燃料罐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種燃料罐，尤其是一種高安全性燃料罐，優(yōu)選地用于存儲(chǔ)根據(jù)主權(quán) 利要求中前序部分的低溫介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在個(gè)別工業(yè)領(lǐng)域中所應(yīng)用的存儲(chǔ)介質(zhì)的燃料罐必須滿足很高的安全要求，例 如汽油罐，煤油罐或可燃?xì)怏w燃料罐。運(yùn)輸輻射性物質(zhì)或低溫介質(zhì)的燃料罐必須符合很高 的安全要求并可以防止尖銳物體碰撞或被彈片擊中時(shí)帶來(lái)的沖擊，且不會(huì)出現(xiàn)泄漏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)燃料罐或高安全性燃料罐在運(yùn)輸上述危險(xiǎn)品過程中，會(huì)因?yàn)槠茡p出現(xiàn)可能造 成的環(huán)境污染情況，必須設(shè)計(jì)一種能夠承受外部外力和環(huán)境條件的燃料罐。但此種燃料的 生產(chǎn)成本、尺寸和重量均很高。
[0004] 低溫燃料罐是保存低溫介質(zhì)的燃料罐，例如液態(tài)氫或甲烷，一般使用特殊高合金 金屬材料制成，優(yōu)選采用鎳鋼合金，此種材料具有耐沖擊性和耐低溫性。一般來(lái)說還需要使 用高品質(zhì)的保溫材料對(duì)燃料罐進(jìn)行保溫，通常的做法是做成雙層罐體，在中間形成真空或 填充顆粒材料。在存儲(chǔ)液化天然氣時(shí)（LNG)即液化天然氣，需存儲(chǔ)溫度必須保持在約-164 °C，而液態(tài)氫氣的存儲(chǔ)溫度則要保持在約-253Γ。
[0005] 液態(tài)燃料，如液化天然氣在沸點(diǎn)以下時(shí)的體積密度為氣化狀態(tài)時(shí)的600倍。低溫燃 料罐與高壓燃料罐相比大大節(jié)省了空間。例如200bar的燃料罐容積一般比液壓天然氣的燃 料罐高3至4個(gè)系數(shù)。液態(tài)氫燃料罐一般做成球形，這樣可以承受更高的氣體壓力。盡管制造 成本較高且運(yùn)輸重量較大，低溫燃料罐也常用于陸地、海洋或空中運(yùn)輸。
[0006] 運(yùn)輸保存低溫燃料介質(zhì)的燃料罐時(shí)，要求燃料罐可以高壓加氣。加熱低溫燃料罐 時(shí)，存儲(chǔ)的部分低溫介質(zhì)會(huì)蒸發(fā)形成汽化氣體，，因此在加氣時(shí)，要盡可能避免或減少因外 界熱量進(jìn)入到燃料罐內(nèi)并造成"汽化"危險(xiǎn)。將低溫氣體加入到"加熱"的燃料罐中時(shí)，也就 是高于規(guī)定溫度的燃料罐中時(shí)，必須經(jīng)常抽吸出現(xiàn)的蒸發(fā)和汽化氣體。由于需要收集或中 間存儲(chǔ)吸收氣體，同時(shí)也增加了成本。
[0007]尤其是在汽車制造行業(yè)中，在解決上述問題的前提下還要找到一種簡(jiǎn)單的操作方 法。并可以給貨車、汽車和其他小型車輛加入符合未來(lái)發(fā)展需要的環(huán)保型燃料。
[0008] 本發(fā)明的任務(wù)是提供一種更先進(jìn)的燃料罐。
[0009] 本發(fā)明介紹了一種解決上述問題的用于存儲(chǔ)低溫介質(zhì)的燃料罐，尤其是一種高安 全性燃料罐，在容器上設(shè)置一個(gè)開口和一個(gè)蓋板。容器內(nèi)外可包裹柔性覆蓋物。
[0010]在燃料罐內(nèi)外設(shè)置的柔性包裹物除了可以保證容器的沖擊安全性以外，還能有效 防止在與尖銳物體碰撞時(shí)造成破壞而導(dǎo)致介質(zhì)泄露。
[0011]柔性包裹物相對(duì)于剛性表面的優(yōu)點(diǎn)在于，在與尖銳性物體碰撞時(shí)，包裹物出現(xiàn)變 形或進(jìn)入到包裹物中，從而有效吸收產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)能。
[0012] 本發(fā)明符合最新技術(shù)水平，大面積覆蓋物能夠產(chǎn)生較大變形，在與尖銳物體碰撞 時(shí)，柔性覆蓋物能夠承受較大的沖擊力。
[0013] 容器的內(nèi)外表面上覆蓋的大面積覆蓋物，可以對(duì)容器內(nèi)外提供大面積的保護(hù)。
[0014] 此外柔性覆蓋物還能承受在事故中出現(xiàn)的高機(jī)械載荷能力，例如拉力、壓力和扭 力。而且柔性覆蓋物的安裝非常簡(jiǎn)便。
[0015] 柔性覆蓋物除了具有抵抗機(jī)械載荷的能力，密封性也非常好，而且還有耐低溫特 性。因此相同結(jié)構(gòu)的燃料罐可用來(lái)存儲(chǔ)更多不同類型的介質(zhì)。例如可用作液體罐或高壓氣 體罐。
[0016] 存儲(chǔ)低溫燃料的容器可用在汽車中，其優(yōu)點(diǎn)在于，覆蓋物比金屬壁的隔熱性能高。 可以有效防止氣體蒸發(fā)和汽化。此外安裝在燃料罐內(nèi)外的柔性覆蓋物還有保溫的作用，在 加入燃料和汽車長(zhǎng)時(shí)間停止的時(shí)候可減少出現(xiàn)汽化現(xiàn)象或完全可以避免出現(xiàn)汽化。
[0017] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，燃料罐的覆蓋物為一體化結(jié)構(gòu)。
[0018] -體化結(jié)構(gòu)的含義是，覆蓋物不是由多塊組合連接而成的，而是一塊整體材料。一 體化覆蓋物的母材中可包含多個(gè)部件和多種材料，例如纖維材料或多層膜結(jié)構(gòu)。整個(gè)覆蓋 物采用一體化結(jié)構(gòu)。覆蓋物末端可采用連接件或與其他相鄰物體連接，從而形成符合本發(fā) 明的一體化結(jié)構(gòu)
[0019] 采用一體化結(jié)構(gòu)的覆蓋物可有效承受抗尖銳物體帶來(lái)的高沖擊載荷。相對(duì)于組合 式覆蓋物來(lái)說，一體化覆蓋物可達(dá)到一致性的母材狀態(tài)表面。一般來(lái)說，不一致的表面耐沖 擊性較差，而且無(wú)法阻止泄露。采用一體化覆蓋物可以通過彼此連接或與相鄰物體連接減 少不一致的表面范圍。
[0020] 此外相對(duì)于組合式覆蓋物來(lái)說，一體化覆蓋物的連接方式非常簡(jiǎn)單，節(jié)省了連接 時(shí)間，可作為半成品量產(chǎn)，降低了成本并可提前生產(chǎn)。采用此種覆蓋物的燃料罐也降低了生 產(chǎn)成本。
[0021 ]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋物外形是筒狀或套筒狀的。
[0022]預(yù)生產(chǎn)的一體化筒狀或套筒狀覆蓋物可在容器開口處翻折，從而形成覆蓋容器內(nèi) 外表面的一體化同質(zhì)表面。在與尖銳物體發(fā)生碰撞時(shí)，覆蓋物還有很好的耐沖擊作用。 [0023]筒狀或套筒狀覆蓋物的安裝非常簡(jiǎn)便。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋物的開口可通過力量或材料配合等方式閉合，例如通過扭 轉(zhuǎn)、卡緊或粘接等方式。
[0025] 關(guān)閉覆蓋物開口后，容器即被一體化覆蓋物完全覆蓋。從而省略了其他覆蓋物和 不同材料之間的拼接或接縫?？赏ㄟ^扭轉(zhuǎn)的方式非常簡(jiǎn)單的閉合覆蓋物開口。扭轉(zhuǎn)方式可 能會(huì)稍微減弱覆蓋物的作用。還可通過力量或材料配合的連接方式簡(jiǎn)單關(guān)閉開口，尤其是 通過卡緊連接或粘接。
[0026] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋物是一種柔性薄膜或編織材料，優(yōu)選地具有氣體 密封、抗斷裂和抗壓力和/或耐溫度波動(dòng)等特點(diǎn)，接近絕對(duì)零度0K，即-273Γ，主要采用芳 綸、石墨烯或碳納米管等材料。優(yōu)選地柔性薄膜或編織材料也可噴涂一層保護(hù)材料或涂層。
[0027] 柔性薄膜或編織材料制成的編織物厚度小，從而降低了燃料罐的重量并減少了尺 寸。此外柔性薄膜或編織物還可覆蓋住容器開口并形成大面積的統(tǒng)一覆蓋層，從而減少安 裝費(fèi)用。
[0028] 例如覆蓋物由芳綸材料進(jìn)行強(qiáng)化處理或由芳綸制成，例如一種使用芳綸纖維強(qiáng)化 處理的覆蓋物，如下也稱為芳綸覆蓋物。芳綸纖維采用公司DuPont生產(chǎn)的商標(biāo)為Kevlar? 的氣體密封編織產(chǎn)品?？赏ㄟ^改變編織方法和編織結(jié)構(gòu)，提供一種筒狀或套筒狀的柔性的 編織物。
[0029] 芳綸覆蓋物或Klevar覆蓋物具有耐機(jī)械載荷和耐低溫的特性，適用于保存低溫介 質(zhì)，如液化天然氣(液化天然氣)或液態(tài)氦氣。而且芳綸覆蓋物具有氣體密封和化學(xué)性穩(wěn)定 的特點(diǎn)，因此具有耐腐蝕性。
[0030] 來(lái)自俄羅斯在英國(guó)工作多年的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Andre Greim教授研發(fā)出了石墨 烯，這是一種二維結(jié)構(gòu)的碳原子C(石墨）。石墨烯是一種非常薄、具有氣體密封以及良好耐 機(jī)械載荷的特性。此外石墨烯還有導(dǎo)電特性，抗菌性并可與薄膜或編織芳綸粘接連接，例如 粘接泡沫。
[0031] 碳納米管，也稱為CNT或納米碳管，是一種碳元素制成的小型管狀結(jié)構(gòu)和微型納米 碳管。碳納米管的結(jié)構(gòu)是一種卷起結(jié)構(gòu)的石墨烯管。碳納米管的覆蓋物特性與芳綸覆蓋物 或石墨烯覆蓋物的特性類似。
[0032] 石墨烯和碳納米管基本上可制成薄膜或纖維，其具有很高的抗拉強(qiáng)度和屈服極 限。石墨烯還具有很好的導(dǎo)電性、抗菌性和很高的表面耐磨性。
[0033] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋物優(yōu)選采用芳綸纖維制成的編織材料，特別地，在 覆蓋物縱向上具有不同直徑和/或不同密度。
[0034] 有機(jī)高強(qiáng)度纖維和合成纖維可以像芳綸纖維一樣制成不同直徑和密度的覆蓋物， 例如在縱軸方向上制成不同直徑和密度分布的筒狀或套筒狀結(jié)構(gòu)。制成具有規(guī)定密度的柔 性覆蓋物具有良好的耐機(jī)械特性，并可改變局部特性，例如屈服極限。
[0035] 由不同直徑和/或密度編織物制成的覆蓋物可以非常好的貼合在燃料罐結(jié)構(gòu)和相 鄰閉合處或連接位置。覆蓋物具有非常良好的抗沖擊安全性。此外覆蓋物的柔性結(jié)構(gòu)還適 合作為燃料罐的冷卻覆蓋物。
[0036] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋物可多層纏繞在容器內(nèi)外層。
[0037] 纏繞多層的含義是，套筒狀結(jié)構(gòu)的覆蓋物并多次進(jìn)入到容器中，在容器開口位置 翻轉(zhuǎn)并在容器底部扭轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)入到容器中。貼在容器壁上形成多層纏繞層。
[0038] 多層纏繞覆蓋物可以只貼在容器內(nèi)部或外部或內(nèi)外部，覆蓋物的面積還可進(jìn)一步 擴(kuò)大，在與尖銳物體碰撞時(shí)能夠承受很高的沖擊性
[0039]覆蓋物可以在外設(shè)置一層并在內(nèi)設(shè)置三層，除了可以提供很高的安全性之外，還 對(duì)燃料罐有冷卻作用。
[0040]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，燃料罐的容器由壓縮性和/或隔熱材料制作，尤其是泡 沫材料。
[0041 ]壓縮性材料可提尚燃料罐的抗尖銳物體沖擊的能力，因此容器可以承受很尚的變 形功，在出現(xiàn)事故時(shí)能夠承受很高的機(jī)械沖擊載荷，例如可耐受很高的拉力、壓力和扭力。
[0042]裝配隔熱材料的容器適用于存儲(chǔ)高溫或低溫介質(zhì)。本燃料罐適用于存儲(chǔ)溫度非常 高或非常低的燃料，例如保存低溫介質(zhì)的燃料罐，存儲(chǔ)沸點(diǎn)為約-164 °C的液化天然氣或甲 烷，或沸點(diǎn)為約-253Γ的液態(tài)氫氣。從而節(jié)省了成本較高的保溫設(shè)備，例如中間真空層或中 間填充顆粒材料的雙層罐體結(jié)構(gòu)。
[0043] 泡沫材料是一種特別廉價(jià)，有保溫作用和可壓縮的材料，具有上述優(yōu)選作用。
[0044] 在本發(fā)明實(shí)施例中，在容器或容器壁的內(nèi)部和/或外部涂層或安裝第一層覆蓋物。
[0045] 第一層覆蓋物是與主權(quán)利要求所述柔性覆蓋物無(wú)關(guān)的形狀基本固定的覆蓋層，位 于容器壁和上述柔性覆蓋物之間，并貼容器壁上。如果有需要，還可在容器或容器壁表面上 增加一層緊密連接的平面涂層或第一層覆蓋物。
[0046] 容器的第一層覆蓋物主要由石墨烯材料制成。涂層或第一層覆蓋物也可采用芳綸 或碳納米管制成。
[0047] 由不同隔熱性能良好的泡沫或聚氨酯泡沫材料制成的容器可在雙側(cè)采用石墨烯 材料保證良好的形狀穩(wěn)定性、高強(qiáng)度連接性和氣體密封性。優(yōu)選地采用套筒狀的石墨烯覆 蓋層。此種符合材料特別適用于制作航空航天領(lǐng)域內(nèi)燃料罐中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或燃料罐。
[0048] 第一層覆蓋物還可以采用航空航天領(lǐng)域中具有耐低溫和防輻射作用的極薄鋁膜， 除了可以增加泡沫壁厚之外，還具有很好的隔熱作用。符合最新水平的第一層覆蓋物由鋁 膜和一層聚乙烯層構(gòu)成，也稱為PE覆蓋物，可以很好地保護(hù)燃料罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0049] 在容器內(nèi)部和/或外部設(shè)置涂層或第一層覆蓋物可以達(dá)到雙保險(xiǎn)的作用，一方面 可以經(jīng)受住尖銳物體造成的較強(qiáng)沖擊，另一方面還具有很多優(yōu)良特性和作用。
[0050] 符合本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式中，與容器覆蓋物相鄰的蓋板與開口形成形狀匹配、力量 匹配和/或材料匹配的連接，尤其是可通過自膨脹部件，形狀記憶部件形成螺旋連接或粘 接。蓋板還可與覆蓋物連接并貼附在容器上。
[0051] 可通過一個(gè)高強(qiáng)度材料制成的