用于储存压缩天然气的罐的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及用于储存压缩天然气的罐。一种用于存储用于给机动车发动机供给燃料的压缩天然气(CNG)的罐。该罐包括用于容纳处在约20MPa(兆帕)至约30MPa的工作压力下的CNG的容器主体，该容器主体由单件制成。容器主体包括头端区域、位于头端区域远端的尾端区域和在其间延伸的中间区域。尾端区域和头端区域限定容器主体的轴向长度。容器主体由铝合金制成。阀部件通过在容器主体的壁中限定的开口操作地连接到容器主体并与容器主体流体连通。容器主体壁具有从约3mm(毫米)至约10mm的厚度。
【专利说明】用于储存压缩天然气的罐
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月28日申请的美国临时专利申请序列号61/806，019的权益，该临时专利申请通过参考全文并入本文。
【背景技术】
[0003]压力容器，如储气容器和液压蓄能器可用于容纳处在压力下的流体。可期望的是具有相对薄壁且低重量的压力容器。例如，在车辆燃料罐中，相对薄的壁允许相对低的重量，并从而以较高能量效率移动车辆。
【发明内容】
[0004]本公开的示例包括一种用于存储用于给机动车发动机供给燃料的压缩天然气(CNG)的罐。该罐包括用于容纳处在约20MPa (兆帕)至约30MPa的工作压力下的CNG的容器主体，该容器主体由单件制成。容器主体包括头端区域、位于头端区域远端的尾端区域和在其间延伸的中间区域。尾端区域和头端区域限定容器主体的轴向长度。容器主体由铝合金制成。阀部件通过在容器主体的壁中限定的开口操作地连接到容器主体并与容器主体流体连通，该阀部件用于向容器主体内充气或从容器主体排气。容器主体壁具有从约3_ (毫米)至约IOmm的厚度。
[0005]本申请还提供下列方案:
[0006]1.一种用于存储用于给机动车发动机供给燃料的压缩天然气(CNG)的罐，所述罐包括:
[0007]容器主体，其用于容纳处在约20MPa (兆帕)至约30MPa的工作压力下的CNG，所述容器主体由单件制成，所述容器主体包括头端区域、位于所述头端区域远端的尾端区域和在其间延伸的中间区域，所述尾端区域和所述头端区域限定所述容器主体的轴向长度，所述容器主体由铝合金制成；和
[0008]阀部件，其用于向所述容器主体充气或从所述容器主体排气，所述阀部件通过在所述容器主体的壁中限定的开口操作地连接到所述容器主体并与所述容器主体流体连通，容器主体壁具有从约3mm (毫米)至约10_的厚度。
[0009]2.如方案I所述的罐，其特征在于，所述铝合金选自于6000系列铝合金或7000系列铝合金，并且具有约275MPa至约550MPa的抗拉屈服强度。
[0010]3.如方案I所述的罐，其特征在于，所述罐具有约5.9kg至约59kg的重量。
[0011]4.如方案I所述的罐,其特征在于,所述罐具有约10.2cm(厘米)至40.6cm的内直径。
[0012]5.一种用于机动车辆的压缩天然气车载储存和输送系统，所述系统包括:
[0013]如方案I所述的罐，其操作地安装在车辆的行李箱空间的部分中。
[0014]6.如方案5所述的系统，其特征在于，还包括多个罐，所述多个罐i)彼此流体连通，或ii)和歧管操作地流体连通，所述多个罐一起具有约IOkg至约80kg的重量。
[0015]7.如方案6所述的系统，其特征在于，所述多个罐围绕车辆行李箱空间的周长分布。
[0016]8.如方案5所述的系统，其特征在于，所述罐免受来自天然气污染物的应力腐蚀开裂。
[0017]9.如方案5所述的系统，其特征在于，所述罐比由钢制成的其他类似罐更轻。
[0018]10.如方案5所述的系统，其特征在于，所述容器主体比由钢制成的其他类似容器主体具有更大的热传导性。
[0019]11.如方案5所述的系统，其特征在于，与具有用于存储天然气的钢罐的相同车辆相比，所述系统使具有车载所述系统的车辆的燃料经济性提高约1.6%至约3.2%。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]通过参考下面的详细描述和附图(其中类似的参考标记对应于相似但或许不相同的部件)，本公开示例的特征和优点将变得明显。为简洁起见，具有在先描述功能的附图标记或特征在它们出现的其他附图中可能被描述或者可能不被描述。
[0021]图1是根据本公开的罐的示例的截面半示意图；
[0022]图2是根据本公开的机动车辆行李箱的顶示意图，示出在与经由行李箱开口直接触及的行李箱的部分相比较少可能使用的行李箱部分中的罐的示例；
[0023]图3是机动车辆行李箱的顶示意图，示出根据本公开的连接在一起并围绕行李箱的部分分布的多个罐的不例；
[0024]图4是机动车辆行李箱空间的后示意图，示出根据本公开的连接在一起并围绕行李箱的部分分布的多个罐的替代布置的示例；和
[0025]图5是根据本公开的另一示例的示意图，示出操作地连接到歧管的多个罐。
【具体实施方式】
[0026]天然气车辆装配有车载储罐。某些天然气储罐标示为低压力罐。低压力天然气罐通常压力定额至约750psi。例如，低压系统的低压力罐可压力定额至约725psi和更低。另一个示例中，低压系统的低压力罐可压力定额至在约300psi和IOOOpsi之间的范围。在加燃料过程中，低压系统储罐的容器被设计为填充直至罐达到标示范围内的压力。标示的低压系统储te通常未压力定额为闻于标不范围。相反，其他天然气储te标不为闻压te。闻压天然气罐通常压力定额为约3000psi (207巴或20.7MPa)至约3600psi (248巴或24.8MPa)。和低压力罐类似，高压天然气储罐的容器被设计为填充直至罐达到定额范围内的压力。当高压罐被部分填充时，即填充至比标示范围低的压力，从罐中可提取的天然气的量可能不足以操作车辆至预期行驶距离(即得到预期的英里数)。
[0027]依据联邦机动车安全标准(FMVSS) 304的类型I容器是金属的非复合容器(即没有复合外包装)。用于汽车应用的典型的类型I的CNG罐是由碳钢制成。除了笨重之外，碳钢具有低热传导性，使得在再加燃料过程中难以散热。如在此所使用，碳钢是指除了碳之外不含有大量的合金元素的钢。碳钢的示例是汽车工程学会(SAE) 1000系列。
[0028]相反，本公开的例子由高强度铝合金制成高压CNG罐，其与碳钢相比具有更高的抗拉屈服强度。如在此所使用，高强度铝合金是指具有高于350MPa的抗拉屈服强度的铝合金。因此，本公开的发明人发现，在一个例子中，可以使用轻质铝合金如采用大约(和通常使用的碳钢罐)相同壁厚和容积的高强度铝合金来替代通常使用的碳钢，来得到更轻的罐。此外，在本公开的另一个示例中，代替一个较大的罐，提供两个或多个较小的罐，每个具有比示例一个较大罐的直径更小的罐直径。较小直径的罐有利地允许比碳钢罐的工作压力等级(例如3600psi)更高的工作压力等级。
[0029]通常生产的CNG罐会占用行李箱空间的大部分。例如，通常可用的CNG罐会占用一半的可用行李箱空间。本公开的罐10，10’的某些示例具有较小的直径。在一个示例中，罐10’的内直径约4英寸。较小直径的罐10’允许更有效的利用车辆内的自由空间(如行李箱空间)和车身底部。此外，当直径相当小时，可极大地减少热质量。例如，很大直径的罐(如16英寸(0.4米)或者更大)，填充会导致例如25°C (摄氏度)或更多的温度尖峰。在填充过程中，高于80°C的天然气温度会是不希望的。
[0030]现参照图1，本公开的罐的例子大体标示为10。罐10储存用以给机动车辆发动机(未示出)供料的压缩天然气(CNG)。罐10包括容器主体12，用于容纳处在高于在约100巴(约1450psi)的工作压力等级下的气体，或者从在约200巴(约2901psi)至约300巴(约4351psi)的气体。在另一个示例中，罐10具有从约20，684kPa(约207巴/3000psi)至约24，821kPa(约248巴/3600psi)的工作压力等级。
[0031]容器主体12可由单件整体制成。容器主体12包括头端区域14，位于头端区域远端的尾端区域16和在其之间延伸的中间区域18。尾端区域16和头端区域12限定主体的轴向长度L。中间区域18可基本为圆柱形，其中尾端区域16基本为杯形，如，尾端区域16可具有半球形盖的形状。头端区域12也可基本为杯形，如，头端区域12也可具有半球形盖的形状(不考虑具有开口和阀部件的部分，下面会进一步讨论)。
[0032]如上面简述，在图1所描述的示例中，容器主体12由轻质铝合金制成。在示例中，轻质铝合金可为高强度铝合金，例如，7000系列铝合金。在另一个示例中，铝合金可为6000系列铝合金。6000系列和7000系列的抗拉屈服强度的范围从约2758巴(约40000psi)至约5500巴(79770psi)。6000系列和7000系列是国际合金标示系统对形变合金的约定命名。7000系列铝合金是具有锌的合金并且可沉淀硬化至任意铝合金的最高强度。6000系列铝合金是具有镁和硅的合金，易于机加工，且可沉淀硬化，但达不到7000系列所达到的高强度。
[0033]铝合金，如7000系列，可具有比通常用于生产类型I的CNG罐的碳钢的抗拉屈服强度高的抗拉屈服强度。作为例子，铝7075-T6合金具有约73，OOOpsi的抗拉屈服强度，相比较，DIN1629, St35.8/St37.5级别的碳钢具有约34，OOOpsi的抗拉屈服强度。
[0034]在图1中所描述的示例中，罐10还包括阀部件20，其用于向容器主体12充气或从容器主体12内排出气体。需要了解的是，手动和/或螺线管激活的罐阀可使用在本公开的示例中。阀部件20通过容器主体12的壁13中限定的开口 22操作地连接到容器主体12并与之流体连通，容器主体的壁13可具有从约3_至约10_的厚度T。需要了解的是，开口 22可具有用于典型罐阀的螺纹(如3/4X 14NGT (国家气体锥(National Gas Taper))螺纹)。此外，需要了解的是，开口 22可位于壁13的任何区域(如，在中间区域18，端部区域16等中)，且其不必位于如图1所示的头端区域14的端部处。
[0035]现另外参考图2，用于机动车辆的压缩天然气车载储存和输送系统100的示例包括罐10，罐10操作地安装在与从由车箱盖覆盖的开口或窗口可容易触及的行李箱空间24的中央部分相比相对较少使用的车辆行李箱24的部分中。例如，后窗台下的在相对长的行李箱中靠近座位的空间可能从行李箱开口较难触及，并因此与容易触及的空间相比较少可能用于行李或杂货。行李箱空间24的周边(除最靠近车辆尾部的部分外)会较少可能用于行李或杂货。行李箱空间24在图1中示意地且以幻影示出。
[0036]如前面简述，本公开的系统100的示例包括两个或更多个较小的罐10’。罐10’包括(多个)相同的部件，并且以和前面讨论的罐10相同的方式形成；然而，罐10’具有比罐10的内径更小的内径D。长度L可为和罐10的长度L相同、更短或更长的长度。需要了解的是，每个罐10’可具有相同尺寸，和/或具有和每个其他罐10’相同的容积，或者，至少一个罐10’可具有不同尺寸，和/或具有和至少其他的罐10’不同的容积。罐10’的示例可由较低强度的铝合金(如铝6061-T6)制成，其具有比合金钢低的抗拉屈服强度。可使用较低强度的铝合金，至少部分由于在罐10’使用较小的内径D时环向应力的减少。
[0037]在示例中，多个罐10’i)彼此操作地流体连通(图3和4中示意示出)，或ii)与歧管28(图5中示意示出)操作地流体连通。需要了解的是，罐10’中的一个、若干个或全部可包括阀部件20，并且可以与车辆的燃料系统操作的流体连通。如果使用歧管28，则每个罐10’具有其自己的阀部件20，并且歧管28和车辆的燃料系统操作地流体连通。在另一个示例中，若干个较小的罐10’在罐10’的和孔口连接的一个的入口处和仅一个阀部件20连接，以和燃料系统操作地连通。
[0038]根据本公开的示例，各个罐10，10’具有从约2kg(约4.4磅)至约41kg(约90磅)的重量。在另一个示例中，罐10，10’具有从约15kg(约33磅)至约27kg(约60磅)的重量。在进一步的示例中，多个罐10’ 一起具有从约IOkg(约22磅)至约80kg(约176磅)
的重量。
[0039]需要了解的是，罐10，10’可具有任意适当的内径D和长度L，以提供特定的容积和所需的目标GGE(汽油加仑当量)。对于较大的单个罐10设备，内径D可从约24.1cm(约9.5英寸)至约40.6cm (约16英寸),长度L可从约76.2cm (约30英寸)至约155cm (约61英寸)。对于较小的多个罐10’设备，内径D可从约7.6cm(约3英寸)至约35cm(约14英寸)，长度L可从约60cm(约24英寸)至约120cm(约47英寸),或者更长。
[0040]如图3和4所示，根据本公开的示例的系统100，100’围绕与行李箱空间24的中央部分相比相对较少可能使用的车辆行李箱24的部分分布罐10’ (使得罐10，10’的大部分体积占据车辆行李箱的相对较少可能使用的所述部分)。图4示出了罐10，的不同布置的例子。在该示例中，在备胎26存放在行李箱空间24的地板下方的情况下，罐10’定位成远离侧面并在行李箱空间24的后部。例如，罐10’可靠近或越过车箱盖(未示出)的铰链区。这会便于使用行李箱空间24的更易于触及的部分。
[0041]在另一个示例中，罐10’沿着车辆的底部放置，继而使所有的行李箱空间24敞开以便操作者使用存储空间。在进一步的替换示例中，罐10’可围绕车辆中的任意适当开放空间分布。
[0042]需要了解的是，这里公开的罐10，10’的示例设计为呈现如耐用性、强度等的特性并具有如类型I的CNG罐的所预期的期望的通风。
[0043]根据本公开的示例的罐10’可具有约2L至约25L的单个容积(对于每个较小的多个罐)。根据本公开的示例的罐10可具有约30L至约150L的容积。在示例中，罐10’可具有约IGGE至约6GGE的天然气容量。在较大的罐10的示例中，在250巴下，对于100L容积，CNG储存量约为190g/L(克每升)。这为约8.2GGE。
[0044]本公开的示例有很多优点。本公开的罐10，10’较轻，并且它们可提供提高的燃料经济性和较好的热管理。罐10，10’还被认为更好地抵抗天然气中的污染物，如硫基化合物(如硫化氢(H2S))和水。例如，一些钢合金在H2S环境下易于应力腐蚀开裂，而铝通常几乎不受H2S导致的应力腐蚀开裂的影响。
[0045]此外，相对于这里所公开的铝罐，由碳钢制成的CNG罐相对笨重。典型的碳钢罐可具有约200磅至约250磅的重量。如这里所公开的用铝合金代替碳钢，由于铝和钢的密度之间的差异，可使罐重量减小至约三分之一。例如，重量240磅的碳钢罐可用这里所公开的铝合金制成的罐10代替，其具有相同的尺寸，但仅重80磅。在用这里公开的铝合金制成的罐10替换两个240磅碳钢罐的车辆上的重量节省将节省约160磅。重量上的这种减少会提高天然气供料车辆的燃料经济性。据估计重量减小100磅会提高约1%至约2%的燃料经济性。用这里公开的铝合金替换碳钢会使燃料经济性提高约1.6%至约3.2%。天然气供能的车辆通常比类似的传统汽油供能车辆具有较好(低)的受管制排放物。通过减少CNG罐的重量来提高燃料经济性还改进(减少)受管制排放物。仍进一步的，铝还具有比钢更高的热传导性(约三倍高)，使得这里描述的铝合金利于用作CNG罐材料以在再加燃料过程中降低温度。
[0046]需要了解的是,这里提供的范围包括所述范围和所述范围内的任意值或子范围。例如，约20MPa至约30MPa的范围应解释为不仅包括约20MPa至约30MPa的明确记载的限制，而且包括各个值，如21MPa、24MPa等，以及子范围，如约22.5MPa至约27.5MPa，约25.0MPa至约26.0MPa等。此外，当使用“约”来描述值时，其意味着包括自所述值的较小的变化(至多+/-10% )。
[0047]在描述和要求保护在此所述的示例中，除非文中明确相反指出，单数形式“一”、“一个”、“该”包括复数对象。
[0048]需要了解的是，术语“连接”和/或类似术语在这里广义限定为包括各种散开连接布置和组装技术。这些布置和技术包括但不限于:(I) 一个部件和另一个部件之间的直接连通，二者之间没有介入部件；以及(2) —个部件和另一个部件的连通，二者之间具有一个或多个部件，假定连接至其他部件的一个部件以某种方式和其他部件操作地连通(尽管在二者之间存在一个或多个额外的部件)。
[0049]此外，整个说明书中对“一个示例”、“另一个示例”、“示例”等的参考，意思是关于该示例描述的特定元素(如特征、结构和/或特性)被包括在至少一个这里所述的示例中，并且可以出现或可以不出现在其他示例中。此外，需要了解的是，除非文中明确相反指出，对于任意示例所描述的元素可以任意适当的方式结合在各个示例中。
[0050]尽管这里详细描述了多个示例，但对本领域技术人员显而易见的是可对公开的示例进行修改。因此，前述说明被认为是非限制性的。
【权利要求】
1.一种用于存储用于给机动车发动机供给燃料的压缩天然气(CNG)的罐，所述罐包括: 容器主体，其用于容纳处在约20MPa (兆帕)至约30MPa的工作压力下的CNG，所述容器主体由单件制成，所述容器主体包括头端区域、位于所述头端区域远端的尾端区域和在其间延伸的中间区域，所述尾端区域和所述头端区域限定所述容器主体的轴向长度，所述容器主体由铝合金制成；和 阀部件，其用于向所述容器主体充气或从所述容器主体排气，所述阀部件通过在所述容器主体的壁中限定的开口操作地连接到所述容器主体并与所述容器主体流体连通，容器主体壁具有从约3mm (毫米)至约1mm的厚度。
2.如权利要求1所述的罐，其特征在于，所述铝合金选自于6000系列铝合金或7000系列铝合金，并且具有约275MPa至约550MPa的抗拉屈服强度。
3.如权利要求1所述的罐，其特征在于，所述罐具有约5.9kg至约59kg的重量。
4.如权利要求1所述的罐，其特征在于，所述罐具有约10.2cm(厘米)至40.6cm的内直径。
5.一种用于机动车辆的压缩天然气车载储存和输送系统，所述系统包括: 如权利要求1所述的罐，其操作地安装在车辆的行李箱空间的部分中。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括多个罐，所述多个罐i)彼此流体连通，或ii)和歧管操作地流体连通，所述多个罐一起具有约1kg至约80kg的重量。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个罐围绕车辆行李箱空间的周长分布。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述罐免受来自天然气污染物的应力腐蚀开裂。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述罐比由钢制成的其他类似罐更轻。
10.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述容器主体比由钢制成的其他类似容器主体具有更大的热传导性。
【文档编号】F17C1/14GK104075101SQ201410192701
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2013年3月28日
【发明者】A·T·莫雷尔斯, M·H·阿布德埃尔哈米德, A·M·戴利, M·蔡 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司