问题已在先前被视为妨碍具有此设计的容器在商业上的应用。

较厚区段花费较长时间来固化，且这经常导致层的某些深度固化，而其它深度未固化。这又导致热感应应力，这是不可接受的。

为了减少热感应应力的发生，可单独或组合地使用若干方法。在本实施例中，在丝缠绕之前加热正在浸渍的树脂。如下文阐释，这经常是针对热塑性树脂而做的，然而此对于热固性树脂不是常用实践，且温度也不同于热塑性树脂的标准实践。

以所属领域的技术人员已知的常规方法进行加热，且将其加热到的温度对于正使用的树脂是特定的。这意味着浸渍过的纤维将沉积在心轴上，其中树脂已经开始固化过程。这减少了壁的中部以不同于表面的速率固化的厚壁效应。

另外，将复合物层在若干阶段中缠绕且固化，其中每一阶段使厚度增加一定量，该增加的厚度可随后固化，同时积累可接受的低量热应力来。此渐进式的方法消除了同时固化较大厚度的复合物的需要。

最终，容器不仅在缠绕过程期间旋转，而且也在固化过程期间旋转。这确保未经固化的树脂不会由于重力而在任何地方移动或积累。这对于厚结构来说风险相当大。

高压容器10可优选具备至少一个开口71和/或72，所述开口用于将气体装载和卸载以及将液体排空。开口71和/或72可定位于容器10的任一端部11、12处，但如图2所示，优选地，在底端12处设置开口72。有利地，该开口可为用于连接到管道系统的12英寸(30cm)的开口。

高压容器10还在顶端11处具有开口71，且有利地，该开口的形式为至少18英寸(45cm)宽的检修孔6，例如为具有已密封盖或可密封盖的一个检修孔(或更优选地，24英寸(60cm)的检修孔)。优选地，根据ASME(美国机械工程师学会)标准来设置该孔。优选地，开口71设置有封闭装置73(见图1A)，该封闭装置例如通过用插销固定而允许在气体运输期间对开口进行密封封闭，但允许当容器10在不使用时例如由人移除封闭装置并且通过开口/检修孔6爬入容器中而进行内部检验。

图3说明在模块或隔室40中的多个容器的有利布置。高压容器10可布置在船体(见图7)中处于模块或隔室40中，且各个容器10可例如经由管道系统61互连以进行装载和卸载操作。在优选的构造中，此些模块或隔室40具有四个边缘(是四边形)且含有多个容器10。所选容器的数目将取决于容器直径或形状以及模块或隔室40的大小。此外，模块或隔室的数目将取决于用于容纳模块或隔室40的船体的结构约束。不需要所有模块或隔室都具有相同大小或形状，且同样它们不需要容纳相同大小或形状的高压容器，或相同数目的高压容器。

本发明的此方面——多个容器的布置——可应用于根据本发明的高压容器所描述的实施例中的任一个或根据本发明的任何其它高压容器。

容器10可在模块或隔室内呈规则阵列——在所示实施例中为4x7阵列。在同一模块(即，具有不同大小的高压容器)或在不同大小的模块中也可以预期其它阵列大小，且可选择或设计这些布置方式以适当地配合在船体中。

出于外部检验能力的原因，优选地，模块或隔室40内的各个容器10之间的距离为至少380mm或更优选地，为至少600mm。这些距离还允许当装载有加压气体时用于容器膨胀的空间——当装载时容器的体积可膨胀2％或更多(且周围温度的改变也可致使容器改变其体积)。

优选地，也是出于外部检验能力原因，和/或为了允许容器膨胀，各模块或隔室40之间，或者靠外部的容器10A与模块或隔室40的壁或边界40A之间，或者相邻模块或隔室40的邻近的靠外部的容器之间(例如在无实体壁分离相邻的模块或隔室40的情况下)的距离为至少600mm或更优选地为至少1m。压力容器之间的较远距离还考虑到在货船船体泄漏的情况下由于超过350巴或700巴或最优选地高达1000巴或1050巴的较高操作压力所致的增加的焦耳-汤姆逊效应(气体膨胀和温度下降)。

仍参见图3，每一行(或列)的各个高压容器由用于装载和卸载操作的管道系统60互连，该管道系统例如经由优选12英寸(30cm)开口72从每一容器10的底部12开始，再例如经由电动阀到达主集管。

这些主集管可包括各种不同压力水平，例如其中的三者(高——例如1000巴，中——例如600巴或400巴和低——例如250巴或120巴)，并包括一个吹除集管和用于惰性目的的一个氮气集管。

还如图3所示，容器10优选垂直安装，并优选安装在专用支撑件或托架上，或通过皮带绑到适当位置中。支撑件(未图示)固持容器10，以避免各容器相对于彼此的水平位移。夹具、托架或其它常规高压容器保持系统可用于此目的，这些保持系统例如是紧固每一容器的主圆筒的箍环或条带。

支撑件可设计成例如通过具有一些弹性而适应容器膨胀。

如果各个容器10是垂直安装的，那么它们在由船运动导致的随动动态负载中较不关键。而且，垂直布置允许在必要时更容易地将单个容器放置在模块或隔室40中——不需要首先从上方移除其它容器便可以将这些容器提升出来。此构造也可潜在地允许快速的安装时间。将容器10安装在垂直位置中还允许冷凝液体在重力的影响下下落到底部，由此可以使用例如每一容器10的底部处的12英寸开口72从容器卸载。

有利地，气体的卸载也从容器10的底部进行。

由于管道和阀60的大部分朝向模块40的底部安装，整个布置的重心也在较低位置中，这尤其对于提高在海上或在气体运输期间的稳定性是推荐或优选的。

模块或隔室40优选保持在受控环境中，其中氮气占据容器10与模块的壁40A之间的空间，因此减少火灾危险。或者，发动机所排放的气体由于其成分中富含CO₂而可用于此惰化功能。

通过最大化个别容器10的大小，例如通过将其制成(例如)直径高达6米且长度高达30米，可减少用于容纳相同总体积的容器10的总数量，其又允许减少连接和管道间的复杂性，且因此减少可能的泄漏点的数目，所述泄漏点通常发生在例如焊接、接头和歧管等较弱位置中。优选的布置方式要求至少2m的直径。

使用与气体储存相同的互连概念，可留出用于液体储存(例如冷凝物)的一个专用模块。各个模块40因此潜在地全部连接在一起以允许将此液体从其它模块40分配到该专用模块——船通常具有多个模块40。

进出气体储存管道可有利地通过阀连接歧管与计量、加热和/或吹除系统和清扫系统中的至少一者联接。这些系统可优选地由分布式控制系统(DCS)远程激活。

管道直径优选如下：

18英寸，用于专用于CNG装载/卸载的三个主集管(低、中和高压)。

24英寸，用于吹除CNG管线。

6英寸，用于将惰性气体馈给模块的管。

10英寸，用于吹除惰性气体管线。

10英寸，用于专用于可能的液体装载/卸载的管。

如国际规程、标准和规则所预见的，所有模块可优选地配备足够的灭火系统，。

优选为CNG的运输气体通常处于超过200巴、且潜在地超过350巴、600巴、700巴或800巴、且潜在地峰值达到1000巴或1050巴的压力。

除了如第一特定实施例所描述的高压版的类型4压力容器以外，其它形式的压力容器也可符合本发明。这些其它形式的压力容器包括可称为类型5、类型6、类型7和类型8压力容器的那些压力容器。还可能应用这些各种不同压力容器类型的其它经修改版本。但具体来说，除了以上第一实施例，本发明还可应用于类型3、类型5、类型6、类型7和类型8的压力容器。

可用的压力容器的类型概括如下：

类型1：全钢压力容器，其中金属用作用于容纳的结构；

类型2：复合物环向包裹钢罐，具有结构钢制的头部(圆顶)和混合材料制的主体(钢+纤维加固型聚合物，所述纤维加固件在环向区段中)，所述混合材料处于负载共享的状态中；

类型3：金属内衬与非金属结构化外包裹物。金属内衬仅用于容纳流体。非金属外部结构化外包裹物在优选布置中由纤维加固型聚合物制成，其它非金属外包裹物也是可以的。

类型4：非金属内衬与非金属结构化外包裹物。非金属内衬(例如热塑性或热固性聚合物内衬)仅用于容纳流体。非金属外部结构化外包裹物在优选布置中也可由纤维加固型聚合物制成。

类型5：完全非金属结构(无单独内衬)，其中非金属结构在衬底上形成，在制造过程完成之后该衬底被移除。

类型6：钢制主体区段与配装的复合物头部或圆顶。压力容器具有结构钢主体区段和通过密封接头配装到所述区段的纤维加固型聚合物头部或圆顶；

类型7：复合物环向包裹的钢制主体与配装的复合物头部或圆顶的。这类压力容器具有钢制并由纤维加固型聚合物环向包裹的混合的主体区段(其中材料处于负载共享状态)，和通过密封接头配合到所述区段的纤维加固型聚合物制头部或圆顶。

类型8：由非金属内衬与非金属结构外包裹物形成的近球体形压力容器(类似于以上类型4压力容器，但具有特定的近球体形状)。这些压力容器具有非金属内衬(例如热塑性或热固性聚合物)，其仅用于容纳流体。非金属外部结构化外包裹物在优选布置中通常由纤维加固型聚合物制成。

由此，如适合于高压用途的类型4压力容器，类型3、类型5、类型6、类型7或者类型8压力容器也符合本发明，所述压力容器用于储存或运输优选为CNG的高压气体，且与相等大小的已批准的类型1压力容器和相等大小的已批准的类型2压力容器两者相比具有显著增加的最大承压能力。该最大承压能力超过200巴，优选超过350或700巴，且更优选高达1000或甚至1050巴。

类型6压力容器包括复合物制的圆顶端和钢制圆柱形区段。虽然可在此类容器的制造期间使用根据本发明的方法以增加其最大承压能力，但圆柱形区段与圆顶区段之间的结合将提供应力集中，因此限制最大潜在承压能力。由此，将不进一步论述此类型的压力容器。

相关管理机构通常将重量和气体容量指派给特定压力容器或压力容器的特定设计以作为其“经认证”特性。这是因为压力容器通常必须在投入使用之前进行认证。

与之前一样，优选地，压力容器具有由相对于要储存或运输的燃料基本上为惰性的材料(即，当与所述燃料接触时其将往往不会腐蚀)形成的内壁或内表面。举例来说，该压力容器可具有至少AISI316不锈钢所具有的耐腐蚀性质或者根据ISO 15156，该压力容器可基本上耐H₂S或优选耐H₂S。

如上文阐释，能够承受高压力的容器需要较厚的壁区段。可使用所属领域的技术人员众所周知的传统方法来设计金属或复合物结构以承受这些负载和相关联的应力——前提是考虑到提供具有厚壁的影响。

与使容器适合于高压力相关联的大多数问题是在制造过程中而不是在设计阶段遇到的。由此，可能需要定制的制造设备和工艺。

可能不适合于高压力应用的标准设备的实例是绕丝机。由此，心轴绕丝机可能需要修改和加固以允许设备承受由增加的壁厚度带来的额外扭曲和重量。绕丝机的潜在问题同样适用于与本发明相关联的所有实施例的制造。

心轴且尤其是如本申请案中揭示的一次性心轴也可能必须定制以承受由较厚壁区段带来的较大力。在使用单独金属内衬或非金属内衬的情况下，可能不需要单独心轴，因为内衬自身可足够强以充当心轴。每一情况将必须个别地分析，因为与增加内衬厚度使得其可充当心轴相比，使用如本文描述的一次性心轴可能更有效。而且，这些问题同样适用于与本发明相关联的所有实施例的制造。

优选地，复合物通过多阶段固化过程而固化。使用用于厚复合物区段的单阶段固化过程会有损害机械性能的风险。性能降低的一个原因是由于热残余应力，该热残余应力通常是由于复合物的基质与纤维之间的热膨胀特性差异所致。使用多阶段固化过程减少了此效应的影响。

可以在本发明的实施例中的任一者内运输的其它燃料类型包含加压/液态氢、LNG、GTL(天然气制油)和LPG(液化石油气)。

现在参见其余附图，将描述其它合适的高压容器的实例。

图9和10的高压容器是类型3高压容器且由内部金属内衬与外部复合物层(200)制成，所述内衬为至少能够以液压方式或流体方式容纳例如CNG(20)等原料气体(压缩天然气)的第一层(100)。所述高压容器能够处置超过200巴或优选350巴或700巴或甚至更优选高达1000或1050巴的气体。

作为第一层(100)的所述金属内衬不需要在CNG(20)运输期间以提供结构性目的的形式而设置。然而，优选其应当至少是耐腐蚀的。优选材料是不锈钢或某种其它金属合金。

此构造还允许罐能够载运其它气体，这些气体例如具有高达14％摩尔的CO₂份额、高达1.5％摩尔的H₂S份额的天然气(甲烷)，或H₂和CO₂气体。然而优选用途是CNG运输。

CNG可以包含以可变的比率混合的各种潜在组成部分，一些是呈其气相而其它的呈液相，或两者的混合。这些组成部分将通常包括以下化合物中的一或多者：C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、C₅H₁₂、C₆H₁₄、C₇H₁₆、C₈H₁₈、C₉+碳氢化合物、CO₂和H₂S，与潜在呈液体状态的甲苯、柴油和辛烷。

该不锈钢优选为奥氏体不锈钢，例如AISI304、314、316或316L(其中碳的百分比含量较低)。如果使用某种其它金属合金，那么其优选为镍基合金或铝基合金，例如具有耐腐蚀性的镍基合金或铝基合金。

形成第一层(100)的金属内衬优选仅需要强到足以承受由容器的制造过程带来的应力以使自身不收缩，该应力例如为在纤维缠绕期间强加于其上的应力。这是因为在CNG(20)的加压运输期间的结构性支撑将改为由外部复合物层(200)提供。

使用至少一个纤维层的外部复合物层(200)是纤维加固型聚合物。该复合物层可例如基于玻璃纤维或碳/石墨纤维或芳族聚酸胺纤维或其组合。外部复合物层用作加固件，其完全包裹压力容器(10)，包含容器端部(11，12)，且在使用期间为容器提供结构强度。在使用玻璃纤维的情况下，优选但不限于使用E玻璃纤维或S型玻璃纤维。然而优选地，玻璃纤维具有1,500MPa或更高的建议抗拉强度和/或70GPa或更高的建议杨氏模量。在使用碳纤维的情况下，优选但不限于使用碳纱，所述碳纱优选具有3,200MPa或更高的抗拉强度和/或230GPa或更高的杨氏模量。优选每条碳纱具有12,000、24,000或48,000条丝。

复合物基质优选为热固性或热塑性的聚合树脂。如果是热固性，那么其可为环氧树脂基的树脂。

在所述金属内衬(第一层(100))上制造外部复合物层(200)的过程优选涉及缠绕技术。这可潜在地在生产时间方面带来高效率。而且，其可潜在地提供纤维定向上的良好精度。此外，该技术可提供良好的质量可重复性。

缠绕设备需要适合于处置与现有应用相比较大和/或较重的容器。此缠绕设备需要较大轴承、加固轴杆和另外的适配件以确保可充分支撑所需的厚侧壁。

加固纤维优选通过后张力在心轴上缠绕。心轴通常为内衬。该内衬因此构成用于此技术的阳模。缠绕过程通常在纤维已经预先浸渍在树脂中之后进行。浸渍过的纤维因此优选在所述金属内衬上成层沉积，直到达到针对给定直径的所需厚度为止。

由于本发明优选涉及基本上完全被包裹的高压容器(10)，因此在制造过程中可优选使用用于纤维的多轴十字头。

该过程优选包括以结构性外部复合物层(200)来覆盖压力容器(10)的端部(11，12)的大部分。

在使用热固性树脂的情况下，在纤维沉积之前可使用浸渍篮——用于在绕金属内衬(100)实际缠绕纤维之前浸渍纤维。

在使用热塑性树脂的情况下，在纤维沉积之前可加热树脂，以便恰好在到达心轴之前熔化树脂，或在纤维作为复合材料沉积在金属内衬上之前用热塑性树脂浸渍纤维。在沉积纤维之前再次加热树脂，以便恰好在纤维和树脂复合物到达金属内衬(100)之前熔化树脂。

另外，如关于本发明的第一实施例所述，多种方法可用以减少可能会在厚复合物层中积累的热应力，这对于承受高得多的压力来说是必要的。

由于本发明的容器使用时所处的压力大大高于目前使用的任何设计，因此复合物层厚度将必须比目前的设计厚。所需复合物层的厚度可使用所属领域的技术人员已知的通常方法来计算，前提是要考虑具有厚壁的影响。

层的增加的厚度存在若干问题，这些问题已在先前被视为妨碍具有此设计的容器在商业上的应用。

较厚区段花费较长时间来固化，且这经常导致层的某些深度固化，而其它深度未固化。这又导致热感应应力，这是不可接受的。

为了减少热感应应力的发生，可单独或组合地使用若干方法。在目前实施例中，在丝缠绕之前加热正在浸渍的树脂。如下文阐释，这经常是针对热塑性树脂而做的，然而此对于热固性树脂不是常用实践，且温度也不同于热塑性树脂的标准实践。

以所属领域的技术人员已知的常规方法进行加热，且将其加热到的温度对于正使用的树脂是特定的。这意味着浸渍过的纤维将沉积在心轴(金属内衬)上，其中树脂已经开始固化过程。这减少了壁的中心以不同于表面的速率固化的厚壁效应。

另外，将复合物层在若干阶段中缠绕且固化，其中每一阶段使厚度增加一定量，该增加的厚度可随后固化，同时积累可接受的低量热应力。此渐进式的方法消除了同时固化较大厚度的复合物的需要。

最终，容器不仅在缠绕过程期间旋转，而且在固化过程期间旋转。这确保未经固化的树脂不会由于重力而在任何地方移动或堆积。这对于厚结构来说风险大得多。

压力容器(10)设置有用于气体装载和卸载的开口(120)(此处设置有帽体或连接器)。该开口被设置成连接到管道系统——例如，燃料管线/通气调节器等。

所述容器还在顶端(11)处具有开口31。然而，这是可选的——其可以优选具有完全圆顶状的第二端部。

多个压力容器(10)可布置在模块或隔室中，且各压力容器可例如经由管道系统互连以例如用于装载和卸载操作。

用于固持压力容器的支撑件可例如通过具有一些弹性或通过将容器安装在其端部而设计成适应容器膨胀，由此圆柱形区段可径向地膨胀而无限制。

接着参见图11，该图示出了根据本发明的另一容器10。该容器10由能够进行液压或流体容纳的内部金属内衬200制成。金属内衬200的内侧在内部涂覆有非金属层110，例如聚合物层，其能够容纳例如CNG。所述金属内衬200不需要以在CNG运输、装载和卸载期间提供结构性目的的形式设置。

金属内衬200在内部涂覆有非金属耐腐蚀层110且所述内衬能够载运压缩气体。优选材料可为具有薄聚合物非金属层110的、碳钢涂覆的金属内衬200，该聚合物非金属层例如为环氧树脂、HDPE(高密度聚乙烯)或PVC(聚氯乙烯)。优选地，所述材料具有50MPa或更高的抗拉强度。优选地，所述材料具有3GPa或更高的杨氏模量。优选地，所述材料能够基本上是化学惰性的。优选地，所述材料能够防止多种化学成分(包含氯化物)的腐蚀。

此构造还允许容器10能够载运其它气体，这些气体例如具有高达14％摩尔的CO₂份额，高达1.5％摩尔的H₂S份额的天然气(甲烷)，或H₂或CO₂气体。然而优选用途是载运CNG。

CNG可以包含以可变的比率混合的各种潜在组成部分，一些是呈其气相而其它的呈液相，或两者的混合。这些组成部分将通常包括以下化合物中的一或多者：C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、C₅H₁₂、C₆H₁₄、C₇H₁₆、C₈H₁₈、C₉+碳氢化合物、CO₂和H₂S，与潜在呈液体状态的甲苯、柴油和辛烷。

金属内衬200优选仅需要强到足以承受由容器的制造过程带来的机械应力，该机械应力例如是在正施加外部纤维层300时强加于该金属内衬上的应力。这是因为在气体的加压运输期间的结构性支撑将改为由外部纤维层300提供。

如果金属内衬200由碳钢制得，那么碳钢可选自API(美国石油学会)5L X42或X60或ASTM(美国材料测试协会)A516，其具有350MPa或更高的优选抗拉强度。

外部纤维层300可优选选自基于碳/石墨纤维的纤维加固型聚合物，有利地，所述纤维层完全包裹容器10(包含容器端部)且在使用期间提供结构性贡献。

如果在外部纤维层300中使用碳纤维，那么优选但不限于使用具有3,200MPa或更高的优选抗拉强度和/或230GPa或更高的优选杨氏模量的碳纱。每条碳纱可有利地具有12,000、24,000或48,000条丝。

复合物基质优选为热固性或热塑性的聚合树脂。更精确地，如果使用热固性树脂，那么优选其应当是环氧树脂基的树脂，或者为乙烯基酯树脂或聚酯树脂。这还允许实现成本减少。

由于包括碳/环氧树脂复合物的外部纤维层300与用于金属内衬200的钢一样是导电的，因此有利的是，提供具有隔离性质的额外复合绝缘层以避免可能的电耦合。

此绝缘层可有利地由嵌入在环氧树脂中的玻璃纤维制成，因此匹配于外部层的树脂。关于玻璃纤维，优选但不限于使用E玻璃纤维或S玻璃纤维。然而优选地，玻璃纤维具有1,000MPa或更高的建议抗拉强度和/或70GPa或更高的杨氏模量。

或者，如图12中所示，将聚合物涂层用作绝缘层4可以是有用的。在此实施例中，该绝缘层位于内衬200与纤维层300之间。绝缘层4可有利地选自例如环氧树脂、HDPE(高密度聚乙烯)或PVC(聚氯乙烯)等材料。优选地，所述涂层具有50MPa或更高的抗拉强度和/或3GPa或更高的杨氏模量。

通常仅必须承载压缩应力的绝缘层4可具有多孔特性，即在钢内衬泄漏的情况下该绝缘层4为可透气的。绝缘层4则可有利地进一步包括一体形成的气体检测装置，该装置能够在在内部内衬200泄漏的情况下发出警报。图13示意性示出了到此装置的连接，所述装置可一体形成到容器的壁中。可以通过向位于该装置附近的接收单元进行无线传输而操作此装置。

在所述金属内衬200(第一层)上制造外部复合物层300的过程优选涉及缠绕技术。这可潜在地在生产时间方面带来高效率。而且，其可潜在地提供纤维定向上的良好精度。此外，该技术可提供良好的质量可重复性。

缠绕设备需要适合于处置与现有应用相比较大和/或较重的容器。此缠绕设备将需要较大轴承、加固轴杆和另外的适配件以确保可充分支撑所需的厚侧壁。

加固纤维优选通过后张力在心轴上缠绕。心轴通常为内衬。该内衬因此构成用于此技术的阳模。缠绕过程通常在纤维已经预先浸渍在树脂中之后进行。浸渍过的纤维因此优选在所述金属内衬上成层沉积，直到达到针对给定直径的所需厚度为止。

由于本发明优选涉及基本上完全被包裹的压力容器10，因此在制造过程中可优选使用用于纤维的多轴十字头。

该过程优选包含以结构性外部复合物层300来覆盖压力容器10的端部11、12的大部分。

在使用热固性树脂的情况下，在纤维沉积之前可使用浸渍篮——用于在绕金属内衬200实际缠绕纤维之前浸渍纤维。

在使用热塑性树脂的情况下，在纤维沉积之前可加热树脂，以便恰好在到达心轴之前熔化树脂，或在纤维复合材料沉积在金属内衬上之前以热塑性树脂浸渍纤维。在沉积纤维之前再次加热树脂，以便恰好在纤维和树脂复合物到达金属内衬200之前熔化树脂。

另外，如关于本发明的第一实施例所述，多种方法可用以减少可能会在厚复合物层中积累的热应力，这对于承受高得多的压力来说是必要的。

由于本发明的容器使用时所处的压力大大高于目前使用的任何设计，因此复合物层300厚度将必须比目前的设计厚。所需复合物层300的厚度可使用所属领域的技术人员已知的通常方法来计算，前提是要考虑具有厚壁的影响。

层300的增加的厚度存在若干问题，这些问题已在先前被视为妨碍具有此设计的容器10在商业上的应用。

较厚区段花费较长时间来固化，且这经常导致层300的某些深度固化，而其它深度未固化。这又导致热感应应力，这是不可接受的。

为了减少热感应应力的发生，可单独或组合地使用若干方法。在目前实施例中，在丝缠绕之前加热正在浸渍的树脂。如下文阐释，这经常是针对热塑性树脂而做的，然而此对于热固性树脂不是常用实践，且温度也不同于热塑性树脂的标准实践。

以所属领域的技术人员已知的常规方法进行加热，且将其加热到的温度对于正使用的树脂是特定的。这意味着浸渍过的纤维将沉积在心轴(内衬200)上，其中树脂已经开始固化过程。这减少了壁的中心以不同于的速率固化到表面的厚壁效应。

另外，将复合物层300在若干阶段中缠绕且固化，其中每一阶段使厚度增加一定量，该增加的厚度可随后固化，同时积累可接受的低量热应力。此渐进式方法消除了同时固化较大厚度的复合物的需要。

最终，容器不仅在缠绕过程期间旋转，而且在固化过程期间旋转。这确保未经固化的树脂不会由于重力而在任何地方移动或堆积。这对于厚结构来说风险大得多。

压力容器10可设置有用于气体装载和卸载以及液体排空的开口7(在此设置有帽体或连接器)。所述开口可定位于容器10的任一端部11、12处。

还示出了在另一端部11处具有第二开口6的容器10。这是可选的——圆顶端可改为完全圆形的。

接着参见图14，该图示出了用于本发明既定目的的高压容器的又一实施例。所述容器由能够液压或流体容纳原料气体的内部金属内衬111制成。不需要以在CNG运输、装载和卸载阶段期间提供结构性目的的形式设置所述金属内衬111。

金属内衬111应为耐腐蚀的且能够容纳CNG。优选地，所使用材料是不锈钢、铝或其它耐腐蚀金属合金。

在使用不锈钢的情况下，优选但不限于使用例如AISI 304、314、316或316L(具有低碳百分比)等奥氏体不锈钢。

在使用其它金属合金的情况下，推荐但不限于使用能够耐腐蚀的镍基合金或铝基合金。

此构造还允许容器能够载运其它气体，例如具有高达14％摩尔的CO₂份额和/或高达1.5％摩尔的H₂S份额的天然气(甲烷)，以及还有例如H₂和/或CO₂气体。然而优选用途是载运CNG。

CNG可以包含以可变的比率混合的各种潜在组成部分，一些是呈其气相且其它的呈液相，或两者的混合。这些组成部分将通常包括以下化合物中的一或多者：C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、C₅H₁₂、C₆H₁₄、C₇H₁₆、C₈H₁₈、C₉+碳氢化合物、CO₂和H₂S，与潜在呈液体状态的甲苯、柴油和辛烷。

内衬111优选仅需要强到足以承受由容器的制造过程带来的应力，该应力例如是在纤维缠绕期间强加于该内衬上的应力。在气体的加压运输期间的结构性支撑将改为由外部复合物层222、333提供。

根据所说明实施例，围绕内衬111的第一纤维层222是基于碳/石墨的纤维加固型聚合物。所述纤维层基本上完全包裹容器(包含容器的端部的大部分)且布置成在使用期间提供结构性贡献。该纤维层优选但不限于使用优选具有3,200MPa或更高的抗拉强度和/或230GPa或更高的优选杨氏模量的碳纱，。有利地，所述每条碳纱具有12,000、24,000或48,000条丝。

根据所说明实施例，第二纤维层333具有隔离和保护功能。在使用中该纤维层会与外部环境直接接触。出于这些提到的原因，第二外部纤维层333可优选为基于玻璃纤维的聚合物或纤维加固型聚合物，原因是其在侵蚀性和海洋环境中具有惰性特征，并且因其低导热率而具有隔离性质。优选但不限于使用E玻璃纤维或S玻璃纤维。优选地，所述纤维具有1,000MPa或更高的建议抗拉强度和/或70GPa或更高的建议杨氏模量。

无论所考虑的复合物层如何，复合物基质优选为热固性或热塑性的聚合树脂。更精确地，如果使用热固性的聚合树脂，那么该复合物基质可为环氧树脂基的树脂，或者为乙烯基酯树脂或聚酯树脂。这允许与其它可能布置(包含传统钢布置)相比的成本减少。

在所述金属内衬111上制造外部复合物层222、333的过程优选涉及缠绕技术。这可潜在地在生产时间方面带来高效率。而且，其可潜在地提供纤维定向上的良好精度。此外该技术可提供良好的质量可重复性。

缠绕设备需要适合于处置与现有应用相比较大和/或较重的容器。此缠绕设备将需要较大轴承、加固轴杆和另外的适配件以确保可充分支撑所需的厚侧壁。

加固纤维优选通过后张力在心轴上的来缠绕。心轴通常为内衬。该内衬因此构成用于此技术的阳模。缠绕过程通常在纤维已经预先浸渍在树脂中之后进行。浸渍过的纤维因此优选在所述金属内衬上成层沉积，直到达到针对给定直径的所需厚度为止。

由于本发明优选涉及基本上完全被包裹的压力容器10，因此在制造过程中可优选使用用于纤维的多轴十字头。

该过程优选包含以结构性外部复合物层222、333来覆盖压力容器10的端部11、12的至少大部分。

在使用热固性树脂的情况下，在纤维沉积之前可使用浸渍篮——用于在绕金属内衬111实际缠绕纤维之前浸渍纤维。

在使用热塑性树脂的情况下，在纤维沉积之前可加热树脂，以便恰好在到达心轴之前熔化树脂，或在纤维复合材料沉积在金属内衬上之前以热塑性树脂浸渍纤维。在沉积纤维之前再次加热树脂，以便恰好在纤维和树脂复合物到达金属内衬之前熔化树脂。

另外，如关于本发明的第一实施例所述，多种方法可用以减少可能会在厚复合物层中积累的热应力，这对于承受高得多的压力来说是必要的。

由于本发明的容器使用时所处的压力大大高于目前使用的任何设计，因此复合物层厚度将必须比目前的设计厚。所需复合物层222、333的厚度可使用所属领域的技术人员已知的通常方法来计算，前提是要考虑具有厚壁的影响。

层222、333的增加的厚度存在若干问题，这些问题已在先前被视为妨碍具有此设计的容器10在商业上的应用。

较厚区段花费较长时间来固化，且这经常导致层222、333的某些深度固化，而其它深度未固化。这又导致热感应应力，这是不可接受的。

为了减少热感应应力的发生，可单独或组合地使用若干方法。在目前实施例中，在丝缠绕之前加热正在浸渍的树脂。如下文阐释，这经常是针对热塑性树脂而做的，然而对于热固性树脂不是常用实践，且温度也不同于热塑性树脂的标准实践。

以所属领域的技术人员已知的常规方法进行加热，且将其加热到的温度对于正使用的树脂是特定的。这意味着浸渍过的纤维将沉积在心轴上，其中树脂已经开始固化过程。这减少了壁的中心以不同于表面的速率固化的厚壁效应。

另外，将复合物层222、333在若干阶段中缠绕且固化，其中每一阶段使厚度增加一定量，该增加的厚度可随后固化，同时积累可接受的低量热应力。此渐进式的方法消除了同时固化较大厚度的复合物的需要。

最终，容器不仅在缠绕过程期间旋转，而且在固化过程期间旋转。这确保未经固化的树脂不会由于重力而在任何地方移动或堆积。这对于厚结构来说风险大得多。

压力容器10具有用于气体装载和卸载的开口7(在此设置有帽体或连接器)。该开口用于连接到管道系统。

所述容器10还在另一端部11处具有开口6。该设置是可选的，且该端部也可改为完全圆顶的。

以下提出了作为本发明的几个实例：

1.耐腐蚀金属内衬，由AISI 316不锈钢制成，所述AISI 316不锈钢具有至少500MPa的抗拉强度和低于或等于0.08％的碳含量，由基于碳纤维的结构复合物外包裹，所述结构复合物具有3,200MPa或更高的抗拉强度和230GPa或更高的优选杨氏模量，有利地每条碳纱有12,000、24,000或48,000条丝，以及第二外部层，其由未加固环氧树脂制成，具有至少80MPa的抗拉强度并由于绝缘原因而具有大约0.2W·m^-1·K^-1的导热率。

2.耐腐蚀金属内衬，由AISI 316不锈钢制成，所述AISI 316不锈钢具有至少500MPa的抗拉强度和低于或等于0.08％的碳含量，由基于碳纤维的结构复合物外包裹，所述结构复合物具有3,200MPa或更高的抗拉强度和230GPa或更高的优选杨氏模量，有利地每条纱碳有12,000、24,000或48,000条丝，以及第二外部玻璃纤维基复合物层，其具有E玻璃纤维或S玻璃纤维，其具有1,000MPa或更高的建议抗拉强度和70GPa或更高的建议杨氏模量，以环氧树脂浸渍，并因用于绝缘而具有大约0.2W·m^-1·K^-1的导热率。

3.耐腐蚀金属内衬，由基于碳纤维的结构复合物外包裹，所述结构复合物具有3,200MPa或更高的抗拉强度和230GPa或更高的优选杨氏模量，有利地每条碳纱有12,000、24,000或48,000条丝，以及第二外部玻璃纤维基复合物层，其具有E玻璃或S玻璃纤维，其具有1,000MPa或更高的建议抗拉强度和70GPa或更高的建议杨氏模量，以环氧树脂浸渍，并因绝缘具有大约0.2W·m^-1·K^-1的导热率，以及由未加强环氧树脂制成的第三外部层，所述第三外部层具有至少80MPa的抗拉强度并因绝缘具有大约0.2W·m^-1·K^-1的导热率。此构造还允许容器具有较高热稳定性，从而给予运输气体较低的温度梯度。

本发明的另一形式的压力容器是“类型3”容器。该容器具有由复合的纤维加固型材料制成的外部结构层和可较薄的内部金属内衬。该外部复合材料提供容器的结构强度，而内部内衬提供用于容纳气体的不可渗透层。内衬一般由具高度化学抗性的金属制成。然而，内衬的目的不仅是提供适合于与气体接触的层，而且是提供上面可形成复合材料的衬底。形成所述复合材料的方式是围绕内衬缠绕其纤维。因此，该内衬设计成能够承受纤维缠绕应力。

形成具有化学抗性的此内衬的一种方法是沿着边缘将一或多个金属片线焊在一起。虽然可卷起单个金属板并随后沿着共同接缝进行接合，但是通常是将多个以类似方式弯曲的金属板焊接在一起以形成内衬。或者，可以通过挤压制造该管。随后执行环向区段与圆顶端之间的进一步焊接。所述圆顶端可通过旋压成形工艺或在具有小半径(例如，小于1m)的情况下通过冲压工艺形成，这些工艺是工业中众所周知的。

随后通常将焊接处磨光以给予一定光洁度。

应强调，这些方法使得需要大量焊接处，所述焊接处中的每一者存在许多潜在失效点，这是因为焊接线在其强度/耐用性性质方面通常比金属板自身更弱，原因是在焊接工艺的热冲击期间或之后材料可发生结构性改变。鉴于此，制造合适的内衬需要专门技能、材料、时间与例如焊接设备和专业的夹持设备等合适的设备，而这都会增加所涉及的成本。

参见图15至图17，在本文公开的本发明的又一实施例中，可能在已完成的容器内去除内衬。以下方法是可用于本文所公开的容器中的任一者的一般技术，而不论是否存在内衬。事实上，当存在内衬时使用以下方法仍存在益处，因为内衬将不需要在结构上强到足以承受扭曲缠绕力，且因此可使用更薄的内衬。

为了制造适合于容纳CNG或其它气体或燃料的无内衬容器，提供图15中说明的方法。

在所述方法中，提供多个卷轴31、32、33、34，每一者容置一卷选定纤维，例如碳纤维或芳族聚酸胺纤维或商标为的纤维。在一个实施例中，卷轴容纳所选定纤维的各个单丝。在其它实施例中，可卷绕纤维的纱，或可将纤维捆绑为纤维束、绳或索或编织物。可替换地，可将纤维纺织为缎带或窄材料片(纤维织物)，其包括扁平纤维或织网。

随后将单一的纤维、纱、纤维束、绳或窄纤维缎带馈给卷带机35。所述卷带机将实际上为一维的这些多个“纤维”布置成单个带37。所述带将仍相对窄，但此时为较宽或二维的形式，即其比离开卷轴31、32、33、34时的个别“纤维”更宽。

可将所述带视为实际上基本平行布置的“纤维”，所述纤维沿着带的长度主要以并列的方式延伸，即横向于或垂直于行进方向延伸。

随后将带27浸没到树脂中，例如浸没到浸渍池38中的一批树脂内。合适的树脂可为例如聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、双环戊二烯树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂和聚酰亚胺树脂。根据其在受热或冷却时的表现，这些树脂可大体上分类为热塑性树脂或热固性树脂。热塑性树脂可在其已固化之后再加热且软化，而热固性树脂一旦固化便无法再加热以在不造成永久损坏的情况下使其软化，即，其在正常制造温度下不会熔化。另一方面，热固性树脂允许提供较高的硬度和较高的一般机械性能，并允许在树脂固化之前具有总体较低的粘性(这些优点通常允许较好或较快的缠绕/制造过程以及对复合纤维的更好浸渍)。因此应注意到，热固性树脂和热塑性树脂均可适合于此方法，前提是所选择的树脂配制为化学上耐CNG且基本上或实际上完全对CNG或在容器的所需工作压力下使用的任何其它气体的组成部分不可渗透。这些组成部分将最可能包括以下化合物中的一或多者：C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、C₅H₁₂、C₆H₁₄、C₇H₁₆、C₈H₁₈、C₉+碳氢化合物、CO₂和H₂S，以及潜在呈液体状态的甲苯、柴油和辛烷。

随后将用树脂浸渍过的带39馈给机械头40，所述机械头负责在心轴45周围缠绕浸渍过的带(此时在图中由附图标记41示出)。可使用各种方法在心轴周围缠绕浸渍过的带。然而，简单方式是采用一维地(即，沿着平行于心轴的线)来回移动的机械头40，所述机械头在心轴45旋转时递送带41。优选地，缠绕过程涉及螺旋和环向缠绕。螺旋缠绕是围绕心轴的几何学头部(端部)且围绕开口进行。环向缠绕是仅沿圆周方向在圆柱形区段上进行。环向区段可布置成使得例如在缠绕的厚度方面其容纳的纤维量是头部的纤维量的近似两倍。

另外，如关于本发明的第一实施例所述，多种方法可用以减少可能会在厚复合物层中积累的热应力，这对于承受高得多的压力来说是必要的。

由于本发明的容器使用时所处的压力大大高于目前使用的任何设计，因此复合物层厚度将必须比目前的设计厚。所需复合物层的厚度可使用所属领域的技术人员已知的通常方法来计算，前提是要考虑具有厚壁的影响。

复合物层的增加的厚度存在若干问题，这些问题已先前被视为妨碍具有此设计的容器在商业上的应用。

较厚区段花费较长时间来固化，且这经常导致层的某些深度固化，而其它深度未固化。这又导致热感应应力，这是不可接受的。

为了减少热感应应力的发生，可单独或组合地使用若干方法。在本实施例中，在丝缠绕之前加热浸渍树脂。如下文阐释，这经常是针对热塑性树脂而做的，然而此对于热固性树脂不是常用实践，且温度也不同于热塑性树脂的标准实践。

以所属领域的技术人员已知的常规方法中进行加热，且将其加热到的温度对于正使用的树脂是特定的。这意味着浸渍过的纤维将沉积在心轴上，其中树脂已经开始固化过程。这减少了壁的中部以不同于表面的速率固化的厚壁效应。

另外，将复合物层在若干阶段中缠绕且固化，其中每一阶段使厚度增加一定量，该增加的厚度可随后固化，同时积累可接受的低量热应力。此渐进式的方法消除了同时固化较大厚度的复合物的需要。

最终，容器不仅在缠绕过程期间旋转，而且也在固化过程期间旋转。这确保未经固化的树脂不会由于重力而在任何地方移动或堆积。这对于厚结构风险来说大得多。

在现有技术类型3容器的成形过程中，心轴将采取内衬的形式。然而，根据图15到17的实施例，心轴改为采取一次性心轴的形式，即一旦复合物层或复合层压物已在心轴上产生，便可从容器的内部区域消除或移除的心轴。所述心轴因此需要能够承受缠绕带期间的缠绕应力，以及在层堆积时的层压应力——层压指通过在心轴上来回连续缠绕带以穿过另一先前缠绕的带层而使各带层逐渐堆叠于彼此之上从而使复合物缠绕的厚度增长的过程。该缠绕过程因此形成多个螺旋的或卷绕的(即，环向)带层以便提供基本上均匀或平坦的表面。

在图16的实施例中，一次性心轴47由压实沙制成。在此预期其它一次性心轴也是可用的，这些一次性心轴例如为可膨胀支架状布置或编织物或气球或诸如冰或粘土壳等其它实心布置，，以及其它可收缩的结构。

图16仅示出呈松散缠绕形式且在完成所需的全部绕线数之前的缠绕带，且这是仅用于说明缠绕的原理——实际上其会抵靠心轴47进行紧密缠绕，且该带的绕线将被覆盖许多次以便形成容器的形状。

一旦在一次性心轴47上制成纤维加固型复合材料的覆层从而形成所需材料厚度，便可从容器的中部移除沙。这可例如通过例如借助于机电摇动器对已完成的部件施加振动来实现。由摇动器产生的振动将破碎压实沙，所述沙随后能够例如通过该容器的一端中的孔口将沙倒出或冲洗出而从容器的内部被移除。所述孔口在缠绕过程期间在容器的端部形成(或保留)。实际上，孔口通常保留或形成于该容器的两端。这些孔口不仅允许移除沙，而且它们也最终允许在使用期间将CNG装载到容器中和从容器卸载。

容器的端部在心轴的圆顶形端部上成形，但仅达到足以在该处留下孔口的程度。

图16示出了在一次性心轴周围缠绕用树脂浸渍过的带51时所述带的大体轨迹。心轴47具有CNG压力容器的内部体积的形状，在此情况下为具有两个圆顶形端部或末端的圆筒。

从起点或第一自由端50开始将用树脂浸渍过的带51供应到心轴47上。在图16中，该带的起点50定位成靠近一次性心轴47的左圆顶。

在心轴围绕其纵轴自旋时，机械带递送头纵向(平行于所述轴线)移动以便产生围绕心轴47的纤维环或圆53(成卷或螺旋)。这些环或圆维持相对于沿心轴的所述圆柱形部分的轴线的基本上恒定的角度。

当所述递送头到达心轴47的第一(右)端时，包裹特性改变。举例来说，在该递送头到达心轴47的右端时，该递送头减慢，同时心轴47的旋转也减慢。环或圆的角度因此可改变。此外，在缠绕减慢时，在心轴内产生扭力，且这些扭力是已经产生的缠绕力(缠绕力趋于从外向内压缩心轴)之外的力。所述扭力由心轴的冲量产生，并且在容器较大且旋转速度快速变化的情况下可相当大。当制作如本发明中的适合于承受高压的容器时此些问题变得尤其相关。高压容器需要比标准设计更厚的壁，因此大大增加施加于心轴上的扭力。然而，这些额外扭力也会在心轴采取内衬的形式的布置中出现，且同样一直是已知的内衬上缠绕技术所存在的问题，由此已采取措施来满足使这些内衬比最终所需情况更强且因此更重的需要，以防止它们由于包裹而变形。然而，当使用本发明的一次性心轴时，这些较重心轴不会为最终产品带来问题，因为一次性心轴不会保留在已完成容器内。

在处置与现有应用相比较大和/或较重的容器时将也需要考虑缠绕设备自身。可能的是，所述缠绕设备会需要更大的轴承、加固轴杆和另外的适配件以确保所要求的厚侧壁和心轴可以得到充分的支撑。

具有填充结构/心轴或具有径向部件的结构的另一优点是与传统内衬相比对扭曲缠绕力潜在地具有更好的特性，所述传统内衬通常是薄壁式接近且具有较小的材料截面。

本发明的此方面因此提供优于现有技术的相当大的优点。

通过该用于心轴的压实沙解决方案，在处置额外扭力上也几乎不会存在问题。这是因为压实沙可以制成对这些负载具有显著坚固性。用于心轴的其它解决方案也可提供这些优点。举例来说，由可破坏、可溶解或可熔化材料(包含压实沙、蜡、冰、粘土、石膏和许多其它颗粒或粉尘但可压实的材料)形成的实心心轴可设计成使得其不会容易扭曲变形。同样，可破裂的粘土内衬或例如气球或编织物或支架状布置等可收缩的结构或其它可收缩架子可制成为使得它们强到足以承受这些力，但仍可通过孔口移除。这些架子甚至可以支撑例如压实沙垫或冰垫等布置，由此使得心轴显著轻于实心心轴。

返回到缠绕复合物的过程，一旦纤维到达心轴的第一端部，便将其绕位于所述端部处的、心轴的圆顶周围进行缠绕，但是要在所述端部留出容器的孔口部分，使其不被覆盖，且随后使其通过大体上对角越过心轴47的主体的又一卷绕路径54朝向心轴的另一端返回。此路径通常具有与前一卷圈不同的角度，但这是可选的，且其甚至可以被充分成角度，以不形成围绕该容器的圆柱形区段的完整环。优选地，其环绕少于容器的圆周的一半，且甚至更优选地，其环绕甚至少于容器的圆周的三分之一或可能四分之一，然后朝向朝第一端穿经的线翻转回来，通常该翻转的角度与第一次描述的、朝向该第一端的穿行的角度相同。

心轴的旋转速度以及递送头40的移动速度也在心轴的第二端处受控制——减少。此外，非常类似于在第一端处，在所述第二端处在心轴的圆顶周围缠绕该带，同时也在所述第二端留出用于容器的孔口。

当缠绕操作结束时，切割带并且形成带52的第二自由端。该第二自由端容置于已经缠绕在心轴周围的纤维层上。

此时容器准备好在需要的情况下进行固化(或“热浸”)。

在固化结束时，可以例如通过用于压实沙的振动技术或通过拆除架子等适当方式来移除一次性心轴。

本文仅示意性地说明以上过程。

应注意，若干带层需要缠绕在心轴周围直到最终获得所要厚度，例如几毫米或几厘米。对于给定容器所需的实际厚度取决于目标压力容纳能力，也取决于已完成的容器的直径。可使用常规环向应力分析来确定这些所要尺寸，因为纤维的强度和缠绕的角度全部是已知的。重要的是考虑具有厚壁的影响且考虑剪应力，对于与本发明一样的高压情形尤其如此。

也可使用多轴绕丝机来实施本发明的方法。举例来说，可使用二轴绕丝机或三轴绕丝机。这些绕丝机是纤维递送头可分别在平面中或者二维空间或三维空间中移动的机器。甚至已知的是，绕丝机的头部可以通过多达五个轴线而进行移位和转动。

此外，心轴自旋可以围绕的轴线的数目可为二、三或更多，而不是如上所述仅为一个(纵向)轴线。

所使用的机器取决于所需容器的设计，即该容器的大小和形状。

图17中可见用上文说明的制造过程获得的最终产品的实例。在此图中，容器64完全且仅仅由纤维加固型复合材料62的结构部分制成。该容器通过缠绕在一次性心轴周围而制成，具有直接与CNG接触的内表面63。结构性复合物自身因此能够在容器内容纳CNG——不需要内衬或内部涂层(但在需要时可从容器内部有益地施加涂层)。

因此已描述各种不同形式的压力容器。

本文描述的压力容器可载运多种气体，例如直接来自钻井的原料气体，包括原料天然气，例如当经压缩时——原料CNG或RCNG，或H₂或CO₂或经处理天然气(甲烷)，或者原料天然气或部分处理天然气，其例如具有高达14％摩尔的CO₂份额、高达1,000ppm的H₂S份额，或H₂和CO₂气体杂质，或其它杂质或腐蚀性物质。然而优选用途是高压力CNG运输，其为原料CNG、部分处理的CNG或清洁CNG——经处理达到可交付给例如商业、工业或住宅等最终用户的标准。

CNG将通常处于超过200巴、且优选超过350巴或700巴、且优选高达1000巴的压力。

CNG可以包含可变的比率混合的各种潜在组成部分，这些组成部分中一些是呈其气相而其它的呈液相，或两者的混合。这些组成部分通常包括以下化合物中的一或多者：C₂H₆、C₃H₈、C₄H₁₀、C₅H₁₂、C₆H₁₄、C₇H₁₆、C₈H₁₈、C₉+碳氢化合物、CO₂和H₂S，与潜在呈液体状态的甲苯、柴油和辛烷，以及其它杂质/物质。

上文仅借助于实例描述了本发明。在所附权利要求书的范围内可对本发明做出细节上的修改。

实例：

1.由碳或石墨纤维和热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)制成的复合物压力容器，所述碳或石墨纤维具有3200MPa或更高的强度和230GPa或更高的杨氏模量，每条纱具有12000、24000或48000条丝，所述容器通过外包裹大体为圆柱形形状的、由粘土制成的一次性心轴而获得。

2.由碳或石墨纤维和热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)制成的复合物压力容器，所述碳或石墨纤维具有3200MPa或更高的强度和230GPa或更高的杨氏模量，每条纱具有12000、24000或48000条丝，所述容器通过外包裹由冰制成的一次性心轴而获得。

3.由碳或石墨纤维和热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)制成的复合物压力容器，所述碳或石墨纤维具有3200MPa或更高的强度和230GPa或更高的杨氏模量，每条纱具有12000、24000或48000条丝，所述容器是通过外包裹由可化学蚀刻的材料制成的心轴而获得。

4.由E玻璃纤维或S玻璃纤维和热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)制成的复合物压力容器，所述纤维具有1500MPa或更高的强度和65GPa或更高的杨氏模量，所述容器是通过外包裹由可机械拆卸的模块制成的球形心轴而获得，且一旦拆解便可通过容器的入口/出口孔将单个部件或模块拉出容器。

5.由E玻璃纤维或S玻璃纤维和热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)制成的复合物压力容器，所述纤维具有1500MPa或更高的强度和65GPa或更高的杨氏模量，所述容器是通过在石膏制成的一次性心轴上外包裹纤维丝而获得。

6热塑性内衬2，其例如为高密度聚乙烯——HDPE，具有0.9g/cm³至1.1g/cm³之间的密度、至少30MPa的抗拉强度，以基于碳或石墨纤维加固的复合物结构3进行外包裹，该外包裹优选使用具有3,200MPa或更高的强度和230GPa或更高的杨氏模量的碳纱，每条纱具有12,000、24,000或48,000条丝；以及热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)。热塑性内衬2通过在本发明的说明书中所阐释的多轴旋转模制工艺而制成。

7.热固性内衬2，其例如为高纯度聚环戊二烯——pDCPD，具有0.9g/cm³至1.1g/cm³之间的密度、至少65MPa的抗拉强度，以基于碳或石墨纤维加固的复合物结构3进行外包裹，该外包裹优选使用具有3,200MPa或更高的强度和230GPa或更高的杨氏模量的碳纱，每条纱具有12,000、24,000或48,000条丝；以及热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)。热固性内衬2是通过在本发明的说明书中阐释的单轴旋转模制机而制成。

8.热固性内衬2，其例如为高纯度聚环戊二烯——pDCPD，具有0.9g/cm³至1.1g/cm³之间的密度、至少65MPa的抗拉强度，以基于碳或石墨纤维加固的复合物结构3进行外包裹，该外包裹优选使用具有3,200MPa或更高的强度和230GPa或更高的杨氏模量的碳纱，每条纱具有12,000、24,000或48,000条丝；以及热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)；以及根据国际标准(ISO)15156的能够耐H₂S的、所述内衬的金属内部涂层1。热固性内衬通过在本发明的说明书中阐释的单轴旋转模制机制成。

9.热塑性内衬2，例如高密度聚乙烯(HDPE)，具有0.9g/cm³至1.1g/cm³之间的密度和至少30MPa的抗拉强度，以基于具有1,500MPa或更高的建议极限强度和70GPa或更高的建议杨氏模量的E玻璃纤维或S玻璃纤维的复合物结构3进行外包裹；以及热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)。热塑性内衬2通过在本发明的说明书中阐释的多轴旋转模制制成。

10.热固性内衬2，例如高纯度聚双环戊二烯——pDCPD，具有0.9g/cm³至1.1g/cm³之间的密度，至少65MPa的抗拉强度，以基于具有1,500MPa或更高的建议极限强度和70GPa或更高的建议杨氏模量的E玻璃纤维或S玻璃纤维的复合物结构3进行外包裹；以及热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)。热固性内衬2通过在本发明的说明书中阐释的单轴旋转模制机制成。

11.热固性内衬2，例如高纯度聚双环戊二烯——pDCPD，具有0.9g/cm³至1.1g/cm³之间的密度，至少65MPa的抗拉强度，以基于具有1,500MPa或更高的建议极限强度和70GPa或更高的建议杨氏模量的E玻璃纤维或S玻璃纤维的复合物结构3进行外包裹；和热固性树脂(环氧树脂基或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂)；以及根据国际标准(ISO)15156能够耐H₂S的、内衬2的金属内部涂层1。热固性内衬2通过在本发明的说明书中阐释的单轴旋转模制机而制成。

无疑，所属领域的技术人员将想到许多其它有效的替代方案。将了解，本发明不限于所描述的实施例，且涵盖所属领域的技术人员显而易见的属于所附权利要求书的精神和范围内的修改。另外，与一个特定实施例相关的、所使用的任何方法或技术被视为在经必要修正后适用于其它实施例中的任一者，其全部组合被视为落入本发明的范围内。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种高压容器(10)，用于在超过200巴的压力下容纳或运输CNG，所述高压容器(10)包括

至少一个开口(7)，用于装载和卸载气体以及用于排空由所述CNG冷凝的液体；

衬里(2)；以及

至少一个外部纤维层(3)，具有用以支撑超过200巴的所述压力的厚度，所述外部纤维层设置于所述内衬(2)的外侧上。

2.根据权利要求1所述的高压容器，其特征在于所述衬里是非金属的。

3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述燃料能够在超过350巴的压力下储存或运输，所述外部纤维层具有用以支撑超过350巴的所述压力的厚度。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述燃料能够在超过700巴的压力下储存或运输，所述外部纤维层具有用以支撑超过700巴的所述压力的厚度。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述燃料能够在高达1000巴的压力下储存或运输，所述外部纤维层具有用以支撑超过1000巴的所述压力的厚度。

6.根据任一前述权利要求所述的高压容器，其特征在于所述内衬(2)基本上是化学惰性的。

7.根据权利要求6所述的高压容器，其特征在于所述内衬(2)具有至少与不锈钢相同的耐腐蚀性。

8.根据权利要求1或2所述的高压容器，其特征在于所述内衬(2)选自以下各项：高密度聚乙烯、高纯度聚环戊二烯、环氧树脂、聚氯乙烯。

9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述纤维层(3)是由围绕所述内衬(2)缠绕的纤维制成。

10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述纤维层(3)中的所述纤维选自碳纤维、石墨纤维、E玻璃纤维或S玻璃纤维。

11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述纤维涂覆有热塑性树脂或热固性树脂，从而形成复合物层。

12.根据权利要求11所述的高压容器，其特征在于所述纤维在施加于所述内衬的外侧之前以树脂浸渍。

13.根据权利要求11或12所述的高压容器，其特征在于所述纤维涂覆有热固性树脂。

14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述纤维是碳纤维。

15.根据权利要求13或从属于权利要求13的权利要求14所述的高压容器，其特征在于所述热固性树脂选自环氧树脂基树脂或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂。

16.根据从属于权利要求12的、权利要求13到15中任一权利要求所述的高压容器时，其特征在于以树脂浸渍的所述纤维在施加于所述内衬的所述外侧之前被加热。

17.根据权利要求11到16中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述复合物层是在多个单独阶段中形成和固化的。

18.根据权利要求11到17中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于在所述复合物层固化的同时所述高压容器进行旋转。

19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于进一步包括设置在所述内衬(2)的内侧上的金属内部涂层(1)。

20.根据权利要求19所述的高压容器，其特征在于所述金属内部涂层(1)基本上是耐H₂S的。

21.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其进一步包括内置于所述内衬(2)与所述纤维层(3)之间的透气层(4)。

22.根据权利要求21所述的高压容器，其特征在于所述透气层(4)包括玻璃纤维。

23.根据权利要求21或22所述的高压容器，其特征在于进一步包括连接到所述透气层(4)以用于检测气体泄漏的气体检测器(5)。

24.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器(10)在其大部分的长度上具有大体圆筒形形状。

25.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述容器(10)的内径在0.5米至5米之间。

26.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述容器(10)的内径在1.5米至3.5米之间。

27.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于进一步包括用于进入和/或检查所述容器(10)的内部的检修孔(6)。

28.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器具有在35t/Mscf到100t/Mscf的范围内的重量/气体容量比。

29.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器具有在13t/Mscf到40t/Mscf的范围内的重量/气体容量比。

30.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器的结构重量与运输气体的重量之间的比率在0.7到5.0的范围内。

31.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器的结构重量与运输气体重量之间的比率在1.8到5.0的范围内。

32.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器的结构重量与运输气体重量之间的比率在0.7到2.0的范围内。

33.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器具有收缩包裹在所述复合物层上的防水外包裹物。

34.一种模块或隔室(40)，包括多个根据前述权利要求中任一权利要求所述的能够检查的高压容器(10)，所述高压容器互连成用于装载和卸下操作。

35.一种使用至少一个根据权利要求1到33中任一权利要求所述的高压容器或根据权利要求34所述的模块或隔室在陆上或海上储存或运输CNG的方法，所述CNG气体容纳在所述模块或隔室的高压容器内。

36.一种制作高压容器的方法，所述高压容器适合于在超过200巴的压力下使用，所述方法包括：

制造圆柱形内衬；

用树脂浸渍纤维；

在所述内衬周围缠绕浸渍过的所述纤维直到纤维壁达到所要求的厚度；以及

固化浸渍过的所述纤维壁。

37.根据权利要求36所述的制作高压容器的方法，其特征在于在缠绕到所述内衬上之前加热浸渍过的所述纤维。

38.根据权利要求36或37所述的制作高压容器的方法，其特征在于纤维丝缠绕操作在多个阶段中完成，因此小于所要求厚度(层)的厚度的纤维缠绕到所述内衬上且固化，然后施加并固化另一层，所述过程继续下去，直到达到所要求的壁厚度。

39.根据权利要求36到38中任一权利要求所述的制作高压容器的方法，其特征在于在所述纤维壁或所述层固化的同时旋转所述高压容器。

40.一种载运工具，用于运输气体、尤其是压缩天然气，所述载运工具包括至少一个根据权利要求1到33中任一权利要求所述的容器(10)或根据权利要求34所述的模块或隔室(40)。

41.根据权利要求40所述的载运工具，其特征在于所述载运工具是船。

42.根据权利要求40或41所述的载运工具，其特征在于存在多个高压容器(10)且所述多个高压容器是互连的。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

在所提交的权利要求修改中，权利要求1被修改成指明所运输的燃料是CNG，并且所述开口是用以装载和卸载CNG冷凝液体的。另外，权利要求1修改为指明设置在所述内衬的外侧上的外部纤维层的厚度足以承受CNG超过200巴的压力。权利要求3至5、权利要求7和35也已修改。修改基础可在所提交的申请文件中找到，具体地，为第1页第5行至第7行；第26页第2行至第6行；第27页第31行至第36行；第38页第7行至第11行；第34页第42行至第43页第三行；第46页第32行至第47页第2行；以及第52页第27行至第31行。

文件D1(US 2010/213198 A1)涉及用于液化气(LNG)的复合结构容器和运输系统以及制造方法。更具体地，所述系统提供复合物容器，该复合物容器工作上连接到卡车拖运系统，所述卡车拖运系统用以在不同时间将复合物容器中的诸如二氧化碳和液态氮等至少两种气体产品进行运输。该复合物容器包括内衬、包括多个树脂浸渍纤维层的复合物层、隔热层和外部保护层。虽然，在原理上，D1公开的压力容器与根据本发明的压力容器结构相似，但是关键的是，D1公开的压力容器设计成承受仅达大约25巴(大约350psi)的压力，该压力值在LNG应用中大致是最大的预期压力。

根据已修改的权利要求1的压力容器可以承受比D1中的所述压力高得多的压力。该要求是由使用根据本发明的压力容器的应用所驱动的，这些应用都涉及CNG储存和运输。

关于根据本发明的压力容器，允许这些压力容器承受高达100巴的压力的明显特征是复合纤维层的增加的厚度。先前未设想到通过逐步层叠浸渍纤维并固化多层浸渍纤维而实现该高性能压力容器。

以单独的方式或结合的方式引用的现有技术中未公开如已修改的权利要求1所揭示的主题。

Claims (42)

1.一种高压容器(10)，用于在超过200巴的压力下容纳或运输燃料，所述高压容器(10)包括：

至少一个开口(7)，用于装载和卸载气体以及用于排空液体；

内衬(2)；以及

至少一个外部纤维层(3)，设置于所述内衬(2)的外侧上。

2.根据权利要求1所述的高压容器，其特征在于所述内衬是非金属的。

3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述燃料能够在超过350巴的压力下储存或运输。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述燃料能够在超过700巴的压力下储存或运输。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述燃料能够在高达1000巴的压力下储存或运输。

6.根据任一前述权利要求所述的高压容器，其特征在于所述内衬(2)基本上是化学惰性的。

7.根据权利要求5所述的高压容器，其特征在于所述内衬(2)具有至少与不锈钢相同的耐腐蚀性。

8.根据权利要求1或2所述的高压容器，其特征在于所述内衬(2)选自以下各项：高密度聚乙烯、高纯度聚环戊二烯、环氧树脂、聚氯乙烯。

9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述纤维层(3)是由围绕所述内衬(2)缠绕的纤维制成。

10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述纤维层(3)中的所述纤维选自碳纤维、石墨纤维、E玻璃纤维或S玻璃纤维。

11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述纤维涂覆有热塑性树脂或热固性树脂，从而形成复合物层。

12.根据权利要求11所述的高压容器，其特征在于所述纤维在施加于所述内衬的外侧之前以树脂浸渍。

13.根据权利要求11或12所述的高压容器，其特征在于所述纤维涂覆有热固性树脂。

14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述纤维是碳纤维。

15.根据权利要求13或从属于权利要求13的权利要求14所述的高压容器，其特征在于所述热固性树脂选自环氧树脂基树脂或基于高纯度聚双环戊二烯的树脂。

16.根据从属于权利要求12的、权利要求13到15中任一权利要求所述的高压容器时，其特征在于以树脂浸渍的所述纤维在施加于所述内衬的所述外侧之前被加热。

17.根据权利要求11到16中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述复合物层是在多个单独阶段中形成和固化的。

18.根据权利要求11到17中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于在所述复合物层固化的同时所述高压容器进行旋转。

19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于进一步包括设置在所述内衬(2)的内侧上的金属内部涂层(1)。

20.根据权利要求19所述的高压容器，其特征在于所述金属内部涂层(1)基本上是耐H₂S的。

21.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其进一步包括内置于所述内衬(2)与所述纤维层(3)之间的透气层(4)。

22.根据权利要求21所述的高压容器，其特征在于所述透气层(4)包括玻璃纤维。

23.根据权利要求21或22所述的高压容器，其特征在于进一步包括连接到所述透气层(4)以用于检测气体泄漏的气体检测器(5)。

24.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器(10)在其大部分的长度上具有大体圆筒形形状。

25.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述容器(10)的内径在0.5米至5米之间。

26.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述容器(10)的内径在1.5米至3.5米之间。

27.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于进一步包括用于进入和/或检查所述容器(10)的内部的检修孔(6)。

28.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器具有在35t/Mscf到100t/Mscf的范围内的重量/气体容量比。

29.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器具有在13t/Mscf到40t/Mscf的范围内的重量/气体容量比。

30.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器的结构重量与运输气体的重量之间的比率在0.7到5.0的范围内。

31.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器的结构重量与运输气体重量之间的比率在1.8到5.0的范围内。

32.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器的结构重量与运输气体重量之间的比率在0.7到2.0的范围内。

33.根据前述权利要求中任一权利要求所述的高压容器，其特征在于所述高压容器具有收缩包裹在所述复合物层上的防水外包裹物。

34.一种模块或隔室(40)，包括多个根据前述权利要求中任一权利要求所述的能够检查的高压容器(10)，所述高压容器互连成用于装载和卸下操作。

35.一种使用至少一个根据权利要求1到33中任一权利要求所述的高压容器或根据权利要求34所述的模块或隔室在陆上或海上储存或运输气体、尤其是压缩天然气的方法，所述气体容纳在所述模块或隔室的高压容器内。

36.一种制作高压容器的方法，所述高压容器适合于在超过200巴的压力下使用，所述方法包括：

制造圆柱形内衬；

用树脂浸渍纤维；

在所述内衬周围缠绕浸渍过的所述纤维直到纤维壁达到所要求的厚度；以及

固化浸渍过的所述纤维壁。

37.根据权利要求36所述的制作高压容器的方法，其特征在于在缠绕到所述内衬上之前加热浸渍过的所述纤维。

38.根据权利要求36或37所述的制作高压容器的方法，其特征在于纤维丝缠绕操作在多个阶段中完成，因此小于所要求厚度(层)的厚度的纤维缠绕到所述内衬上且固化，然后施加并固化另一层，所述过程继续下去，直到达到所要求的壁厚度。

39.根据权利要求36到38中任一权利要求所述的制作高压容器的方法，其特征在于在所述纤维壁或所述层固化的同时旋转所述高压容器。

40.一种载运工具，用于运输气体、尤其是压缩天然气，所述载运工具包括至少一个根据权利要求1到33中任一权利要求所述的容器(10)或根据权利要求34所述的模块或隔室(40)。

41.根据权利要求40所述的载运工具，其特征在于所述载运工具是船。

42.根据权利要求40或41所述的载运工具，其特征在于存在多个高压容器(10)且所述多个高压容器是互连的。