CN105658461A - 适形性燃料气体箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括壳体的适形性燃料气体储存箱，该壳体具有围绕内部空间的外壁。第一和第二底壁在沿法向轴线的方向上间隔，侧壁在底壁之间延伸并且在沿横向轴线的方向上间隔，端壁在底壁与侧壁之间延伸并且在沿纵向轴线的方向上间隔。内壁将内部空间划分并且在底壁与端壁之间的方向上延伸，并且在沿横向轴线的方向上间隔。内壁形成在端壁之间纵向延伸的、细长的、横向地间隔的通道。气体存储材料位于通道内，并且气体可透过的导流装置沿通道中的至少一个通道而延伸并且延伸经过气体存储材料。

Description

适形性燃料气体箱

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年8月2日提交的美国临时专利申请第61/861,467号和于2013年8月21日提交的美国临时专利申请第61/868,271号的优先权。

技术领域

本公开的技术领域总体上涉及燃料气体储存箱，更具体地，涉及包含用于增加气体储存容量的气体存储材料的燃料气体储存箱。

背景技术

将替代燃料气体用作用于机动车辆用途的燃料源正引起工业界的关注。天然气例如主要是由甲烷（CH₄）组成，并且目前可以被燃烧地耗用从而给仅用天然气加燃料的专用天然气车辆或者经过单独的加燃料系统利用传统石油基燃料与天然气的组合加燃料的双燃料车辆提供动力。可采用两种可行的方式将天然气储存在车载燃料储存箱中：以压缩天然气（CNG）或者吸附天然气（ANG）的形式。压缩天然气是以小于1%的通常在标准温度和压力（STP）下所占用体积的体积被容纳在箱（通常是圆柱形或球形的箱）中的天然气。为了实现这个程度的压缩，通常需要150巴至250巴的箱压力。

吸附天然气是被吸附到容纳于箱内部的天然气储存材料上的天然气。天然气储存材料增加在可利用箱空间内的气体的体积和重量能量密度，使得它与压缩天然气相比是有利的，但处在60巴以下的低得多的压力下。在本领域中已知若干不同类型的天然气储存材料，包括活性炭、和最近的对天然气具有亲合性的金属有机骨架（MOFs）。一般来说，MOFs是具有常常是三维网路的无机-有机骨架的高表面积配位聚合物，该骨架包括由有机配体所结合的金属离子（或离子簇）。能够可逆地吸附天然气的许多不同类型的MOFs可在市场上买到，并且业界正在对新鉴定的MOFs不断地进行研究和开发。

另一种类型的替代燃料气体是氢气，氢气如同天然气也可以以压缩状态加以储存或者储存在储氢材料中。将氢气储存在储氢材料中与将天然气储存在ANG储存材料中具有相似的热力学，尽管吸氢在本质上是化学性的（氢气是以氢化物的形式而储存），这与吸附性是相反的。氢气例如可以可逆地加载到储氢材料中并且从储氢材料中释放，储氢材料例如是复合金属氢化物，包括各种已知的铝氢化物、硼氢化物、和酰胺类。一些具体的复合金属氢化物包括：氢化铝钠（NaAlH₄）、氢化铝锂（LiAlH₄）、包含或不包含MgH₂的硼氢化锂（LiBH₄）、包含或不包含MgH₂的硼氢化钙（CaBH₄）、和氨基锂（LiNH₂）。MOFs和PPNs也可用于储存氢气。当然，存在许多其它市场上可买到的储氢材料。

使用气体存储材料的车载燃料气体储存箱及在这方面的所有车辆燃料箱的商业需求和可行性的设计考虑是“适形性”。箱适形性的概念涉及到箱结构的灵活性及它可以如何容易地适应于符合在许多不同车辆平台中的可利用总布置要求。圆柱形和球形的箱（例如用于储存由于相关的高压的压缩燃料气体）通常被认为是相当地不适形，因为它们通常不能有效地利用车辆制造商可提供使用的专用燃料箱空间。并且虽然包括气体存储材料的储存箱并不必须适应在压缩燃料气体应用中所发现的压力，但储存箱必须经受的内压范围仍然足够高，因而如果除圆柱形和球形外的箱形状是期望的则常常需要为储存箱提供结构完整性。

为此目的，对于不仅储存足够量的燃料气体从而实现在各燃料加注之间的可接受行驶距离而且也适合于快速重新加注的燃料并且对于许多不同类型的车辆平台始终是适形的气体储存箱存在着需求。具备这种特性的燃料气体储存箱将会简化燃料气体（如天然气和氢气）向机动车辆（特别是轿车和货车）的一体化，从而成为用于单独地或者结合其它动力源（例如传统的石油基燃料（例如，汽油和柴油燃料）和锂离子电池）操作并推动车辆的动力来源。并且，实际上，用于定制燃料气体储存箱的尺寸和形状以便适合单独的车辆总布置要求的灵活性和设计自由度也将会使燃料气体技术对于机动车辆用途而言是更加经济上有吸引力的选择。

发明内容

用于储存燃料气体（如天然气和氢气）的适形性燃料气体储存箱的说明性实施例包括壳体，该壳体形成用于容纳燃料气体的内部空间。该壳体具有围绕内部空间的外壁和将内部空间划分的内壁。外壁包括在沿法向轴线的方向上间隔的第一和第二底壁，在底壁之间延伸并且在沿横向轴线的方向上间隔的侧壁，在底壁与侧壁之间延伸并且在沿纵向轴线的方向上间隔的端壁。内壁在底壁与端壁之间的方向上延伸并且在沿横向轴线的方向上间隔。内壁与外壁形成横向地间隔且在端壁之间纵向延伸的细长通道。该气体储存箱还包括位于这些通道内部的气体储存材料、和沿至少一个通道延伸且延伸经过气体存储材料的气体可透过的导流装置。

附图说明

图1是适形性燃料气体储存箱的一个实施例的示意性分解透视图，图中示出了该储存箱具有壳体和两个端盖中的一个端盖、及包括用于引导燃料气体流动的气体可透过的导流装置气体输送导管；

图1A是图1的燃料气体储存箱的一部分的放大的示意性剖视图，图中示出了延伸经过储存箱的纵向延伸通道的气体可透过的导流装置；

图1B是图1的燃料气体储存箱的放大局部视图，图中示出了该储存箱具有联接到壳体的端盖；

图1C是图1的燃料气体储存箱的示意性剖视图，图中示出了采用过滤管形式、延伸经过壳体的气体可透过的导流装置中的一个导流装置；

图2A是适形性燃料气体储存箱的另一个实施例的透视图；

图2B是被组装且焊接到图2A的燃料气体储存箱的主体的图2A的燃料气体储存箱的端盖的放大局部剖视图；

图3是适形性燃料气体储存箱的另一个实施例的分解透视图；

图3A是图示为处于组装和焊接状态的图3的燃料气体储存箱的透视图；

图3B是被组装且焊接到图3A的箱的主体的图3A的燃料气体储存箱的端盖的放大局部剖视图；

图4是适形性燃料气体储存箱的另一个实施例的示意性剖视图，图中示出了各种不同类型的气体可透过的导流装置；

图5A是用于引导燃料气体流动的气体可透过的导流装置的另一个实施例的示意性透视图；

图5B是用于引导燃料气体流动的气体可透过的导流装置的另一个实施例的示意性透视图；

图6A是包括与车辆车架为一体的位于车辆乘客舱下面的适形性燃料气体储存箱的车辆的一个实施例；

图6B是包括与车辆车架为一体的位于车辆货床下面的适形性燃料气体储存箱的车辆的另一个实施例；

图7是具有位于车辆地板下面的适形性燃料气体储存箱的车辆的一个实施例的示意性侧视图。

具体实施方式

在本描述中详述的适形性燃料气体箱解决了与将燃料气体（如天然气或氢气）储存在车辆上有关的问题，即，有时具有为储存箱所指定的总布置和重量要求。如将在下面更详细地描述，该储存箱是“适形的”，从这个角度讲其形状不限于圆柱体和球体，相反其形状可以包括多个大体为平面状的表面，这些平面更好地适应车辆应用中的总布置和间距需要。适形性燃料气体箱在相对较低的压力下储存吸附天然气（ANG）或者以氢化物的形式储存氢气，这允许在箱形状方面有更大的设计自由度。适形性燃料气体箱包含气体存储材料，该材料使天然气或氢气能够以与这些气体在压缩状态下但在较低箱压力下储存时相比更有利的能量密度进行储存。

图1-图1C示出了可用于储存并且将吸附的天然气或氢气容纳在车辆上的适形性燃料气体储存箱10的一个实施例。天然气，正如众所周知的，是其最大组分为甲烷（CH₄）的可燃燃料。这里所使用的优选类型的天然气是含有90重量%以上、优选95重量%以上的甲烷并且剩余的5重量%以下通常为变化量的天然杂质（如较高分子量烷烃、二氧化碳、和氮气）和/或额外杂质的精制天然气。氢气也是众所周知的，具有化学式H₂。根据装备储存箱10的车辆的容积、总布置和重量规格，适形性燃料气体箱10可以具有不同的设计、构造、和部件。在图1-图1C中所示出的实施例中，适形性燃料气体箱10包括壳体12、燃料气体储存材料14（图1A、图1C）、延伸经过气体存储材料14且将燃料气体引导到气体储存材料14的多个气体可透过的导流装置16（图1A、图1C）、和将气体可透过的导流装置16加以连接的气体不可透过的连接件18（图1、图1B、图1C）。

参照各种的图1-图1C，壳体12可包括主体12a和端盖12b（图1、图1B），这些端盖12b密封地联接到壳体主体12a从而形成内部空间I（图1A、图1C）。端盖12b可以被焊接到主体12a或者用垫圈被紧固到主体12a，或者以任何其它适当方式可密封地联接到主体12a。壳体12包括可被设置在一个端盖12b中的进口19a、和可被设置在相同的端盖12b中或者如图所示被设置在其它端盖12b中的出口19b（图1B）。

壳体12具有围绕内部空间I的各种外壁、和将用于容纳气体存储材料14的内部空间I划分的内壁，因此期望的燃料气体是天然气或氢气。外壁包括在沿法向轴线Z的方向上间隔的第一和第二底壁13a、13b，侧壁13c、13d在底壁13a与13b之间延伸并且在沿横向轴线Y的方向上间隔，端壁13e、13f具有厚度并且在底壁13a、13b与侧壁13c、13d之间延伸并且在沿纵向轴线X的方向上间隔。内壁15a、15d具有厚度并且在底壁13a、13b与端壁13e、13f之间的方向上延伸，并且在沿横向轴线Y的方向上间隔。在这里所示出的图解说明的实施例中，主体12a包括底壁13a、13b，侧壁13c、13d，和内壁15a、15d，并且端盖12b、12c包括端壁13e、13f。内壁与外壁形成多个（图示为五个）的细长通道17，这些细长通道17横向地间隔并且在端壁13e与13f之间纵向地延伸并且容纳气体存储材料14。此外，内壁15a、15d为壳体12提供结构增强并且对抗当把燃料气体（如天然气和氢气）储存在气体存储材料14中时由箱内部压力所产生的向外取向力。

与之前的球形和圆柱形箱结构相反，壳体12可具有任何合适的形状并且可包括一个或多个大体上为平面状的壁以及与车辆中的不规则形状空间相适形的壁。在本发明的上下文中所使用的术语“大体上”可包括提供圆形的边缘和拐角。实际上，如这里所述，图示的壳体12具有六个大体上为平面状的壁，并且不包括任何的圆柱形或球形壁。壳体壁沿在拐角处相遇的边缘而相交。壳体12的边缘和拐角可以是圆形的，以便改善针对由于容纳在箱10内部的燃料气体压力（通常在大约35巴至大约60巴的范围内）而使壳体12的这些区域所经受弯曲应力的抵抗。壳体12可具有大体上为椭圆形或矩形的形状。

另外，壳体12可具有平面状的低剖面形状，这与之前的球形、圆柱形、和立方体形状的箱形状相反。此形状可适用于部分的具有非平面状部的壁。侧壁13c、13d和端壁13e、13f短于底壁13a、13b。例如，壳体12的长度、宽度、和高度可以分别为2米、1.6米、和10厘米。在其它实施例中，长度可在2米至5米的范围内包括在这两者之间的所有范围和子范围，宽度可在1米至2米的范围内包括在这两者之间的所有范围和子范围，高度可在3厘米至15厘米的范围内包括在这两者之间的所有范围和子范围。平面状低剖面形状允许壳体12采用除通常已被用于天然气和氢气储存的圆柱形、球形、和立方体形状之外的任何的种类广泛的形状，并且允许以与分配给在特定车辆平台上的燃料气体储存箱10的空间最佳地适形的方式来设计燃料气体储存箱10。

在图解说明的实施例中，主体12a是挤制的整体部件，但可具有任何其它合适的构造。任何适当类型的材料可以用于制造壳体12，包括金属，例如不锈钢、铝合金，或者任何其它合适的金属。然而，壳体12的构造并不局限于金属构造并且可以由塑料（如碳纤维增强尼龙）制成，或者壳体12可以由具有适当的强度和耐久性的一些其它材料制成。

在图1A和图1C中，气体存储材料14位于壳体12的内部空间I内并且增加适形性燃料气体储存箱10的体积和重量燃料气体储存容量。气体存储材料14优选地采用粉末形态并且完全地占据壳体12的内部空间I并且围绕在气体可透过的导流装置16的各部分的周围。如果用于天然气，气体存储材料14可以是可以吸附并释放天然气的任何材料，如果用于氢气，气体存储材料14可以是可以化学方式以氢化物形式吸收氢气随后释放氢气的任何材料。天然气和氢气储存材料的合适例子已在上面列举并且在下面列举其它例子。然而，在优选实施例中，气体存储材料14是用于储存天然气或氢气（无论哪个被储存）的金属有机骨架（MOF）。

在吸附天然气的背景中，可以包括部分或全部的气体存储材料14的材料的一些具体例子是活性炭、金属有机骨架（MOF）、或者多孔聚合物网络（PPN）。活性炭是含碳物质，通常是木炭，木炭已通过已知的物理和化学技术被活化从而增加其孔隙率和表面积。金属有机骨架是具有无机-有机骨架的配位聚合物，其中金属离子（或离子簇）被有机配体连接从而提供多孔的且通常是三维的分子骨架结构。多孔聚合物网络是以共价键结合的有机或无机-有机互穿聚合物网络，该聚合物网络如同MOFs提供多孔的且通常是三维的分子骨架结构。一些值得注意的可使用的MOFs和PPNs揭示于R.J.Kuppler等人的《金属有机骨架的潜在应用》，CoordinationChemistryReviews253（2009），第3042-66页；D.Yuan等人的《具有异常高气体吸收能力的高度稳定的多孔聚合物网络》，Adv.Mater.2011，第23卷，第3723–25页；和W.Lu等人的《多孔聚合物网络：合成、孔隙率、和在气体储存/分离中的应用》，Chem.Mater.2010，22，5964–72。当然，种类广泛的MOFs和PPNs是市场上可买到的并且适于用作气体存储材料，并且业界正在对许多其它材料不断地进行研究、开发并投入市场。

气体可透过的导流装置16被适当数量的气体不可透过的连接件18流体连接，连接件18延伸到壳体12的外部，从而流体连接所有的导流装置16并且提供一个气体输送导管，该气体输送导管实现经过壳体内部空间I的多次行进。共同地，气体不可透过的连接件18与气体可透过的导流装置16引导燃料气体经过进口19a而进入适形性燃料气体储存箱10，输送天然气经过输送导管并来回地经过壳体12的内部空间I以便良好地暴露于所有部分的气体存储材料14，并且经过出口19b流出壳体12并最终向下游流动到例如闭环加注系统的其它可选部件。

气体可透过的导流装置16延伸经过箱内部空间I并且延伸经过在壳体12中的气体存储材料14以便将燃料气体充分地输送至气体存储材料14的所有部分。气体可透过的导流装置16具有多种功能：它们（1）利用沿由输送导管所形成的主导流路的对流，而将燃料气体输送或传送经过壳体内部空间I的各部分；和（2）在远离主导流路的方向上将燃料气体（天然气或氢气）从气体可透过的导流装置16的内部分配或扩散到导流装置16的外部。气体可透过的导流装置16也能够将热H从导流装置16的外部传递至导流装置16的内部。可以存在被安装在适形性燃料气体储存箱10中的任意数量的气体可透过的导流装置16。气体可透过的导流装置16的确切数量可取决于箱10的形状和尺寸。在这里所示出的图解说明的适形性燃料气体储存箱10中，例如，至少一个气体可透过的导流装置16沿每个细长通道17在端壁13e与13f之间延伸。

如图中所示，气体可透过的导流装置16可以蛇形的方式来回地延伸经过细长通道17，并且一个或多个的通道17可包括多个导流装置16。例如，第一气体可透过的导流装置16可从在壳体12的第一端处的进口19a经过通道17的第一个通道而延伸至壳体12的第二端，其中第一导流装置16与气体不可透过的连接件18中的一个连接件流体连接并相应地离开壳体12。然后，气体不可透过的连接件18可逆转方向重新进入壳体12回到通道17的第一通道中。从这里，气体不可透过的连接件18可流体连接到第二气体可透过的导流装置16，该导流装置16从第二端延伸经过通道17中的第一通道并朝向第一端延伸。在此位点，第二导流装置16可再次流体连接到气体不可透过的连接件18的另一个连接件，该连接件离开壳体12并逆转方向只重新进入壳体12再进入通道17的相邻的第二通道中。从这里，气体可透过的导流装置16可继续来回地行进经过通道17，从壳体12的第一侧延伸至壳体12的第二侧，并再次返回到壳体12的第一侧再经过第一通道17而离开在壳体12的一个端部中的出口19b。换句话说，多个气体可透过的导流装置16可头尾连接地来回地多次延伸，并且可横向地延伸并再次返回至少一次。因此，通道17中的至少一个通道可包括至少四个气体可透过的导流装置16。本领域技术人员将认识到在附图中所图示的例子只是引导气体可透过的导流装置16经过若干细长流道17的许多例子中的一个例子，并且可采用导流装置16的任何其它合适的引导构造和数量。

参照图1C，图示的气体可透过的导流装置16可以是过滤管20，这里仅示出并描述了单个过滤管20，尽管应当理解的是各过滤管20可具有类似的结构。过滤管20可包括结构壁22，该结构壁22限定用于将燃料气体G的主体流动从进口28引导至各管20的出口30的流道26，并且可包括由结构壁22所承载的膜25。燃料气体G的主体流动可以在不直接地接触容纳于箱内部空间I中的气体存储材料14的情况下，在流道26内部沿流道26行进。当燃料气体G的主体流动沿流道26行进时，结构壁22和膜25共同地允许一些燃料气体G从流道26的内部扩散到过滤管20的外部，其中燃料气体G可以被气体存储材料14所吸附/吸收。结构壁22和膜25也允许将由天然气/氢气的放热吸附/吸收到气体存储材料14上所产生的热H从过滤管20的外部传递到过滤管20的流道26的内部，其中热H可以被捕获并被沿流道26且经过流道26移动的燃料气体G的主体流带走。过滤管20可包括其它材料或者除结构壁22和膜25外的非连续层，或者过滤管20可包括单独的结构壁22，如果过滤管20可以在其自身中容纳扩散燃料气体G的交叉流和热H同时防止气体存储材料14的各部分通过壁22进入流道26。

过滤管20的结构壁22可具有圆柱形的形状并且具备用于一些天然气G′从流道26通过壁22的小孔32。孔32可以是规则地且均匀地间隔的孔眼，这些孔眼都是沿结构壁22，如图中所示。在其它实施例中，孔32可由相互相连股所限定，正如将会在结构网格中所发现的，或者孔32可以其它合适的方式而提供。在一些实例中，流道26可以具有在大约3毫米至大约10毫米范围内的直径包括在这两者之间的所有范围和子范围，孔32可以具有在大约10μm至大约2毫米范围内的直径包括在这两者之间的所有范围和子范围。另外，在其它实例中，流道26和孔32可以具有不同值的直径。如果结构壁22是限定直径小于50μm的孔32的网状结构，例如那么可以不需要作为过滤管20的部分的膜25。结构壁22可以由与壳体12相同的材料所制成，如同上述的金属和塑料材料，或者结构壁22可以由任何其它合适材料所构成。

由结构壁22所承载的膜25提供与结构壁22中的孔32相比更细的过滤介质。膜25优选地是微滤或超滤材料或者薄膜，该薄膜是气体可透过的以便从主体气流G中所取出的天然气G′可以扩散经过膜25并从过滤管20中扩散出以便被气体存储材料14吸附/吸收。互连微气孔的网络优选地穿越膜25的厚度，该厚度通常是在大约20μm至大约2毫米的范围内。虽然微气孔的尺寸被设计成允许燃料气体G′从过滤管20的流道26扩散到位于过滤管20外部的气体存储材料14，但也可以对它们的尺寸进行调整以防止气体存储材料14从过滤管20的外部进入流道26。例如，可将膜25的微气孔的尺寸设计成防止可由材料14的碎裂所产生的气体存储材料14的最小预计颗粒（这些颗粒可以随时间推移由温度、压力、和燃料气体负荷循环所产生）通过膜25的厚度。在这种情况下，大约10μm至大约50μm的平均孔径可以是足够的。

存在一些微滤或超滤材料，并且在本领域中已知的是天然气或氢气可透过的。在这些许多选择中，膜25可以是基于二氧化硅或硅酸盐的干燥剂材料，该材料允许气体扩散同时吸湿性地吸附仍然会扩散到行进经过流道26的燃料气体流G中的水。膜25可以是亲水性沸石（如ZSM-5）、或者基于有机聚合物的膜。膜25可以由过滤管20的结构壁22以不同的方式所承载。参照图1C，例如，膜25覆盖在结构壁22的外侧的周围。这里，膜25围绕结构壁22的所有侧部并且纵向地跨越暴露于气体存储材料14的壁22的长度。在另一个实施例中，可以将膜25承载于在壁22的内表面上的结构壁22内部和流道26的内部，或者可以将膜25夹在结构壁22与过滤管20的另一个同轴部件之间。可以利用任何已知技术将膜25附加到结构壁22。

可以通过不同的方式、技术、部件、和工艺将过滤管20在它们的端部密闭地联接到壳体12的端壁13e、13f。确切的联接可取决于为过滤管20和壁13e、13f所选择的材料。本文中使用的术语“联接”不一定表示在部件之间的机械互连，如螺纹连接到一起的螺栓和螺母，尽管在一些实施例中并不表示这个意思，相反仅仅表示在部件之间的直接或间接对接，如保持彼此接触的表面。在图1C中所示的实施例中，例如过滤管20可牢固地联接到端壁13e、13f。如图中所示，各过滤管20具有带凸缘36的第一联接器34、和带配件40的第二联接器38。凸缘36优选地具有从结构壁22的周长径向地向外延伸的圆形形状。凸缘36可以与结构壁22为整体或者凸缘36可以是通过焊接、粘接、机械联锁、或者一些其它方式而附接到壁22的非连续件。在导流装置16的相反端的配件40优选地是螺母，该螺母具有内螺纹，该内螺纹与设置在结构壁22的外部上的外螺纹结合并且被紧固到该外螺纹上。

可通过将过滤管20的螺纹端插入经过在端壁13e、13f的一个端壁中的开口24然后经过在端壁13e、13f的另一个端部中的另一个开口24，而将每个过滤管20安装在壳体12中。凸缘36的内表面42被固定并抵靠在其各自壁的表面44上。类似地，螺母40被紧固到过滤管20的结构壁22的外螺纹上，这些外螺纹突出超过其各自端壁13e、13f的外表面82，使得螺母84的内表面被固定并抵靠外壁表面82。因此，在图1C的实施例中，接合的表面42、44和82、84形成表面-表面对接。并且尽管未图示，但可以将一个或多个O形圈或者其它垫圈设置抵靠外壳表面44、82从而有助于将过滤管20和壳体12密封。也可以将固化的环氧树脂密封剂设置在过滤管20与壳体12之间，并且/或者可以在第一和/或第二联接器34、38处执行一次或多次焊接从而有助于将过滤管20和壳体12密封并且进一步实现这两个部件之间的永久固定。如果不实施永久固定并且不必如此，那么必要时可以将过滤管20从壳体12中分离和卸载。这样，在适形性燃料气体储存箱10的有效使用寿命期间，可以对过滤管20进行维护和修复或更换。

气体不可透过的连接件18和延伸到壳体12外部的其它导管不能如同过滤管20向外扩散燃料气体，相反具有限定通道64的实体。图1C中示出两个这种连接件18的各部分。构成气体不可透过的连接件18的实体的壁可以具有在大约0.5厘米至大约1厘米范围内的厚度，并且该壁可以提供具有到外表面的直径的连接件18，该直径是在大约3毫米至大约10毫米的范围内。当然，其它厚度和直径值是可行的。气体不可透过的连接件18可以由与过滤管20的结构壁22相同的材料制成，或者它们可以由不同的材料构成，如黄铜或者一些其它合适的金属。

气体不可透过的连接件18可以延伸经过端壁13e、13f并且可以通过不同的方式、技术、部件、和工艺而连接到过滤管20。确切的连接可取决于为气体不可透过的连接件18和过滤管20所选择的材料以及其它因素。在图1C的实施例中，例如通过压入配合而将气体不可透过的连接件18连接到过滤管20，其中将连接件18插入结构壁22的流道26的内部达足以维持它们的连接并防止连接件18与管20之间的气体泄漏的重叠程度。为了便于压入配合，可以将插入的连接件端部浸泡在液氮中以便在插入到结构壁22的流道26中之前使端部暂时地物理性收缩，接着是在插入后当被加热回到环境温度时连接件端部的自然膨胀。可替代地，可以利用设置在气体不可透过的连接件18的插入的连接件端部上的弹簧状结构而促进压入配合连接，气体不可透过的连接件18在插入时向内位移并且施加向外的力于结构壁22的流道26上。仍然在其它实施例中，连接可以包括其它部件，如额外的配件、零件、垫圈、密封件、O形圈、垫圈、铆钉、夹具、及其组合。可以利用如焊接、粘接、固化、铆固、锡焊、及其组合的工艺而实现连接。

加热元件70可以位于过滤管20处，以便当启动时定期地将热释放给管20。加热元件70可以采用不同的形式，包括电阻丝，如图1C中所示，该电阻丝可以由织物绝缘的钨、非绝缘钨、或者任何其它合适材料制成。电阻丝70可螺旋状地缠绕在流道26的内部并且抵接结构壁22的内表面。然而，实际上其它布置是可行的，例如将电阻丝70缠绕在结构壁22的外侧周围，优选地如果膜25被承载在结构壁22的内侧上，或者将电热丝70缠绕在结构壁22的内部。此外，电阻丝70可以是单个丝，该电阻丝经过所有的过滤管20并且经过所有气体不可透过的连接件18并且具有与动力源（未图示）的单个电连接件，或者多条电阻丝可以经过不同的过滤管20并且具有与动力源的单独电连接件。

来自加热元件70的热，当被放出时，可用于对过滤管20（尤其是膜25）进行脱气，并且除去周围的气体存储材料14中的堆积杂质，如水、二氧化碳、硫化氢、润滑剂、和可以在超过例如150℃的高温下驱除的其它不需要的积聚物。视需要，可以执行这种脱气从而有助于确保维持气体存储材料14的气体储存容量。该脱气操作可以以周期性频率（例如，每年一次）或者在车辆的日常维护期间而执行。

当然，气体可透过的导流装置16可采用除图1和图1B–1C中所示的过滤管20外的其它构造。图5A和图5B中示出了气体可透过的导流装置16的其它说明性实例。这些实施例在许多方面类似于图1和图1B–1C的实施例，由此该原因，在各实施例之间通常用相似的附图标记来标示在附图的若干视图中的相似或相应的元件。因此，对实施例的描述相互并入，并且对各实施例为共同的主体通常将不作重复描述。

在图5A中，气体可透过的导流装置16包括两个或更多（例如，三个，如图中所示）的用于各细长通道17的堆叠的过滤管20。各过滤管20可包括如前所述的加热元件70、和堆叠的过滤管20，这些过滤管构成在各通道17中的导流装置16从而提供与共同的连接件119相连通的平行气体流路26（图1C）。连接件119，相应地在壳体12的内部空间I中的过滤管20的相邻堆之间经过，例如经过图2B中所示且在下面所描述的横向流道117。换句话说，不同于图1中所示的燃料气体储存箱12，这里所使用的连接件119不经过端壁13e、13f，端壁13e、13f是由将壳体12的主体12a密封的端盖12b所提供。因此，根据它们的预定功能，连接件119可以是气体可透过的或者气体不可透过的。如果内壁15a–15d为壳体12提供充分的结构支撑从而对抗归因于燃料气体储存的内部压力，那么如图1中所示的不经过端壁13e、13f的连接件119的使用会是可接受的。

在图5B中，气体可透过的导流装置16是矩形的过滤板220，这些过滤板延伸经过被限定在箱壳体12的内部空间I中的细长通道17。每个矩形的过滤板220包括被气体可透过盖223所围绕的内部织物225，该气体可透过盖223维持过滤板220的形状。盖223可以是气体可透过的蒙皮，例如可从多种供应商买到的气体可透过的加热织物，或者盖223可以是刚性框架，例如穿孔金属或膨胀金属或者金属网。内部织物225可以是任何类型的基于纤维的材料，该材料允许对流的主体燃料气体流动和燃料气体扩散。并且类似于前面的图5A，利用连接件219将相邻的过滤板220流体连接到一起，连接件219经过壳体12的内部并经过例如横向流道117l，如图2B中所示且下面的描述。此外，各矩形过滤板220可包括由织物225或气体可透过盖223中的一个或两者所承载的加热元件270。

图2A、图2B中示出了适形性燃料气体储存箱的另一个说明性实施例。本实施例在许多方面类似于图1-图1C的实施例，并且由于该原因，在各实施例之间通常用相似附图标记来标示附图的若干视图中的相似或相应的元件。因此，对各实施例的描述相互并入，并且对于各实施例为共同的主题通常将不作重复描述。

现在参照图2A，适形性燃料气体储存箱包括壳体112，该壳体112具有主体112a和端盖112b。如前所述，壳体112具有形成内部空间I的各种外壁113a–113f、和将内部空间I划分的内壁115a–115e。外壁113a、113f包括在沿法向轴线Z的方向上间隔的第一和第二底壁113a、113b，在底壁113a与113b之间延伸且在沿横向轴线Y的方向上间隔的侧壁113c、113d，并且端壁113e、113f在底壁113a、113b之间延伸，并且侧壁113c、113d在沿纵向轴线X的方向上间隔。在图解说明的实施例中，主体112a可以是铸造的整体部件，例如压铸部件、消失模铸造部件、砂铸部件等。在另一个实施例中，尽管这里未明确地示出，但可将主体112a铸造成具有一个开放端和一个封闭端。封闭端包括与主体112a为整体的端壁113e、113f中的一个，同时利用提供其它端壁113e、113f的端盖112b将开放端封闭和密封。

参照图2B，端盖112b包括端壁113e、113f，并且还包括从从端壁113e、113f的周边延伸出的裙部113g。通过焊接部W将端盖112b联接到主体112a，焊接部W可在裙部113g的端部周围周向地延伸。此外，内壁115a、115e向外延伸超过侧壁113c、113d和底壁113a、113b并且延伸经过被限定在端壁113e、113f中的相应的缝隙113h。可通过焊接部W将内壁115a、115e的纵向端联接到端壁113e、113f。各种焊接部W可密闭地密封壳体112。

内壁115a、115e可包括纵向端，这些纵向端具有不同高度，例如交替的不同高度，尽管它们不必须如此。更具体地，每个内壁115a、115e可包括具有不同高度的相反的纵向端。具有较短端部的内壁115a–115e的情况可与端盖112b协作从而在壳体112的纵向端形成横向流道117l。这些横向流道117l允许燃料气体在气体可透过的导流装置16外侧的错流，必要时允许如上所述的连接件119、219的通道在细长通道17之间经过并且不穿过壳体112的端壁113e、113f。因此，壳体112可包括各种内壁115a、115e从而进一步促进燃料气体来回地蛇形流动经过壳体112以便实现良好的热传递。

图3-图3B中示出了适形性燃料气体储存箱的另一个说明性实施例。该实施例在许多方面类似于图1-图2B的实施例，由于该原因，在各实施例之间通常用相似的附图标记来标示附图的若干视图中的相似或相应的元件。因此，将对各实施例的描述相互并入，并且对于各实施例为共同的主题通常将不作重复描述。

参照图3和图3A，适形性燃料气体储存箱包括壳体212，该壳体212具有主体212a和端盖212b。如前所述，壳体212具有各种外壁213a、213f和内壁215a、215e。在图解说明的实施例中，主体212a可包括第一壳211a，第二壳211b、和组装并联接（例如，通过焊接）在上壳211a与下壳211b之间的内壁215a–215e。壳211a、211b可包括在其中的缝隙211c，并且内壁215a、215e可包括从其中延伸出的固定突片215f，用于插入壳缝隙211c中。固定突片215f优选地被焊接在第一和第二壳211a、211b的外表面上，因为在这种情况下可以最容易且可接近地实施焊接工艺。

例如，可通过首先将内壁215a–215e的固定突片215f中的一组突片插入经过壳211a、211b的一个壳的缝隙211c，然后将保持固定突片215f焊接到壳211a、211b而组装壳体212。接着，可将其它的壳211a、211b组装到内壁215a、215e使得相对设置的一组固定突片215f被接纳进入并经过其它壳211a、211b的缝隙211c，接着将固定突片215f焊接到其它壳211a、211b。此外，可沿位于其侧壁213c、213d处的接缝S将壳211a与211b焊接到一起，从而完成主体212a的组装。一旦形成了主体212a，通过焊接部W（图3B）将包括端壁213e、213f和从端壁213e、231f的周边延伸出的裙部213g的端盖212b联接到主体212a从而封闭壳体内部空间I。内壁215a、215e的纵向端被端盖212b接纳并经过端盖212b，如前所述，并且通过焊接部W（图3B）被密闭地密封到端壁213e、213f。必要时，可由内壁215a、215e的纵向端侧形成向流道，如前所述。

通过采用可以沿接缝S被焊接到壳体212的构造部的第一壳211a和第二壳211b，而存在用于壳体212的总体结构的设计自由度。具体地，第一壳211a和第二壳211b可以单独地制造，各自具有不同的形状和轮廓，然后组装到一起以便最佳地符合特定车辆平台的总布置要求。例如，第一壳211a可具有适合于多种车辆的相当一致的基部形状，第二壳211b可具有为特定的车辆空间更加定制的三维轮廓，如同下面参照图7所描述的实施例。这样，相同的第一壳211a可用于若干不同的车辆，同时以不同车辆的方式改变第二壳211b。这种在不必重新设计和重新制造全部壳体212的情况下调整壳体212的适形性的能力促进了制造环境中的简单性和效率。

图7中示意性地示出了包括座椅296、在座椅296下面的地板297、和位于地板297下面的适形性燃料气体储存箱410的机动乘用车辆290的一部分。这里所示出的燃料气体储存箱410在许多方面类似于图1–图5的实施例，用于该原因，在各实施例之间通常用相似的附图标记来标示在附图的若干视图中的相似或相应的元件。因此，对各实施例的描述相互并入，并且对于各实施例为共同的主题通常将不作重复描述。

燃料气体储存箱410包括壳体412，该壳体412具有下壳411a和联接到下壳411a的上壳411b。上壳411b具有底壁412b，该底壁412b具有与车辆地板297的非平面状下表面相对应的非平面状轮廓。因此，箱410的几何形状与车辆290的几何形状为适形，从而优化在地板297下面的可用于车辆290的任何空间的使用。

图4中示出了适形性燃料气体储存箱310的另一个说明性实施例。该实施例在许多方面类似于图1和图3B的实施例，由于改该原因，在各实施例之间通常用相似的附图标记来标示在附图的若干视图中的相似或相应的元件。因此，对实施例的描述相互并入，并且对于各实施例为共同的主题通常将不作重复描述。

适形性燃料气体储存箱310包括壳体312和在壳体312中的细长通道17内部延伸的多个不同类型的气体可透过的导流装置16，气体可透过的导流装置16的例子已在上面进行了描述。壳体312包括主体312a，该主体321a具有包括第一和第二底壁313a、313b的外壁和在底壁313a与313b之间延伸的侧壁313c、313d。为了清楚起见，将端壁从图4中省略。壳体312也包括内壁，这些内壁包括在底壁313a与313b之间的方向上延伸的第一内壁315a、315d和从第一内壁的车外内壁315a、315d中延伸至侧壁313c、313d的第二内壁315e、315f。如图中所示，第二内壁315e、315f的取向垂直于第一内壁315a、315d，第二内部从第一内壁中延伸出。内壁与外壁形成细长通道17a、17b。此外，第二内壁315e、315f，为壳体312提供强度以便抵抗作用于壳体312上侧面负荷。

上述的适形性燃料气体储存箱可被支撑在车辆上，作为车架的一部分。图6A中示出了机动车辆90，例如轿车，该车辆包括由底盘92所承载的车体91。任何的上述适形性燃料气体储存箱，其中具体地示出了图1-图1C的箱10，均可用于构成底盘92的整体结构支撑部。具体地，如图中所示，底盘92可包括侧构件93和B柱94，并且可将箱10焊接到一部分的侧构件93和一部分的B-柱94上及这两者之间。在本实施例中，适形性燃料气体储存箱10是底盘92的车辆底板部的一部分。类似地，图6B示出了机动车辆190，例如货车，该车辆包括由底盘192所承载的车体191。上述的任何适形性燃料气体储存箱，再次具体地示出了图1–图1C的箱10，可用于构成底盘192的整体结构支撑部。这里，在此实施例中，底盘192可包括侧轨193，并且可将燃料气体储存箱10的侧部焊接到侧轨193的各部分和各部分之间，作为底盘192的横构件。因此，燃料气体储存箱10是底盘192的车辆货床部的一部分并且在其上面承载货床衬板195。

以上对优选说明性实施例和相关实例的描述在本质上仅仅是描述性的；它们并非意图限制所附权利要求的范围。所附权利要求中所使用的每个术语应给予其普通的和通常的含义，除非在本说明书另有具体和明确的说明。

Claims (22)

1.一种适形性燃料气体储存箱，包括：

壳体，所述壳体形成容纳燃料气体的内部空间并且具有：

外壁，所述外壁围绕所述内部空间并且包括在沿法向轴线的方向上间隔的第一和第二底壁、在所述底壁之间延伸并且在沿横向轴线的方向上间隔的侧壁、和在所述底壁与所述侧壁之间延伸并且在沿纵向轴线的方向上间隔的端壁，和

内壁，所述内壁划分所述内部空间并且在所述底壁和所述端壁之间的方向上延伸并且在沿所述横向轴线的方向上间隔，

其中，所述内壁与外壁形成横向地间隔并且在所述端壁之间纵向地延伸的细长通道；

位于所述细长通道内的燃料气体储存材料；和

气体可透过的导流装置，所述气体可透过的导流装置沿所述细长通道中的至少一个通道延伸并且延伸经过在该通道中的所述气体储存材料。

2.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，所述壳体包括用于包括所述气体可透过的导流装置的燃料气体输送导管的进口并包括用于所述燃料气体输送导管的出口。

3.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，所述细长通道中至少一个通道包括多个气体可透过的导流装置。

4.如权利要求3所述的适形性燃料气体储存箱，其中，所述细长通道中的所述至少一个通道包括至少四个气体可透过的导流装置。

5.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，所述气体可透过的导流装置包括两个或更多的堆叠的过滤管。

6.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，所述气体可透过的导流装置包括矩形的过滤板，所述过滤板包括由气体可透过盖所围绕的织物。

7.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，一个或多个气体可透过的导流装置延伸经过每个所述细长的通道，利用连接件将所述气体可透过的导流装置加以连接使得气体能够流动经过所述气体可透过的导流装置并且以蛇形的方式来回地流动经过所述细长通道。

8.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，所述侧壁和所述端壁短于所述底壁。

9.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，端盖包括至少一个的所述端壁，并且其中，所述内壁纵向地延伸超过所述侧壁和所述底壁并且延伸经过在所述端壁中的相应的缝隙。

10.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，主体包括所述底壁、所述侧壁、和所述内壁，并且端盖包括所述端壁，并且其中，从所述端壁中延伸出的裙部联接到所述主体。

11.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，主体包括所述底壁、所述侧壁、和所述内壁，并且其中，所述主体是挤制的或压铸的整体件。

12.如权利要求1所述的适形性燃料气体储存箱，其中，主体包括所述底壁、所述侧壁、和所述内壁，并且其中，所述主体包括上壳、下壳，并且所述内壁被组装且联接在所述上壳与下壳之间。

13.如权利要求1所述的箱，其中，端盖包括至少一个的所述端壁，并且所述内壁包括不同高度的纵向端从而与所述端盖协作而在所述箱壳体的所述纵向端形成用于燃料气体的错流的横向流道。

14.如权利要求13所述的箱，其中，所述纵向端具有交替的不同高度，以便促进燃料气体来回地经过所述壳体的蛇形流动。

15.一种机动车辆，包括：

车辆底盘；和

作为所述底盘的结构支撑部的适形性燃料气体储存箱，所述燃料气体储存箱包括：

形成内部空间的壳体，所述壳体包括：在沿法向轴线的方向上间隔的第一和第二底壁、在所述底壁之间延伸且在沿横向轴线的方向上间隔的侧壁、和在所述底壁与所述侧壁之间延伸且在沿纵向轴线的方向上间隔的端壁，所述壳体还包括内壁，所述内壁将所述内部空间划分成横向地间隔且在所述端壁之间纵向地延伸的细长通道；

燃料气体储存材料，所述燃料气体储存材料位于所述壳体的所述内部空间内且位于每个所述细长通道中；和

燃料气体输送导管，所述燃料气体输送导管被制成引导燃料气体在所述壳体的所述端壁之间来回地流动经过所述壳体的所述内部空间，所述气体输送导管包括沿设置在所述壳体的所述内部空间中的每个所述细长通道而延伸的至少一个气体可透过的导流装置。

16.如权利要求15所述的车辆，其中，所述适形性燃料气体储存箱是车辆地板的一部分。

17.如权利要求15所述的车辆，其中，所述适形性燃料气体储存箱是车辆货床的一部分。

18.如权利要求15所述的车辆，其中，所述主体包括下壳和上壳，所述上壳联接到所述下壳并且具有与一部分的所述车辆的非平面状波形下表面相对应的非平面状波形轮廓。

19.一种适形性燃料气体储存箱，包括：

形成内部空间的壳体，所述壳体包括：在沿法向轴线的方向上间隔的第一和第二底壁、在所述底壁之间延伸且在沿横向轴线的方向上间隔的侧壁、和在所述底壁与所述侧壁之间延伸且在沿纵向轴线的方向上间隔的端壁，所述壳体还包括内壁，所述内壁将所述内部空间划分成横向地间隔且在所述端壁之间纵向地延伸的细长通道，其中，所述壳体的主体包括所述第一和第二底壁并且所述侧壁是由沿所述侧壁处的接缝而联接到一起的上壳和下壳所构成，并且其中，所述内壁包括固定突片，所述固定突片被接纳经过被限定在所述上壳或下壳中的至少一个中的缝隙并且被密封地联接到所述上壳或下壳中的至少一个；

燃料气体储存材料，所述燃料气体储存材料位于所述壳体的内部空间内并且位于每个所述细长通道中；和

燃料气体输送导管，所述燃料气体输送导管被制成引导燃料气体在所述壳体的所述端壁之间来回地流动经过所述壳体的内部，所述气体输送导管包括沿设置在所述壳体的内部空间中的每个所述细长通道而延伸的至少一个气体可透过的导流装置。

20.如权利要求19所述的适形性燃料气体储存箱，其中，所述燃料气体储存材料是储氢材料或者天然气储存材料。

21.如权利要求19所述的适形性燃料气体储存箱，其中，所述气体可透过的导流装置是过滤管，所述过滤管包括用于引导燃料气体的主体流动的流道的结构壁和由所述结构壁所承载的膜，所述结构壁和所述膜允许燃料气体从所述流道的内部扩散到所述过滤管的外部。

22.如权利要求19所述的适形性燃料气体储存箱，其中，所述燃料气体输送导管包括在各细长通道中的多个气体可透过的导流装置，并且其中，每个所述导流装置是过滤管，所述过滤管包括限定用于引导燃料气体的主体流动的流道的结构壁和由所述结构壁所承载的膜，所述结构壁和所述膜允许燃料气体从所述流道的内部扩散到所述过滤管的外部，并且其中，所述气体输送导管还包括气体不可透过的连接件，所述连接件延伸经过所述壳体的所述端壁并且连接所述过滤管的所述流道以便能够引导燃料气体从进口到出口来回地流动经过所述壳体的所述内部空间。