加压气体用容器制造技术

本发明专利技术公开了用作容纳加压气体的容器的主体的制品，以及包括附接阀门以控制气体从所述容器流出的所述制品的容器，其中所述制品包括中空容器主体，所述中空容器主体具有外表面和开口，气体可以通过所述开口进入或离开所述中空容器主体的内部；任选地但优选地包括围绕所述容器主体外部的纤维增强聚合物层，以及围绕并密封到所述纤维增强聚合物层(如果存在)的所述外表面或所述气瓶主体的外部弹性体层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】加压气体用容器
本专利技术涉及可用于存储高压压缩气体的容器，此类容器又称为气瓶。更具体地，本专利技术涉及包括缠绕材料(诸如碳纤维复合材料)的容器，并且这些容器还包括围绕缠绕材料的热塑性弹性体聚合物涂层，用以提供保护，防止缠绕材料因外部机械冲击和环境腐蚀而受损，并且用以提高处置的便利性，改善容器的外观。专利技术背景常规压缩气体容器由钢或其他金属制成。为了增加压缩气体钢制气瓶的容量，钢壁的厚度制作得比常规气瓶厚，才能增强钢制气瓶壁的强度。与壁较薄的气瓶相比，较厚的壁能使气瓶容纳较高压力的内容物。因此，较厚的气瓶壁能够增加气瓶的存储容量。然而，另一方面，增大气瓶壁的厚度也会导致气瓶的重量增加。而气瓶的重量增加会使气瓶在人体工程学上难以处置，容易导致操作困难。作为一般的措施，气瓶的容量翻倍意味着气瓶重量会增加一倍或更多，而这是我们不希望看到的。虽然我们期望得到降低高压钢制气瓶重量的设计，但是仍然需要在改善提供高压高容量气瓶的能力时不引起气瓶重量过度增加。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是用作容纳加压气体的容器的主体的制品，包括中空容器主体，该中空容器主体具有外表面，并且具有开口，气体可通过该开口进入或离开中空容器主体的内部；围绕容器主体外部的纤维增强聚合物层，该纤维增强聚合物层附着到容器主体的外表面并具有外表面；和围绕并密封到纤维增强聚合物层的外表面的弹性体层。优选地，该弹性体层包括一些已经渗透到纤维增强聚合物层外表面中的弹性体材料。本专利技术的另一方面是用作容纳加压气体的容器的主体的制品，包括中空容器主体，该中空容器主体具有外表面，并且具有开口，气体可通过该开口进入或离开中空容器主体的内部；和围绕并密封到容器主体外表面的弹性体层。本专利技术的另一方面是用于容纳加压气体的容器，包括上述制品中的任一种，并且还包括连接到上述开口的阀，该阀可以有选择地阻止气体通过所述开口并且可以用可控制的方式控制气体通过所述开口的流动。本专利技术的容器特别适用于容纳至少1000磅/平方英寸(psia)压力的气体，更具体地讲是至少4000psia至最多8000psia压力的气体。“气体”不仅指单一化学组分的气态气体(诸如氧气、氮气或二氧化碳)，也指两种或多种不同化学组分的气态混合物(诸如空气，以及一种所关注的组分与一种或多种另外气态产物混合存在的组合物，例如氧气占90％体积的组合物，以及少量或微量的一种物质与其余组分为一种或多种另外的稀释气或补充气的组合物)。在本专利技术中，“附着”或“密封到”另一个下方的表面或层的每层材料，优选地与其涂布到的下方表面在下方表面的整个表面上连续接触。也就是说，每个上覆层接触下方表面的整个表面，不存在空隙和不连续，也不存在下方表面不与上覆层接触的区域被下方表面与上覆表面完全接触的区域包围的区域。本专利技术适用于容纳和分配在例如电子、医疗和工业用途中的任何应用中有用的气体的所有气瓶或气罐。附图说明图1是根据本专利技术的容器主体的透视图。图2是根据本专利技术的包括阀的容器主体的透视图。图3是图2的容器主体的剖视图。图3a和图3b是本专利技术的替代实施方案的剖视图。图4a和图4b是本专利技术的替代实施方案的剖视图。图5是本专利技术的替代实施方案的剖视图。图6是本专利技术的优选实施方案的特写剖视图。图7a和图7b是本专利技术的实施方案的一部分涂层的扫描电子显微镜(SEM)视图。具体实施方式首先参考图1，中空容器主体1包括侧壁2，该侧壁的横截面优选为圆形。主体1具有底部3，该底部优选为平坦的，以使主体1能够直立于平坦表面上而不会翻倒。主体1包括开口4，气体可通过该开口进入和离开主体的内部5(见图3)。图2是图1所示制品的视图，但是现在还包括适配穿过开口4的阀15。图2中可见的是控制旋钮12和出口13，其中该控制旋钮可以控制通过开口4的气流，气体通过该出口离开主体1。阀15代表控制气体是否流出主体1并且控制气体离开主体1的流速的多种单元中的一种。图3、图3a、图3b、图4a、图4b和图5是根据本专利技术的气瓶的一些可能的实施方案的剖视图，这些图中的气瓶的外部可以如图2所示，其中可看到阀15延伸穿过开口4，使得气体可以离开主体1的内部5的唯一方式是通过阀15。如图所示，阀15包括控制旋钮12，该控制旋钮附接到螺纹杆14，该螺纹杆穿过阀15中的孔，使得转动旋钮12可以将螺纹杆14的端部17移入或移出通道16。这样，杆14就可以被放置在通道16中的某个位置，从而可以切断气体通过阀15离开主体1的通道，并且可以通过转动旋钮12调整端部17的位置，来控制通过通道16的气流的速度。应认识到，对于本专利技术而言，可以用很多其他阀和调节器的实施方案来替代图3中的阀15。关于层21、23和25的以下描述适用于图3、图3a、图3b、图4a、图4b和图5所示的各个实施方案(当然，图4a和图4b的实施方案中不存在层23的除外)。在图3、图3a、图3b和图5中，为了便于参考，在绘制时层21、23和25的尺寸相对于内部空间5的尺寸进行了放大。类似地，在图4a和图4b中，为了便于参考，在绘制时层21和25的尺寸相对于内部空间5的尺寸也进行了放大。图3示出了环形缠绕复合材料气瓶，该气瓶具有位于气瓶主体21侧面上的复合材料缠绕层23，以及覆盖复合材料缠绕层23的涂层25。图3a示出了气瓶主体21侧面上有复合材料缠绕层23的环形缠绕复合材料气瓶。涂层25覆盖复合材料缠绕层23和气瓶底部3。图3b示出了气瓶主体21侧面上有复合材料缠绕层23的环形缠绕复合材料气瓶。涂层25仅覆盖复合材料缠绕层23。涂层25的底部边缘延伸超过缠绕层23的底部边缘，并且通常距气瓶底部30.5至2英寸。图4a示出了常规钢制气瓶21。涂层25覆盖气瓶21的整个主体，包括侧面和气瓶底部3。图4b示出了常规钢制气瓶21。涂层25仅覆盖气瓶21主体的侧面。涂层25的底部边缘通常距气瓶底部30.5至2英寸。图5示出了完全缠绕复合材料气瓶，该气瓶具有位于气瓶主体21的侧面和底部3上的复合材料缠绕层23，以及覆盖气瓶侧面和底部3上的复合材料缠绕层23的涂层25。层21由即使在容器容纳高压气态内容物时也能够为容器提供足够强度以及保持其给定形状的能力的材料制成。优选的材料是钢。其他合适的材料包括其他金属，诸如铝，和聚合物材料。层21的厚度应足以使本专利技术的容器能够容纳甚至至少1000psia压力或甚至至少4000psia压力的气体内容物。本专利技术的一个优点是，层21可以为大约4mm至7mm厚，这是容纳高达几百psia的较常规压力气体的钢制气瓶的典型厚度范围。也就是说，本专利技术的容器可以容纳高压(即至少1000psia)气体，而不需要增加钢或其他材料的厚度(即为8-14mm或更厚)来应对高压。存在于诸如图3、图3a、图3b和图5所示的实施方案中的层23，包括为容器提供额外强度的材料，即这种材料增加容器避免因响应于容器内部的高压气态内容物而爆裂的能力。层23中的材料量，比若层23由制备层21的相同材料制成时层23可提供相同额外强度所需的材料量要轻。层23为气瓶壁提供结构强度，提高容器承受较高压力的能力，从而增加容器的存储容量。通过使层23的缠绕厚度能够承受期望的存储容量所对应的压力，可将存储容量调整到期望的水平。优选地，层23为1至10mm厚。层23的优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用作容纳加压气体的容器的主体的制品，包括：中空容器主体，所述中空容器主体具有外表面，并且具有开口，气体可通过所述开口进入或离开所述中空容器主体的内部；围绕所述容器主体的外部的纤维增强聚合物层，所述纤维增强聚合物层附着到所述容器主体的所述外表面并具有外表面；和围绕并密封到所述纤维增强聚合物层的所述外表面的弹性体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.31 US 62/0732711.一种用作容纳加压气体的容器的主体的制品，包括：中空容器主体，所述中空容器主体具有外表面，并且具有开口，气体可通过所述开口进入或离开所述中空容器主体的内部；围绕所述容器主体的外部的纤维增强聚合物层，所述纤维增强聚合物层附着到所述容器主体的所述外表面并具有外表面；和围绕并密封到所述纤维增强聚合物层的所述外表面的弹性体层。2.根据权利要求1所述的制品，其中所述纤维增强聚合物层不包含所述弹性体，并且所述弹性体层不包含所述纤维增强聚合物，并且在所述纤维增强聚合物层和所述弹性体层之间存在包括所述弹性体和所述纤维增强聚合物的混合物的层。3.根据权利要求1所述的制品，其中所述弹性体选自由聚氨酯和聚脲组成的组。4.一种用于容纳加压气体的容器，包括权利要求1所述的制品，还包括连接到所述开口的阀，所述阀可以有选择地阻止气体通过所述开口并且可以用可控制的方式控制气体通过所述开口的流动。5.根据权利要求4所述的容器，其中所述纤维增强聚合物层不包含所述弹性体，并且所述弹性体层不包含所述纤维增强聚合物，并且在所述纤维增强聚合物层和所述弹性体层之间存在包括所述弹性体和所述纤维增强聚合物的混合物的层。6.根据权利要求4所述的容器，其中所述弹性体选自由聚氨酯和聚脲组成的组。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·K·辛哈，Q·郭，O·亚迪姆西，S·M·史密斯，R·F·施波恩，R·布尔萨克，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US