CN105683643A - 燃料罐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料罐，所述燃料罐包括带开口和盖板的容器，柔性覆盖物包围住容器的内外层。此种燃料罐具有能够经受外部尖锐物体冲击的特点并可以交替使用气态和液态气体，在容器中可混合不同石化和生物类型的燃料气体，并可加热和冷却。本发明涉及燃料罐(1)和组合罐，容器除了可以存储液化天然气之外还可存储生物甲烷气体。

Description

燃料罐
技术领域
本发明涉及一种燃料罐，尤其是一种高安全性燃料罐，优选地用于存储根据主权利要求中前序部分的低温介质。
背景技术
目前在个别工业领域中所应用的存储介质的燃料罐必须满足很高的安全要求，例如汽油罐，煤油罐或可燃气体燃料罐。运输辐射性物质或低温介质的燃料罐必须符合很高的安全要求并可以防止尖锐物体碰撞或被弹片击中时带来的冲击，且不会出现泄漏。
发明内容
根据燃料罐或高安全性燃料罐在运输上述危险品过程中，会因为破损出现可能造成的环境污染情况，必须设计一种能够承受外部外力和环境条件的燃料罐。但此种燃料的生产成本、尺寸和重量均很高。
低温燃料罐是保存低温介质的燃料罐，例如液态氢或甲烷，一般使用特殊高合金金属材料制成，优选采用镍钢合金，此种材料具有耐冲击性和耐低温性。一般来说还需要使用高品质的保温材料对燃料罐进行保温，通常的做法是做成双层罐体，在中间形成真空或填充颗粒材料。在存储液化天然气时(LNG)即液化天然气，需存储温度必须保持在约-164℃，而液态氢气的存储温度则要保持在约-253℃。
液态燃料，如液化天然气在沸点以下时的体积密度为气化状态时的600倍。低温燃料罐与高压燃料罐相比大大节省了空间。例如200bar的燃料罐容积一般比液压天然气的燃料罐高3至4个系数。液态氢燃料罐一般做成球形，这样可以承受更高的气体压力。尽管制造成本较高且运输重量较大，低温燃料罐也常用于陆地、海洋或空中运输。
运输保存低温燃料介质的燃料罐时，要求燃料罐可以高压加气。加热低温燃料罐时，存储的部分低温介质会蒸发形成汽化气体，，因此在加气时，要尽可能避免或减少因外界热量进入到燃料罐内并造成“汽化”危险。将低温气体加入到“加热”的燃料罐中时，也就是高于规定温度的燃料罐中时，必须经常抽吸出现的蒸发和汽化气体。由于需要收集或中间存储吸收气体，同时也增加了成本。
尤其是在汽车制造行业中，在解决上述问题的前提下还要找到一种简单的操作方法。并可以给货车、汽车和其他小型车辆加入符合未来发展需要的环保型燃料。
本发明的任务是提供一种更先进的燃料罐。
本发明介绍了一种解决上述问题的用于存储低温介质的燃料罐，尤其是一种高安全性燃料罐，在容器上设置一个开口和一个盖板。容器内外可包裹柔性覆盖物。
在燃料罐内外设置的柔性包裹物除了可以保证容器的冲击安全性以外，还能有效防止在与尖锐物体碰撞时造成破坏而导致介质泄露。
柔性包裹物相对于刚性表面的优点在于，在与尖锐性物体碰撞时，包裹物出现变形或进入到包裹物中，从而有效吸收产生的动态能。
本发明符合最新技术水平，大面积覆盖物能够产生较大变形，在与尖锐物体碰撞时，柔性覆盖物能够承受较大的冲击力。
容器的内外表面上覆盖的大面积覆盖物，可以对容器内外提供大面积的保护。
此外柔性覆盖物还能承受在事故中出现的高机械载荷能力，例如拉力、压力和扭力。而且柔性覆盖物的安装非常简便。
柔性覆盖物除了具有抵抗机械载荷的能力，密封性也非常好，而且还有耐低温特性。因此相同结构的燃料罐可用来存储更多不同类型的介质。例如可用作液体罐或高压气体罐。
存储低温燃料的容器可用在汽车中，其优点在于，覆盖物比金属壁的隔热性能高。可以有效防止气体蒸发和汽化。此外安装在燃料罐内外的柔性覆盖物还有保温的作用，在加入燃料和汽车长时间停止的时候可减少出现汽化现象或完全可以避免出现汽化。
在本发明的一个实施例中，燃料罐的覆盖物为一体化结构。
一体化结构的含义是，覆盖物不是由多块组合连接而成的，而是一块整体材料。一体化覆盖物的母材中可包含多个部件和多种材料，例如纤维材料或多层膜结构。整个覆盖物采用一体化结构。覆盖物末端可采用连接件或与其他相邻物体连接，从而形成符合本发明的一体化结构
采用一体化结构的覆盖物可有效承受抗尖锐物体带来的高冲击载荷。相对于组合式覆盖物来说，一体化覆盖物可达到一致性的母材状态表面。一般来说，不一致的表面耐冲击性较差，而且无法阻止泄露。采用一体化覆盖物可以通过彼此连接或与相邻物体连接减少不一致的表面范围。
此外相对于组合式覆盖物来说，一体化覆盖物的连接方式非常简单，节省了连接时间，可作为半成品量产，降低了成本并可提前生产。采用此种覆盖物的燃料罐也降低了生产成本。
在本发明的一个实施例中，覆盖物外形是筒状或套筒状的。
预生产的一体化筒状或套筒状覆盖物可在容器开口处翻折，从而形成覆盖容器内外表面的一体化同质表面。在与尖锐物体发生碰撞时，覆盖物还有很好的耐冲击作用。
筒状或套筒状覆盖物的安装非常简便。
在一个实施例中，覆盖物的开口可通过力量或材料配合等方式闭合，例如通过扭转、卡紧或粘接等方式。
关闭覆盖物开口后，容器即被一体化覆盖物完全覆盖。从而省略了其他覆盖物和不同材料之间的拼接或接缝。可通过扭转的方式非常简单的闭合覆盖物开口。扭转方式可能会稍微减弱覆盖物的作用。还可通过力量或材料配合的连接方式简单关闭开口，尤其是通过卡紧连接或粘接。
在本发明的一个实施例中，覆盖物是一种柔性薄膜或编织材料，优选地具有气体密封、抗断裂和抗压力和/或耐温度波动等特点，接近绝对零度0K，即-273℃，主要采用芳纶、石墨烯或碳纳米管等材料。优选地柔性薄膜或编织材料也可喷涂一层保护材料或涂层。
柔性薄膜或编织材料制成的编织物厚度小，从而降低了燃料罐的重量并减少了尺寸。此外柔性薄膜或编织物还可覆盖住容器开口并形成大面积的统一覆盖层，从而减少安装费用。
例如覆盖物由芳纶材料进行强化处理或由芳纶制成，例如一种使用芳纶纤维强化处理的覆盖物，如下也称为芳纶覆盖物。芳纶纤维采用公司DuPont生产的商标为的气体密封编织产品。可通过改变编织方法和编织结构，提供一种筒状或套筒状的柔性的编织物。
芳纶覆盖物或Klevar覆盖物具有耐机械载荷和耐低温的特性，适用于保存低温介质，如液化天然气(液化天然气)或液态氦气。而且芳纶覆盖物具有气体密封和化学性稳定的特点，因此具有耐腐蚀性。
来自俄罗斯在英国工作多年的诺贝尔奖获得者AndreGreim教授研发出了石墨烯，这是一种二维结构的碳原子C(石墨)。石墨烯是一种非常薄、具有气体密封以及良好耐机械载荷的特性。此外石墨烯还有导电特性，抗菌性并可与薄膜或编织芳纶粘接连接，例如粘接泡沫。
碳纳米管，也称为CNT或纳米碳管，是一种碳元素制成的小型管状结构和微型纳米碳管。碳纳米管的结构是一种卷起结构的石墨烯管。碳纳米管的覆盖物特性与芳纶覆盖物或石墨烯覆盖物的特性类似。
石墨烯和碳纳米管基本上可制成薄膜或纤维，其具有很高的抗拉强度和屈服极限。石墨烯还具有很好的导电性、抗菌性和很高的表面耐磨性。
在本发明的一个实施例中，覆盖物优选采用芳纶纤维制成的编织材料，特别地，在覆盖物纵向上具有不同直径和/或不同密度。
有机高强度纤维和合成纤维可以像芳纶纤维一样制成不同直径和密度的覆盖物，例如在纵轴方向上制成不同直径和密度分布的筒状或套筒状结构。制成具有规定密度的柔性覆盖物具有良好的耐机械特性，并可改变局部特性，例如屈服极限。
由不同直径和/或密度编织物制成的覆盖物可以非常好的贴合在燃料罐结构和相邻闭合处或连接位置。覆盖物具有非常良好的抗冲击安全性。此外覆盖物的柔性结构还适合作为燃料罐的冷却覆盖物。
在本发明的一个实施例中，覆盖物可多层缠绕在容器内外层。
缠绕多层的含义是，套筒状结构的覆盖物并多次进入到容器中，在容器开口位置翻转并在容器底部扭转，然后再进入到容器中。贴在容器壁上形成多层缠绕层。
多层缠绕覆盖物可以只贴在容器内部或外部或内外部，覆盖物的面积还可进一步扩大，在与尖锐物体碰撞时能够承受很高的冲击性
覆盖物可以在外设置一层并在内设置三层，除了可以提供很高的安全性之外，还对燃料罐有冷却作用。
在本发明的一个实施例中，燃料罐的容器由压缩性和/或隔热材料制作，尤其是泡沫材料。
压缩性材料可提高燃料罐的抗尖锐物体冲击的能力，因此容器可以承受很高的变形功，在出现事故时能够承受很高的机械冲击载荷，例如可耐受很高的拉力、压力和扭力。
装配隔热材料的容器适用于存储高温或低温介质。本燃料罐适用于存储温度非常高或非常低的燃料，例如保存低温介质的燃料罐，存储沸点为约-164℃的液化天然气或甲烷，或沸点为约-253℃的液态氢气。从而节省了成本较高的保温设备，例如中间真空层或中间填充颗粒材料的双层罐体结构。
泡沫材料是一种特别廉价，有保温作用和可压缩的材料，具有上述优选作用。
在本发明实施例中，在容器或容器壁的内部和/或外部涂层或安装第一层覆盖物。
第一层覆盖物是与主权利要求所述柔性覆盖物无关的形状基本固定的覆盖层，位于容器壁和上述柔性覆盖物之间，并贴容器壁上。如果有需要，还可在容器或容器壁表面上增加一层紧密连接的平面涂层或第一层覆盖物。
容器的第一层覆盖物主要由石墨烯材料制成。涂层或第一层覆盖物也可采用芳纶或碳纳米管制成。
由不同隔热性能良好的泡沫或聚氨酯泡沫材料制成的容器可在双侧采用石墨烯材料保证良好的形状稳定性、高强度连接性和气体密封性。优选地采用套筒状的石墨烯覆盖层。此种符合材料特别适用于制作航空航天领域内燃料罐中的内部结构或燃料罐。
第一层覆盖物还可以采用航空航天领域中具有耐低温和防辐射作用的极薄铝膜，除了可以增加泡沫壁厚之外，还具有很好的隔热作用。符合最新水平的第一层覆盖物由铝膜和一层聚乙烯层构成，也称为PE覆盖物，可以很好地保护燃料罐的内部结构。
在容器内部和/或外部设置涂层或第一层覆盖物可以达到双保险的作用，一方面可以经受住尖锐物体造成的较强冲击，另一方面还具有很多优良特性和作用。
符合本发明的结构形式中，与容器覆盖物相邻的盖板与开口形成形状匹配、力量匹配和/或材料匹配的连接，尤其是可通过自膨胀部件，形状记忆部件形成螺旋连接或粘接。盖板还可与覆盖物连接并贴附在容器上。
可通过一个高强度材料制成的密封圈对容器提供支撑，密封圈固定在容器上并与容器一同被柔性覆盖物包围。在经常打开和关闭盖板时可以保证燃料罐的高压力稳定性和长使用寿命。
盖板和容器之间的连接还可通过形状匹配、力量匹配和/或材料匹配完成，其特点在于，可实现很好的密封性、压力强度和耐机械载荷性能。
自膨胀的密封件或部件是一种材料制成的部件或装置，采用了通过触发装置使体积增加数倍的烟火技术。
形状记忆部件是一种材料制成的部件或一种通过触发装置形成规定形状的装置。例如是一种含镍钛合金的金属部件。
通过自膨胀部件或一个形状记忆部件可以实现特别可靠的机械性形状或力量匹配连接，或采用烟火制造术触发技术实现。螺旋连接或粘接连接特别简单，而且价格低廉。
在本发明的一个实施例中，盖板至少有一个通道和/或一个或多个阀门。
采用一个带通道的盖板或盖板可以实现装料和排料，而无需打开盖板。设置该通道的优点在于，盖板可以与容器紧密连接，还能打开和闭合。阀门或带有阀门的装置可提供超压保护。
在符合本发明的结构形式中，盖板上可加装其他部件和/或与盖板连接、邻接或穿过盖板的部件，例如一个阀门或输入管或排放管，一个高品质镍钢合金，优选地镍含量约为20％。使用此种材料的膨胀系数非常小，在非常低的温度下可以保证非常好的密封性并形成稳定的形状或力量匹配连接，例如螺旋连接。
在本发明的一个实施例中，只有一个开口和一个密封开口的盖板。燃料罐上设置了一个开口和一个盖板，燃料罐的所有操作部件以及进出管道均可穿过盖板或位于盖板中间位置，其操作性简单，安全性高并减轻了重量。
在本发明的一个实施例中，容器的开口向上形成锥形结构和/或开口是椭圆形的，容器的开口范围优选采用密封性材料，保证盖板的良好密封紧密性，盖板通过本体重量在接口位置形成紧密连接。此种容器开口向上形成锥形的结构，其特点在于，形成一种椭圆形的开口，通过这种非常简单的方式固定盖板，并且盖板可以开合。优选地，此种容器具有一种向上形成锥形结构的开口，而且开口是椭圆形的。在上述所有结构形式中，通过采用一种密封性材料，例如一种密封性合成材料或金属获得耐磨性良好和使用寿命长的盖板开口结构
在本发明的一个实施例中，盖板可以设置成一种可开关结构，盖板有部分部件设置在容器内部，另一部分部件设置在容器外部，两种部件优选采用磁性部件。
设置在开关位置的盖板可以开关，一部分设置在容器内部，另一部分设置在容器外部，能够实现密封性良好和可靠的开关。此种基本原理已经应用在潜水艇和汽车的结构中，能够获得非常良好的密封性。
在内外相对位置上采用磁性部件的优点在于，在盖板闭合状态时，两个磁性部件彼此之间的吸引力还能保证盖板更好的密封效果，实现了容器盖板在关闭时良好的密封性。
在本发明的一个实施例中，容器至少有两个优选通过力量配合、形状配合彼此连接的部件，尤其是一个自膨胀部件或一个形状记忆部件。
至少两部分构成的容器生产过程非常简单，尤其是特别长的容器或开口向上形成锥形的容器。连接两个容器部分时，优选采用一种自膨胀或形状记忆部件，参照容器-盖板-连接章节中所述。
在本发明的一个实施例中，覆盖物在容器内部采用多层缠绕结构，覆盖物形成密封空间，在密封空间中可设置螺旋形围绕的冷却管道，优选地设置能够经受低温和/或压力载荷的冷却剂输出/输出管道。
符发明的燃料罐实施例中，采用了一种例如套筒状的覆盖物，封闭端深入到容器中，覆盖物的开放端进入到容器内部或在容器中间方向覆盖，优选地，覆盖物在内部形成第二层圆柱形结构层。在容器底部重新包裹住容器内部。覆盖物贴住容器延伸至容器开口位置，在容器内部采用相同覆盖物层层贴在容器上，容器内部空间被包围成一个圆柱形。覆盖物的开放端沿着容器开口向外延伸，并包围住容器外部，直至覆盖物的开放端汇集到容器底部中间位置，例如形成非常结实和密封的结构。从而达到非常良好的耐冲击安全性和隔热性。
如果覆盖物在容器内部构成密封的圆柱形空间，在夹层结构中填充例如合成材料小球并形成真空夹层结构可以起到优良的隔热作用。
本发明的另一个实施例中，容器内部的覆盖物还可形成密封的圆筒形空间，四周可设置螺旋形缠绕的冷却管道，强化结构的冷却管道置于真空中，还可增加覆盖物的保温作用。
在冷却管道中通入冷却剂对燃料罐进行冷却。如果未设置冷却管道还可直接将冷却剂装入到覆盖物形成的空间中，也可以对燃料罐进行冷却。此种冷却方式的特点是，在装入燃料时不会出现汽化现象，在汽车长时间停止时可以减少或基本避免汽化现象。
燃料罐的冷却还可通过其他方式实现，可在耐低温和/或耐高压的冷却剂进出管道上设置一个控制装置。在低温燃料罐中的气体压力超过规定极限值时，会自动通入冷却剂。在低温燃料罐中的气压下降时，可减少输入的冷却剂，直至达到低温燃料罐中的极限温度。根据制冷需要和压力条件计算输入的冷却剂量。
可直接在覆盖物空间内或螺旋冷却管中加入冷却剂，在覆盖物空间或冷却管道中加入冷却剂时，会造成膨胀且面积变大。覆盖物空间可能会像手风琴一样膨胀，然后再次收缩。在该过程中可有效的达到冷却效果。
在汽车中使用上述冷却方式的燃料罐可避免或减少出现添加燃料时的汽化现象，对于使用者来说在每次添加燃料时非常易于操作。符合本发明的其他结构形式，燃料罐垂直放置并通过一根设置在燃料罐上部的加油管向燃料罐中添加燃料。
在向燃料罐中添加燃料时，例如液化天然气，可通过竖直安装的方式并通过燃料罐上部设置的加油管添加燃料，冷却装置插入到液体燃料中，对蒸发的气体燃料进行冷却。从而可以避免在燃料罐的上部位置出现更多的CH4和N2，从而减少了甲烷，并避免了对其他燃料罐和发动机造成损坏并保证了良好的防爆性，目前使用的常规液化天然气罐会出现上述情况，增加了发动机厂家的维修费用并影响了发动机的功率。
本发明的另一个实施例中，还可使用不止一种的柔性式套筒状覆盖物，其覆盖和缠绕的特征在于，覆盖物覆盖在容器内部并形成封闭空间，比如在燃料罐中向内形成凸起。在加入冷却剂时，产生的汽化燃料可保持在汽化压力界限值以下，从而减少了燃料罐中的压力。此外还可安装一个真空泵抽出冷却剂如N2气体，使燃料罐内部凸出的覆盖物收缩，从而腾出更多空间添加更多的燃料。本发明的另一个实施例中，盖板的内部和外部部件之间形成了真空隔热层。具有很高的隔热效果。
本发明还涉及一种包括多种上述燃料罐的组合罐，所有燃料罐彼此相连，介质可从一个燃料罐进入到其他燃料罐中，尤其是可通过管道系统，控制装置和/或连接法形成多个燃料罐的不同连接。
介质可以是液态燃料或气态燃料。不论是液态燃料还是气态燃料均可保存在容器中。根据最新技术水平，可以连接多个燃料罐储存不同状态的介质，例如液态燃料的连接管和其他气态燃料的管道。
组合罐的优点在于结构多样性。可根据目前的结构空间或必要的装油量要求，通过连接多个燃料罐形成组合罐，用来满足不同的使用要求。
保存高压介质时，组合罐可根据实际空间情况选择组合任意数量的燃料罐，一方面可以充分利用空间，另一方面可以充分存储更多的燃料介质。高压燃料罐必须能够经符合出现高压汽化燃料的条件，即在沸点升高时，必须能够承受受住温度-120℃时的超压20bar。使用芳纶/Kevlar-覆盖物的燃料罐的重量更低，并可承受内压达250bar，圆筒状的结构具有更高的强度和密封性。矩形结构的燃料罐内部空间的耐压性有限。而且必须采取更多的隔热和防汽化措施，如果使用液化天然气/压缩天然气时，在尚有少量液化天然气和压缩天然气的加气站管网中可能会出现甲烷燃料。组合罐的每个燃料罐的直径较小，能够更好的充分利用空间并节省能源。
本发明的规定方式，组合罐可以节省车内的空间，可以安装在货车司机驾驶室的后侧或顶部，用来存储并提供汽车运行所需要的燃料，如液态气体，比如液化天然气。保存液态气体需要采用耐低温的密封防冲击燃料罐。本发明如上所述的组合罐满足所有要求。
在燃料罐中温度升高时，保存的液态气体会发生汽化。使用本发明的上述组合罐可以有效避免出现这种情况：在液化天然气/压缩天然气组合罐中产生的汽化气体可与中间位置燃料罐中的燃料传递到旁侧的燃料罐中，从而导致温度升高，造成出现更多的汽化气体。在旁侧的燃料罐中聚集的汽化气体可直接用于驱动货车，并可以直接溢出并充分利用。从而增加汽车的燃料利用率，行使里程也更多。
本发明的另一个特点是，在混合燃料罐中使用液化天然气和液态生物甲烷气体。生物甲烷气体与液化天然气的混合物穿过盖板并通过至少一个喷嘴喷射，即盖板上的牵拉螺栓26和27，至少一个输料管道中的生物甲烷通过牵拉螺栓上的混合喷嘴环状喷入到存储在燃料罐中的液化天然气中进行混合。可以在内盖板上增加更多的喷嘴，可更加充分地混合燃料。生物甲烷气体的充分混合决定了发动机燃烧是否充分。充分混合对于加气站和配电站也具有重要的意义，因为高于一定比例的生物甲烷会减少上部燃料罐中的浓度并在抽吸时改变燃料的浓度。液化天然气和生物甲烷气体的混合物还可在燃料燃烧过程中通过一个循环泵实现。
图1所示的是一种包含一个容器2的燃料罐1，容器2上有一个开口3和盖板4，盖板4可覆盖开口3。一种柔性覆盖物5覆盖在容器2的内部和外部。覆盖物5为套筒状结构。覆盖物5的密封端7位于容器2的内部底部。套筒状的覆盖物还可覆盖住开口3，从内向外覆盖。套筒状的覆盖物开放端扭转聚集在容器外侧底部并通过一个夹紧装置6形成力量配合连接。套筒状的覆盖物是一体化结构，由编织芳纶/Kevlar纤维制成。为了提高燃料罐1收到外部冲击的强度，在容器2上安装覆盖物5之前可涂上一层石墨烯涂层8。容器盖板连接12可采用螺旋连接或粘接等方式，同时盖板4也可与覆盖物5形成容器盖板连接12。通过一根管道，一个阀门，一个控制器和/或线路输入和输出介质的一个或多个装置13见图1所示的燃料罐1图示。
图2所示的是燃料罐的另一个实施例，套筒状覆盖物5与第一实施例不同，覆盖物5的闭合端位于容器的外侧底部。覆盖物5同样覆盖住出口3，并包围住容器2的内部和外部。如图2所示容器2仅用虚线表示。容器2内部底部中的覆盖物5采用了其他覆盖方式，即覆盖物5在容器2的内部多层围绕。
在容器2内部夹紧固定，覆盖层5贴在容器内壁上并在容器内底部夹紧固定。
本发明的进一步实施例，图中未显示，燃料罐1中含有的容器2与上述结构形式类似，由一个套筒状或筒状的覆盖物5多层缠绕，覆盖物5的密封端7贴在容器的内底部或者外底部，覆盖物多层覆盖并/或在底部夹紧固定。
图3所示的是通过形状和力量配合方式连接的盖板4和容器2，盖板与容器2的覆盖物5相邻设置。使用自膨胀部件9连接的优点在于，可以实现很高的密封性。可使用一个楔形装置10从外侧固定，自膨胀部件9可包围覆盖物5。通过膨胀可使容器2和盖板4形成形状和力量配合的连接。还可在连接范围内使用密封性良好的容器材料。
图4a和4b所示的是一个带至少由两部分组成容器的燃料罐(1)，在圆柱形容器壁范围内可通过夹紧装置11和自膨胀部件9连接。形成可靠和密封性良好的连接。
图5所示的是垂直或水平放置的用于存放和存储低温液态氢燃料的燃料罐。燃料罐的外侧固定装置未在图5中显示。水平放置时，最好倾斜2°，使燃料介质可以流向开口。容器2的开口3位置形成锥形结构。开口3是椭圆形的。在容器2的开口范围内可采用密封性良好的材料14。盖板4的一个部件可采用分别位于容器内部和外部的部件，并在椭圆形开口3位置处开启和闭合，通过调整置于内部和外部的部件可以打开开口3，也可将容器2固定在密封材料14的范围内。形成特别可靠的密封闭合。
图5所示的燃料罐可用于放置在加气站地下存储低温燃料。为了提高燃料罐损坏之前的安全性以及提高环境保护，还需使用一种较好的隔热材料，燃料罐还可水平放置在一个芳纶蜂巢状夹层板上。优选地，整个结构可使用芳纶蜂巢状夹层板包围并节省了空间。
图1所示的燃料罐1除了可以单独使用之外，还可共同使用燃料罐1构成一个组合罐，多个燃料罐1可并列摆放也可通过管道13彼此连接。
图6显示了自带冷却剂的耐低温燃料罐。燃料罐的冷却特点在于，在优选由涂层隔热泡沫制成的燃料罐2中插入套筒状的密封部件盘管。容器2的开口3位置的筒状覆盖物通过密封圈17上方向内翻入到容器中，并延伸至容器2开口位置的盖板4处，形成的筒状内部空间有没有直径差，并可装入冷却剂。由覆盖物5形成的密封空间有一个螺旋形的冷却管15或螺旋形四周围绕的氮气软管。通过控制器通过压力变化和输入输出管道22和23a(图6a)控制冷却剂的输入和输出。
优选地使用温度为-200℃的液氮作为冷却剂。液氮作为冷却剂的优点在于，在冷却剂管道泄漏时，发动机还可由燃料罐中储存的液化天然气驱动并使汽车持续运行，避免了在出现故障显示和性能下降时对发动机造成损坏。
当低温燃料罐中的气压超过规定的极限值时，会输入冷却剂。在低温燃料罐中的气压下降时会减少输入冷却剂，直至达到燃料罐的规定极限温度。必须根据冷却能力确定输入的冷却剂量，保证在高压下可保存氮气。燃料罐的螺旋输入管还可用作燃料罐的膨胀通道。此外冷却系统的优点在于，圆柱形冷却腔如冷却腔好比一个冷却箱可以存储低温液态甲烷或氢气，不会受到外界的温度影响。
本发明的进一步冷却结构如图6所示。放弃使用螺旋形冷却管道15。通过一个或多个安装在盖板4上的扩展器20使冷却剂膨胀，例如N2。除了扩展器20之外，还可优选安装一个冷却剂控制器。从而保证盖板4会被充分冷却。调节阀21控制燃料罐中的冷却剂含量。分配环上有一个强化材料(金属或合成材料)制成的环形密封22，分配环放在最后一个循环套圈5c/5e中，并与Kevlar覆盖物紧密连接。Kevlar覆盖物至少需要穿过容器两次(出口和入口)，穿出位置不接触燃料并通过密封磁
冷却气体通过盖板向下传递到分配阀中并通过输送管道23a和输出管道23b(相对位置，图6b中未显示)回流。冷却剂进入到套圈5b/5c中并流过开孔泡沫金属压板24。在冷却剂内压的作用下套圈5b/5c会变成圆形。不仅可以形成容易控制的外形，套圈5b/5c上还设置了一个或多个固定用的环形卡箍25。除了使用环形卡箍25之外，还可使用钢化的芳纶网捆住冷却软管5b/5c，保持一种膨胀的状态。
盖板4上还有上文已经提到由磁铁19和旋塞26构成的双重密封装置。总气体输入管道和排放管穿过盖板4的旋塞26，并与通过旋塞26的管道27连接。
液化天然气是一种石化不可再生燃料，在超低温过程中从地下天然气中提纯获得。未来液化天然气将会与生物甲烷气体混合使用，因为两种燃料的基本分子CH4相同。混合量决定了是否环保和是否产生新的燃料。在液化天然气中混合20％的生物甲烷燃气发动机会减少排放50％的CO2。
可通过盖板上的至少一个喷嘴喷射混合生物甲烷和液化天然气，通过相同方式还可通过穿过盖板向内延伸的牵引螺栓26和27混合，接入一根生物甲烷输送管道，牵引螺栓连接一个混合喷嘴会形成环状喷射。同时还可在内部盖板上设置多个喷嘴，从而使混合更充分。混合良好的生物甲烷气体决定了是否能够在发动机中充分燃烧。这对于加气站和燃料分配站也有非常重要的作用，因为比例大于％的生物甲烷密度较低会漂浮在燃料罐中的上层部位。因此可通过盖板在燃料罐内部实现很好的均匀混合。
本发明的另一个冷却结构如图6b所示。在容器内部设置缠绕软管罩并带有一个圆柱形的直开口。磁性部件19是采用烟火制造技术制成的橡胶密封圈或压力密封圈中或压缩空气和液压油中的永磁性部件。输入和输出管道18和22箱冷却剂软管28中注入在外部已经膨胀的液氮冷却剂并保证压力比燃料罐中的内部压力稍高。为了提高燃料罐的存储空间，可通过输入和输出管道18在冷却软管18中形成真空。优选地，可在柔性覆盖物5和容器2之间形成真空，从而使柔性覆盖物5紧密贴在容器上。泡沫金属压板24上有一个多孔的可通过冷却剂的泡沫金属，例如压力板30包围的泡沫铝。因此可以采用特别简单的方式，在不适用其他管道的情况下将冷却剂输送到燃料罐外部的冷却软管28中。
本发明的另一个冷却结构是，可以使用外部缠绕的方式形成软管罩，冷却软管28安装在燃料罐体29的外侧。此种结构的优点在于，冷却软管28在出现泄漏时，冷却剂不会进入到燃料罐中，而泄漏在容器2和燃料罐之间的空间内。
垂直放置的燃料罐转动180°，可通过冷却剂软管28冷却汽化气体并提高使用寿命。
除了本文中介绍的发明之外，下文还公开了一个其他保存压缩天然气/液化天然气的燃料罐。根据下列发明介绍，一个或多个燃料罐优选采用符合本发明燃料罐的结构。下文是对发明的进一步描述。
另外本发明涉及一种燃料存储装置上至少有两个密封燃料罐，用于燃气驱动的汽车，尤其是使用天然气驱动的汽车以及符合使用方法的天然气汽车。
天然气汽车通过压缩的液化天然气作为燃料驱动，液压天然气保存在燃料存储装置。一般来说，在多个容量较大的燃料罐中注入压缩天然气。在压力燃料罐中的压力一般在250bar以下。天然气汽车使用燃气发动机作为动力总成。此种汽车的里程和有效载荷比柴油或汽油汽车低约30％至50％。
在给天然气汽车添加燃料时，必须将天然气从天然气井运输到加气站。使用货车将天然气运送到加气站，运输费用较高，而且货车每次运送的压缩天然气相对于燃料(30吨)来说量比较少(约5吨)。解决该问题的办法就是将天然气冷却到液态后然后运输，即液化天然气。
在专利文件EP0211115A1中介绍了一种气体驱动汽车中使用的燃料罐，主要是一种钢制的圆筒状压力容器，还可用作燃料罐。在压力容器中可以存储压力较高的天然气。
专利文件DE102006051916A1中也介绍了一种通过不同燃料驱动的汽车，主要采用以天然气为主的燃料和低温燃料。汽车包括至少两个不同的保存低温燃料的燃料罐。低温燃料可使用氢气。专利文件DE102008011456A1中介绍了一种使用液化天然气驱动的汽车。
本发明的另一个目的是开发一种可以通过天然气驱动的行驶里程更远的汽车。
实现上述目的而发明的燃料存储装置中至少包含两个密封燃料罐，分别保存天然气和/或生物甲烷气体。例如两个圆筒形的钢制压力容器。在两个压力容器中的起重一个容器中可以存储高压气体。符合上述其他发明结构的密封燃料罐是一种可以承受内部压力明显高于大气压力的容器。两个密封压力容器中的一个容器设计特点为，承受的压力至少为100bar，优选至少达到200bar，例如可承受压力达到250bar。至少来一个容器中或燃料罐中可以保存低温气体，即液化天然气和/或生物甲烷气体。燃料罐有耐低温特性。
通过上述解决方案可存储大量液化天然气，从而可以使车辆行驶更多里程，而汽化的液化天然气(汽化气体)可以重新液化并保存在燃料罐中。因此可以节省更多燃料行驶更多里程，加气站也可以节省更多液化天然气和压缩天然气。
其他发明的另一个优点在于，加气站可以提供液化天然气，在向汽车中加气的时候不会出现提前蒸发。如果加气站中的液化天然气蒸发了，汽化气体产生的压力也可被利用，无需使用容易损坏的高能耗压缩机和增压机。
本发明管线和输送装置除了可加入天然气外，还能加入其他燃料。作为一种未经改良的石化原材料，天然气中含有不可利用的非能源物质。因此液化天然气需事先提纯并进行适当的液化。液化天然气的优点在于，汽车不光可以添加压缩天然气还可添加液化天然气，从而保证提供更清洁的高效能源。
在大气温度下注入液化天然气时需保证最低的沸点温度-163℃。存储液化天然气的燃料罐必须足够密封，液化天然气应保存在耐压能力在20bar以下的容器中，优选保存在200bar的压力容器中。此种燃料罐应最少能够承受20bar，优选承受200bar。在高压状态下，液化天然气的沸点温度会升高。在压力约为200bar时，沸点温度在<-100℃。在相对长的时间内，因此密封燃料罐中不会出现汽化气体。这种显现也称为冷冻阻滞现象。所有汽车可以长时间停止，汽化气体也不会造成出现高压。如果出现过剩的汽化气体，还可使用其他密封燃料罐保存汽化的气体。
在本发明的进一步实施例中，燃料存储装置还安装了一个额外的气态气体消耗装置，作为除了发动机之外的另一个消耗气体的装置。额外气体消耗装置可以用于取暖。额外气体消耗装置上有一个小型的燃气涡轮机可以用来发电或是一块燃料电池或电池。出现过剩的汽化气体时，可通过额外气体消耗装置利用，这样可以避免汽化气体必须再被液化的过程。通过额外消耗装置还可产生电流，其他发明的结构形式中还可将产生的电流保存在电池中或用于给电池充电。从电池中流出的电流可以用于汽车用电设施，例如空调或连接车库中的电缆用于其他家用设备。
一般来说在小型的液化天然气燃料罐中不会出现过剩的汽化气体，产生的汽化气体不会造成很大问题。汽化气体量必须能够被利用，一般情况下轿车中产生的气体量仅为5至10W/h。但是存储大量液化天然气的燃料罐和货车燃料罐，船运罐，飞机燃料罐和加气站会产生大量气体，因此还需采用第一个发明中描述的特殊措施。
本发明的进一步实施例中，低温燃料容器上安装了外部密封覆盖物(容器)，一般来说采用镍含量为20％的镍钢合金制作，优选地，此种圆柱形容器具有耐低温和密封性良好的内部覆盖物。耐低温内部覆盖物优选采用芳纶或材料制成，一方面可以起到隔热的作用，例如在外部覆盖物上采用隔热膜或隔热涂层，使外部覆盖物具有非常良好的耐低温特性。优选地还可采用带铝膜的隔热材料，并通过Polioethan连接。耐低温的内部覆盖物除了有隔热作用之外，还能保护外部覆盖物不受到低温的破坏。
在气体燃料汽车中使用的密封燃料罐的特点在于，可以使用耐低温的柔性覆盖物，例如Kevelar(R)制成的内部覆盖物，此种覆盖物除了可以压缩气体之外还可承受低温气体，尤其是液体天然气和压缩天然气。关于制造内部覆盖物的材料其他详情可参照专利文件102009029245。目前已知的材料、复合材料和关于内部覆盖物构造的其他说明在上述专利文件中均有介绍。我们参考该专利文件中与本发明有对比性的部分。
在本发明的一个实施例中，密封的燃料罐彼此连接，通过一根输入液化天然气输入管道连接所有燃料罐。在本实施例中，一根气体输入管道连接一个双通阀中或多通路阀以及一根输入管道连接到密封的存储低温液体燃料的燃料罐。低温气体，尤其是液压天然气可通过该管道输出，而不会对气体输入管道，双通路阀或多通路阀及密封燃料罐的输入管道造成损伤。为了能够输入液化天然气，使用的部件必须能够承受至少-161℃的低温。优选地，此种部件至少应承受-170℃的低温，因为液化天然气的存储温度至少在-161℃至-164℃。双通路阀或多通路阀在此结构形式中的作用是，控制燃料到压力容器的输入和/或燃料从一个压力容器到燃烧发动机之间的输入。尤其是需要控制的是，液化天然气只能进入到储存液化天然气的压力容器中。
在本发明的一个实施例中，给汽车加气的输入管道直接通往汽车的燃料罐，并且是一种双层结构。通过此种输入管道的内管向汽车燃料罐中输入气体，并通过内管和外管之间的空间使气体液化或汽化。汽车可以同时并在短时间内添加液态气体和压缩气体。
优选地，并不是所有压力容器都可以承受低温条件，为了简化技术难度，在符合本发明的结构形式中只有燃料罐是可以承受低温的，燃料存储装置一共有两个或三个压力容器。耐低温的含义是，相关部件必须能够承受低温气体的温度，尤其是液化天然气，首先必须能够承受-164℃，优选承受-170℃或者更低。
为了简化技术难度，在本发明的一个实施例中，燃料罐的密封性也是不同的。符合本发明结构形式的储气燃料罐比储液燃料罐的密封性要好。在本发明的一个实施例中，储气燃料罐不可用于存储液化气体，因为储气燃料罐需要承受50bar的压力，优选承受100bar的压力。存储液态气体的燃料罐也是密封的，但耐压强度比只存储气体而不可存储液态气体的燃料罐的耐压强度低。存储液态气体燃料罐的耐压强度在10和50bar之间。必须遵守目前使用燃料罐的最大充气系数规定，而且液化天然气罐的使用寿命比目前市场上使用的燃料罐寿命要高。
如果达到了燃料容积，液化天然气会出现蒸发，燃料罐须能够长时间承受50bar的压力，随着液化天然气的汽化，液化天然气罐可单独或共同充满液化天然气。因此省略了产生额外气体压力的气体增压机，简化了结构并减少了能耗。而且使用寿命长，可以长时间集成在系统中。
本发明的一个实施例中，符合本发明的燃料罐上连接的管道和连接系统可采用石墨烯覆盖物包裹，石墨烯薄膜具有很好的气体密封性。
石墨烯制成的薄膜还可与其他薄膜一同覆盖。石墨烯具有非常良好的附着性，能够很好的附着在其他表面上。
符合本发明的解决方案能够增加天然气驱动汽车的行驶里程，从而方便了车辆驾驶员，节省了燃料成本，并不会对发动机和动力总成造成不良影响。
附图说明
参照附图，本发明的进一步特征和优点将会变得更加显而易见。
如图所示：
图7：包括三个密封燃料罐的燃料存储装置
图8：燃料罐支管
图9：包括三个密封燃料罐的燃料存储装置
图10：液化天然气的燃料罐
图11：液化天然气的燃料罐
图12：包括三个密封燃料罐的燃料存储装置
图13：加气站
具体实施方式
参照图7至13的符号说明。
图7中所示的是包括三个密封燃料罐1，2的燃料存储装置。在三个燃料罐1，2的每个燃料罐中均可存储压缩液化天然气。所有三个燃料罐1，2为钢制结构，具有上述专利文件中描述的容器和覆盖物，可承受的内部压力达250bar。
三个密封燃料罐中的一个燃料罐，即燃料罐1具有耐低温特性，其中可以存储液化天然气。其他两个燃料罐2也具有耐低温特性，燃料存储装置的制造成本可以尽可能控制较低水平。
在耐低温的压力容器1中有一个在侧面位置的耐低温密封气体输入管3，可向耐低温燃料罐1中输入液化天然气和高压天然气。出于安全方面的考虑，在对面位置优选设置一个耐低温密封气体输出管道4，从耐低温压力容器1中伸出，出于安全因素考虑，连接一个的耐低温双通道阀门5。通过双通道阀门5可以将高度压缩的气体通入到其他两个压力容器2中的一个容器中，或通过密封管道6进入到其他压力容器2中，或通过密封管道7进入到汽车的内燃发动机中。出于安全因素的考虑，管道6必须具有耐低温特性，但从节省燃料存储装置的成本和制造难度方面考虑，也不一定必须具有耐低温特性或完全可以不具有耐低温特性。相反压缩天然气的压力容器2中的气体通过双通路阀门5进入到管道7中，最后进入到内燃发动机中。
优选地，耐低温密封管道4上有一个耐低温密封安全阀8和/或节流阀12，节流阀的作用是可以防止液体继续流向双通路阀门5。在耐低温燃料罐1中产生的气态气体会形成超压，此时安全阀8打开并让气流进入到每个压缩天然气的燃料罐2中。
压缩天然气加气时，首先将高压缩天然气通入到气体管道3中，压力不能超过规定的最大压力200bar。通过阀门5，8和12的相应开关使燃料罐1，2中达到设定的压力水平。设定的压力水平例如在100至130bar之间，优选在120bar。
根据至少一个液化天然气罐1和至少一个压缩天然气罐2的容积比，在添加压缩天然气时需要注意，进气压力和需要的压力水平是多大，例如要求的压力水平为120bar。选择的压力水平与汽车和相关的燃料存储装置有关，在本发明的一个实施例中，可通过一个相适应的电子装置控制排放旋塞。
可以通过电子装置控制耐低温燃料罐1中注入的液化天然气压力(例如比压缩天然气的压力高约1bar)，用来排排出燃料罐中存在的气体。根据要求可通过节流阀12阻止燃料进入到纯压缩天然气的燃料罐2中。耐低温燃料罐中的气体可被液化天然气排出，液化天然气不会从耐低温容器中流出，安装好的管道4的优点在于，从耐低温容器1中向上伸出并连接到液化天然气燃料罐1上部或燃料罐1的圆顶上。尤其是耐低温燃料罐1的结构形式中具有一个向上的圆顶结构，并与管道4连接。向上凸起的圆顶结构可比管道的直径，宽度和深度还大，而且该结构特别可靠，可以均匀从耐低温压力容器1中释放汽化的液化天然气气体。优选地此种圆顶结构位于中间位置，而且可以达到比上述优点更好的效果。
优选地，在加入液化天然气时，压缩天然气罐2只能达到规定容积的90％。从安全角度考虑，不要装满到100％(需要气体缓冲)。出于该目的，优选采用电子控制的方式在耐低温罐1中加入液化天然气，在加入的液化天然气达到耐低温燃料罐容积90％时或注入量达到了压缩天然气罐90％时，电子装置可控制液化天然气自动停止加气。
出于安全方面的考虑，优选地，承受压力在200bar的耐低温燃料罐1中可保留约10％的气态压缩天然气。
本发明实施例中的一种特别适合的燃料罐轴颈包含一个图8所示的双层管结构。优选地，内部管9用来输送液化天然气。双壁10结构还有保温作用。此外压缩天然气输入管的双壁10之间形成的空间11也有保温作用。
根据目前技术状态，压缩天然气加气站在添加压缩天然气之前和过程中，会通过控制技术和燃料测量技术测量加入气量。在本发明中，在加入压缩天然气和液化天然气组合气体时还需采取预防措施。
如图7所示的实施例，在加入液化天然气和压缩天然气时，操作者(加气站职工，加气客户，驾驶员和加气人员)不能加入液化天然气。在一个实施例中，汽车的燃料罐支管为特殊形状，加气柱的电子控制器在加气时可以确认加气量(结构或探测器)，然后才可加入压缩天然气。或者在汽车中有一个控制器，通过该控制器可以发出信号并控制是否可以加入压缩天然气或液化天然气。汽车控制器可根据液化天然气的燃料罐1的容积进行控制。如上所述，优选地，通过电子控制的方式同时通过阀门控制汽车中的气体管道，使压缩天然气流回到三个容器1，2中或构成的组合燃料罐中。
根据容积和所示实施例，在压缩天然气燃料罐2加入的气体压力应低于200bar。如图7所示的液化天然气燃料罐1结构形式与压缩天然气燃料罐2一样，需要注入相同的压力水平。看通过一个管道4端口安装截止阀12进行控制，并在燃料罐1旁边安装。
截止阀12安装在管道4的末端可通过一个控制装置控制，可向排放旋塞发出信号，停止输入压缩天然气。根据本发明，还可发出信号输入液化天然气。
打开燃料罐旋塞的内管9，液化天然气流入到符合本发明结构中，该结构中的压力比耐低温燃料罐1中的压力高，例如160bar的液化天然气。
在本发明的一个实施例中，出于安全因素考虑，优选地采用一个耐低温旁通管，其中安装一个优选耐低温止回阀，可以控制耐低温燃料罐1箱压缩天然气燃料罐2中注入气体。支管从耐低温燃料罐向上引出。在耐低温燃料罐1中注入液化天然气之前，止回阀12是关闭的。液化天然气流入到液化天然气容器1中并将压缩天然气从液化天然气容器1中排出，并通过支管进入到压缩天然气容器2中。
在所有容器1,2中的压力达到200bar且液化天然气容器中注入约90％的液态液化天然气时，加气过程结束。
天然气燃料在所有压缩天然气汽车中都是气态的，并不能从例如两个压缩天然气容器2中流出。在燃料排放时，一个或多个压缩天然气容器中的压力下贱个，气体或汽化气体通过简单安装的一个或多个安全阀8从液化天然气容器1中混匀进入到压缩天然气容器2中。
气体从燃料罐1，2中输出进入到车辆发动机中，优选地在本发明的一个实施例中总有汽化气体同时从液化天然气容器1中排出。气体在消耗(发动机)之后，气压会减小，而汽化的气体会随着时间而逐渐增多。在汽化气体最后不够用后，在本发明的一个实施例中热量会通过装有发动机冷却水的热量棒并传递到液化天然气，使汽化效果增强。
如果液化天然气容器1中的燃料汽化直至压缩天然气容器中已经空了的时候，发动机会消耗更多的压缩天然气，在本发明的一个实施例中的热交换器或加热装置可导致出现更多液化天然气气体，直至容器1中的燃料全部汽化，通过一个监控设备发给车辆驾驶员发出加气信号。优选地，热交换器和加热器可导致产生更多气体并出现稍微超压的情况，气体会自动流向发动机。在此实施例中无需使用将容器中的提起输送到发动机的增压机。
液化天然气经过净化，因此比压缩天然气纯净，而且燃烧后也更加环保，产生的有害排放气体少，可向发动机和终端设备均匀提供燃料。燃料罐1，2还可构成其他形状，即气体从压力容器1，2上部流出。因此容器1，2可通过适合的方式设置成弯曲形状。用于蒸发液化天然气的热交换器可通过电子装置控制。热交换器可以是耐低温容器1中的一根管。耐低温燃料罐1优选具保温作用，并可根据需要安装一个输送液化天然气的泵。优选地，还可不安装泵，通过液化天然气蒸发提供燃料使压力下降。
本发明的一个实施例中，也可不参考上述加气顺序，首先加入液化天然气，例如输入达到耐低温燃料罐体积约90％。参照图7中显示的结构形式，压缩气体的燃料罐2中存储压缩天然气，直至达到规定压力200bar，然后液化天然气容器1中的液化天然气蒸发。按照该顺序执行会出现温度下降的情况，因为管道和阀门温度过低，则必须进行加热，从而浪费了时间。
在需要加气时或液化天然气尚未完全消耗之前，可以有目的性的加入压缩天然气直至达到规定的压力水平，例如120bar。达到需要的压力水平例如120bar后输入液化天然气，通过挤压压缩压缩天然气，直至达到压力200bar并达到最大燃料罐可输入容量。
本发明与传统的压缩天然气加气站不同，不需要在加气之前从汽车燃料罐中抽出剩余的压缩天然气。从而节省了加气时间。
图9中，显示出了容器1和2通过管道连接，液化天然气容器1与压缩天然气容器2分别加气。本发明的该实施例可同时输入压缩天然气和液化天然气。
图10所示的是容器或燃料罐1的一种可能性液化天然气容器。燃料罐1是圆柱形的并有一个开口20。燃料罐1可以是一种常用气瓶。覆盖物可穿过开口20，例如由材料制成的覆盖物。覆盖物是套筒状的并可形成200-300bar的内部压力。例如由钢或铝制成的外壳无法保压。此外在容器管1中还有一个向内深入的管21，内部是中空的，并可传到液化天然气或气体。管21可以翻折并/或带有一个可翻折或可翻转的支管22。管21通过翻折或翻转后可通过开口20连接到燃料罐1中。如图10所示，管21的下方是一段孔管23。在孔管20下方设置了一个装置24，可通过该装置向外散发热量。燃料罐1中的液化天然气可通过孔管23进入到管21的内部然后在管中被加热蒸发。蒸发后的液化天然气进入到气体室28中，例如通过开孔的泡沫金属25或支管22从燃料罐1中溢出进入到汽车的发动机中。使用对中螺栓26将管21固定在燃料罐1内部。
在折叠状态下的管21与燃料罐1连接，例如可通过绳索传动装置适当翻折。泡沫金属25由铝或铝合金制成。除了使用泡沫金属25还可使用其他带有一个孔或多个孔的结构，如上述介绍的管21。对中螺栓26可深入到泡沫金属25中。一个连接支管22和管21的接头27由柔性金属制成。该接头是一种由金属制成的波纹管结构。
装置24是一个热交换器，可以避免出现密封不良的问题。汽化气体通过泡沫金属25从气体室24中溢出进入到管21中。汽化气体通过支管22从燃料罐1中溢出。
一个液化天然气燃料罐1具有如图10所示的一个或多个特点，如下
图11中，储存液化天然气燃料罐1的另一个可能的实施例。在上部范围内有一块泡沫金属25，汽化气体通过泡沫金属进入到管21中。除了泡沫金属25还可采用其他带有一个或多个孔的结构形式，如上文中描述的管21。气体可经过管21从燃料罐1中输出，并以液化天然气的形式重新回到燃料罐中。管21的上部范围有一个孔30或其他结构形式的输入管，液化天然气可通过孔或输入管从管21中溢出并进入到燃料罐1的内腔。在燃料罐1的底部有一个与管21连接的输入管31。汽化气体也可从燃料罐1中逃逸并通过输入管31排放。
如图12所示的是一个喷嘴或燃料罐旋塞113，气体燃料和液化燃料通过喷嘴或旋塞进入到管道3中。优选地，喷嘴113的结构形式如图2所示。特别地，管道3中还设置有一个信号装置114。信号装置可向加气站直接或间接发出汽车需要加入汽化燃料压缩天然气和液化气体液化天然气的信息。
信号装置114可以是一个双联阀或包含一个双联阀，通过双联阀添加气体和液化气体燃料。
优选地，管道3上包含一个阀门118。阀门118可控制液化气体燃料进入到一个或多个燃料罐1中。分配器118可控制气体燃料通过支管3进入到一个或多个燃料罐2中。
优选地，至少连接到分配器118的管道3是一个双壁管，如图6所示的分流泵113和分配器118之间的范围。在上述范围内的管3有一个内管和一个外管。在内管和外管之间构成一个环形空间和环形室。优选地，内管用于输送液化天然气。环形室可用来输送气体并有保温的作用。还可反向应用，液化天然气可通过环形室输送。但是此种使用形式有一个特点，即换形室不能用来对内管输送的液化天然气进行保温。
优选地，管道3的内管上有一个隔热层，内管中输送的液化天然气不会受到外部的热量影响。在此种结构形式中，分配器118的作用还有，将通过环形室的压缩天然气输送到一个或多个压缩天然气燃料罐2中，并通过内腔或内管将液化天然气输送到一个或多个液化天然气-燃料罐1。
优选地，分配器118中还有一个图中未显示的阀门，可根据需要通过阀门将压缩天然气输入到液化天然气燃料罐中。优选地可作为备选方案或补充方案，将气体燃料输送到图12所示的一个或多个液化天然气燃料罐中。
首先在图12中所示的一个装置中，气体如压缩天然气进入到燃料罐1和2中，气体压力在50至150bar之间，例如100bar。燃料罐1和2中的压力在达到50至150bar之间时加气过程结束，例如100bar。然后在一个或多个燃料罐1中通入液化气体，如液化天然气。液化气体将气体从一个或多个燃料罐1中排出，使之进入到其他的燃料罐2中。在本发明的该实施例中一个或多个燃料罐1采用密封结构。
在本发明上述实施例中，通过加压将升温的气体，尤其是压缩天然气加入到一个或多个燃料罐1中，并保存在温度较低的内腔中。存储液压气体的一个或多个燃料罐1通过加热的气体加热，一方面解决了热胀冷缩的难题，另一方面也需要能源对一个或多个燃料罐进行冷却。
在本发明的一个实施例中，管道3从分配器118连接到密封燃料管2上，如图6所示。埃加气的过程中，气体只能进入到一个或多个密封燃料管2中，而不会进入到存储液化气体的一个或多个燃料罐1中，在此之前先对气体进行加热。燃料罐1和2在加气的过程中优选同时加入汽化和液化气体，尤其是液化天然气和压缩天然气，从而提高加气的速度。通过套管3的内腔，即连接分配器118的内管，输入液化天然气并同时通过压缩天然气环形室。分配器118通过规定方式将燃料分配到一个或多个压缩天然气燃料罐2或一个或多个液化天然气燃料罐1中。因此可以避免一个或多个液化天然气-燃料罐1在加气过程中被加热并必须随后再次冷却。存储液化气体的一个或多个燃料罐1可以毫无问题的加入其它液化气体，而无需考虑在开始加气时燃料罐中是否有其他液化气体。
在本发明的一个实施例中，所有燃料罐1和2使用相同的压力加气，一个或多个燃料罐中的压力相同，如一个或多个燃料罐2。其特征在于，一个或多个燃料罐1可根据压力关系与一个或多个燃料罐2脱离，以至于在一个或多个燃料罐2中的压力较低，例如只有20bar。从而降低了存储液化气体的一个或多个燃料罐1的制造成本。
相同气压的汽化和液化气体通过管道3输送，其优点在于，可通入到管道3分配器118的喷嘴113上，内腔和环形室内的压力相同。在符合本发明的结构形式中，无需将分隔环形室内腔的内管壁制成密封结构。从而降低了管道3的制造成本。此外本燃料罐的优点在于，只要汽化气体形成了压力差，在一个或多个燃料罐1中产生的汽化气体可通过安全阀进入到一个或多个燃料罐2中。
优选地，管道4连接到相邻的一个或多个存储液化气体的燃料罐1中并连接有一个或多个液体分离器112。因此可以避免从一个或多个燃料罐1中出现的汽化气体进入到管道4中，液化气体如液化天然气会进入到一个或多个气体燃料管2中造成损坏或破坏。
图12中显示了另一种补偿装置128，在受到温度的影响下可补偿管道4长度出现变化的情况。补偿装置128是一个波纹管结构，可以在出现温度变化时补偿温度造成的变化。
在本发明的一个实施例中，管道4上设置有一个热交换器116或一种加热装置116，优选地固定在一个或多个液化气体燃料罐1的出口位置附近。一个或多个液态气体罐1中的液体首先被加热。从而可以避免因低温造成的破坏或干扰。
优选地，连接到发动机的输入管道7上可安装一个控制器119和/或一个减少气压并连接到发动机的减压阀119。例如可根据标准规定，向发动机中输入8bar压力的气体。减压阀119的作用是根据需要减少气压。
优选地，每个液态气体容器1中有一根管道115，管道的一端连接到燃料罐的上部范围。聚集在上部范围内的汽化气体会从管道115中被排出并进入到管道4中。
在本发明的一个实施例中，每个液化容器1上安装有一个加热装置和热交换器。可根据需要向在每个液化气体容器1中的液化气体输入热量，使液化气体蒸发。蒸发的液化气体可进入到管道4中然后通入到发动机上。
连接管线701的压缩天然气加气站中包含了图13中显示的部件有带气体计量表703并受截止阀704控制的气体过滤器702，一个气体过滤器708，一个压缩机709，一个冷却器710，一个止回阀711，一个优先控制器712，控制加入汽车储气罐713中的压缩天然气的压力在200bar以下。如果加气站需要的话也可使用压缩机，但是压缩机会增加加气站的运营成本，而且容易出现故障，在加压压缩介质时也要耗费能源，因此造成了额外的能源浪费，从节能减排方面来看是不利的。
为了解决上述问题，可将液化天然气存储在燃料罐中用货车715运输，首先通过燃料罐外部安装的泵716将气体压缩至约20bar的压力。然后通过其他泵717将液化天然气加压到200bar，压缩机也能将天然气的压力加压到200bar。通过控制阀720控制将压力加压到200bar的泵717。
到汽车中。此外还可通过一根支管将约100bar的液化天然气通入到带补偿容器719的汽化器中，汽化器可提供约250bar的压力。相应地，可减少汽化器709运行。甚至完全可以不采用通过管线701向加气站供应压缩天然气的部件701至712。
通过泵716可将液化天然气降低到较小的气压，例如20bar，并且不需消耗很高能源，如在本发明的一个实施例中，汽车液化天然气罐的设计压力为20bar。可通过控制阀720进行控制。例如可将20bar的液化天然气输入到汽车的密封液化天然气罐中，优选地，可将燃料存储在中间燃料罐721中。在向汽车的液化天然气燃料罐中加气时，可加入中间燃料罐721的液化天然气。
优选地，汽车的液化天然气燃料罐中只加入至90％的容积，剩余空间用于容纳出现的气体。在大气条件下加入液化天然气时，如目前的通常情况，气泡中的压力会因为汽化作用而逐渐升高，优选消耗压缩天然气燃料罐中的压缩天然气，从而将压缩天然气燃料罐中的压力下降到200bar。最后通过这种方式达到约30bar的压力。因此液化天然气燃料罐中压力约为20bar的汽化气体与通往发动机中的压缩天然气混合，因为液化天然气汽化气体还非常冷，在非常接近沸点时会从液化天然气燃料罐中溢出并开始膨胀到
30bar甚至更高的压力。而膨胀效果无需借助机械转动部件和输入能源。液化天然气燃料罐中的汽化气体可升高至50bar的极限压力，在膨胀之后可超过120bar。液化天然气燃料罐采用密封结构。
在本发明的一个实施例中，采用了一种给液化天然气燃料罐加热的装置对汽化进行控制并根据需要向压缩天然气燃料罐中加气。该装置是在燃料罐内部使用的浸入式加热器或从燃料罐外部加热的装置。如果汽化气体量不够或压缩天然气燃料罐中的存储气体用光的话，可使用该设备。
根据其他权利要求中描述的特定可解决发明中描述的其他问题：
1.燃料存储装置，包括至少两个可用于存储压缩气体的密封式燃料罐(1，2)，其特征在于，至少有一个燃料罐(1)是耐低温结构，可以保存低温液态气体尤其是液化天然气。
2.根据权利要求1所述的燃料存储装置，其特征在于，两个密封的燃料罐(1，2)至少可以承受100bar的压力，优选地至少可承受200bar压力。
3.根据上述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，存储低温气体的燃料罐(1)上安装有密封外保温层和耐低温的内保温层。
4.根据前述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，至少一个，优选两个压力容器(2)不是耐低温设计，并/或至少优选一个压力容器(1)是耐低温设计。
5.根据上述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，所有燃料罐(1，2)通过管道(4，6)彼此连接，所有燃料罐可通过一根气体输送(3)输送气体，和/或每个燃料罐(1，2)中的气体在从燃料罐1中输出后，在蒸发器中膨胀到平均压力后混合到燃料罐2的压力水平。
6.根据上述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，耐低温燃料罐(1)连接了一根耐低温气体输入管道(3)。
7.根据上述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，一个或多个燃料罐(1，2)，尤其是耐低温设计的燃料罐(1)的上部设置了一个圆顶结构，燃料罐(1，2)中的气体可在圆顶结构上方输出然后进入到内燃机中或从耐低温燃料罐(1)中进入到非耐低温燃料罐(2)中。
8.根据上述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，耐低温燃料罐(1)与一个或多个非耐低温燃料罐(2)通过安全阀彼此连接，在耐低温压力燃料罐(1)中出现较高压力时安全阀会打开，耐低温燃料罐(1)的气体会进入到一个或多个燃料罐(2)中。
9.根据上述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，蒸发器膨胀容器与耐低温容器(1)连接。
10.根据上述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，热交换器控制液化天然气的蒸发并与耐低温燃料罐(1)连接。
11.根据上述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，耐低温燃料罐(1)有一个可翻折的管(21)或可翻转支管(22)。
12.根据上述权利要求任一所述的燃料存储装置，其特征在于，耐低温燃料罐(1)有一根管(21)，管的一端与泡沫金属(25)连接，和/或另一端与热交换器(24)连接，和/或有部分孔段(23，30)。
13.根据上述权利要求任一所述的汽车燃料存储装置
14.根据前述权利要求所述的汽车的加气方法，其特征在于，首先在所有燃料罐(1，2)中加气，然后在耐低温燃料罐中通入液化天然气，并将一个或多个其他燃料罐(2)中的残留气体排出。
15.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，通过燃料罐旋塞加气，旋塞有一根输入液化天然气的内管(9)，内管为双壁(1)结构，可通过双壁(10)输入压缩天然气，并优选地采用电子控制方式。
16.根据前述权利要求所述的驱动汽车方法，其特征在于，气体从一个或多个燃料罐中输出并进入到内燃机中，在一个或多个燃料罐(2)中只存储气体。
其他发明概述：
本发明的燃料存储装置至少包含两个存储气体，尤其是天然气和/或生物甲烷气体的密封燃料罐。例如至少两个圆柱形带石墨烯涂层的钢制或合成材料制的燃料罐。燃料罐至少为密封结构并可存储高压气体。本发明所述的密封燃料罐是能够承受明显高于大气压力的容器。两个压力容器至少能够承受100bar压力，优选至少为200bar压力，最好可达250bar压力。在一个容器中或燃料罐中至少可存储低温气体，特别是液化天然气和/或生物液化天然气。通过权利要求中的所要保护的可存储和使用大量液化天然气和/或生物液化天然气，可提高汽车的行车里程，而不必担心燃料罐中的蒸发液化天然气(所述蒸发气体)必须回流的问题。如果在短时间内不需行车，可通过已知方式在汽车中加入天然气或生物甲烷气体。因此汽车中长期停车时不会受到蒸发气体的影响。

Claims (21)

1.燃料罐(1)，特别是一种优选存储低温介质高安全性容器，包括具有开口(3)和盖板(4)的容器(2)，其特征在于，容器(2)内外有柔性覆盖物(5)。
2.根据前述权利要求所述的燃料罐(1)，其特征在于，覆盖物(5)是一体化结构。
3.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，覆盖物(5)是一种筒状或套筒状结构。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，覆盖物(5)和开口(3)可通过力量或材料配合的方式闭合，例如可通过扭转，夹住或粘接的方式连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，覆盖物(5)是一种柔性薄膜或织物材料，尤其采用芳纶，石墨烯，纳米碳管或一种带有石墨烯涂层的合成材料膜。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，覆盖物(5)是由芳纶制成的覆盖物和/或编织材料制成的覆盖物，具有不同直径和/或厚度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，覆盖物(5)内外多层包裹容器(2)，尤其是外部一层，内部三层。
8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，容器(2)由压缩和/或隔热材料制成，优选泡沫材料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，容器(2)内外有涂层。
10.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，盖板(4)与容器(2)的覆盖物(5)相邻，并与开口(3)形成形状、力量和/或材料匹配连接，尤其是通过自膨胀部件(9)和形状记忆部件形成螺纹连接或粘接(8)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，盖板(4)上有通道和/或阀门(13)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，容器(2)的开口形成锥形结构和/或开口(3)为椭圆形结构，容器(2)在开口(3)范围内有特殊的密封材料(14)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，在盖板(4)的开关位置上，盖板(4)上有一个位于容器(2)内部和外部的部件，优选采用磁性部件(9)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，容器(2)至少有两个部件，优选彼此形成力量或形状匹配连接，优选采用自膨胀部件(9)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)，其特征在于，覆盖物(5)可缠绕在容器(2)内部多层，覆盖物(5)可构成一个密封的空间，其中设置了螺旋形冷却管道(15)，优选地是一种与温度和/或压力有关的冷却剂输入和输出管道(18，22)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的多个燃料罐(1)构成的组合罐，其特征在于，多个燃料罐(1)彼此连接，介质从一燃料罐进入到另一燃料罐(1)中。
17.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)和/或组合罐，其特征在于，燃料罐可同时存储液化天然气和生物甲烷气体。
18.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)和/或组合罐，其特征在于，燃料罐可存储生物甲烷气体。
19.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)和/或组合罐，其特征在于，燃料罐可存储液化天然气和生物甲烷气体，并可混合。
20.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)和/或组合罐，其特征在于，燃料罐可交替存储液化天然气和压缩天然气CNG。
21.根据前述权利要求中任一项所述的燃料罐(1)和/或组合罐，其特征在于，在相同的燃料罐可交替存储不同气态或液态介质。
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