用于IV类可适形压力容器的内衬坍塌减轻制造技术

IV类压力容器具有改进的渗透气体管理。该压力容器包括内聚合物内衬、布置在内衬上的透气层、以及布置在透气层上的外复合壳体结构。透气层是可透气的、不可渗透液体的，并且为由透气层收集的透过内衬壁的气体提供流动通路。外复合壳体由一层或更多层的第一纤维类型的纤维和树脂形成。从内衬的内部空间渗透的气体由透气层接收并且导向在压力容器上的预定的出口位置。出口位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于IV类可适形压力容器的内衬坍塌减轻
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年6月28日提交的美国临时申请第62/868,269号的优先权。


[0003]本专利技术涉及IV类压力容器。更具体地，本专利技术涉及用于存储压力下的流体和/或气体的压力容器，例如天然气、氧、氮、氢、丙烷等。IV类压力容器或储箱具有无金属构造，该无金属构造包括卷绕和/或包覆编织在热塑性聚合物内衬上的碳纤维或复合材料。

技术介绍

[0004]包括聚合物内衬和纤维增强的复合壳体结构的用于存储压缩气体的IV类压力容器已经用作可靠的、高效的容器。这些容器在重量效率、耐腐蚀性和疲劳性能方面优于其它容器设计。聚合物比金属储箱/内衬更容易受到气体渗透的影响。由于渗透，气体通过材料从高压区域迁移到低压区域。这种迁移会导致气体在聚合物内衬和复合壳体结构之间的间隙中积聚。气体在该区中的积聚会导致如下现象中的至少一种：(1)在压力容器减压时，随着在内衬和复合壳体之间的压力超过压力容器的内部压力时引起内衬向内屈曲，以及(2)随着压力容器再增压而在聚合物内衬和复合壳体之间捕获气体会阻止适当的填充或被推出压力容器结构，有时称为“动态气体释放”。
[0005]管理气体从压力容器渗透的第一种已知方法在美国专利10,168,002中公开，其中通过围绕聚合物内衬缠绕内复合结构来形成压力容器，围绕内复合结构施加内聚合物层，围绕内聚合物层缠绕多孔层，围绕多孔层施加外聚合物层，并且围绕外聚合物层缠绕外复合壳体。内复合结构、多孔层、内聚合物层、外聚合物层和外复合壳体中的每一个通过形成重叠的螺旋模式的单组连续缠绕纤维形成。
[0006]然而，在压力容器是细长的可适形压力容器时，第一种已知的方法是不太期望的。细长的可适形压力容器的第一示例在美国公开文本2016/363265中公开。该示例性的细长的可适形压力容器包括细长的聚合物内衬，该细长的聚合物内衬具有多个细长的刚性管部分，其中每对刚性管部分通过柔性连接器部分流体地联接。可选地，每一个柔性连接器部分包括波纹区段。另外，细长的刚性管部分通常具有比柔性连接器部分的最大外径更大的最小外径。美国专利9,217,538中公开的第二种类型的可适形压力容器包括细长管，细长管以螺旋方式缠绕以形成螺旋储箱。尽管可适形压力容器的具体尺寸和构造可以是变化的，但可适形压力容器通常具有细长的内衬，对于内衬的具体直径，细长的内衬具有比圆柱形非可适形压力容器的典型长度更大的内衬侧壁长度。此外，在固化树脂之前，可适形压力容器通常缠绕和/或折叠到预定空间中。因此，内衬的侧壁长度通常比所制造的压力容器的预定空间的外尺寸更长。与用于制造的压力容器的预定空间的总尺寸相比，用于可适形压力容器的内衬的增加的侧壁长度在管理气体渗透时提出了挑战。
[0007]第一种已知的方法要求至少多孔层、内聚合物层、外聚合物层和复合壳体中的每一个由形成重叠的螺旋模式的单组连续缠绕纤维形成。对于某些压力容器，尤其是细长的
可适形压力容器，通过以重叠的螺旋模式缠绕单组连续缠绕纤维来形成多个层中的每一层不如围绕内衬编织多个纤维束合意。由于对于某些可适形压力容器纤维的编织能够适应内衬的各种直径和锥形区段，因此围绕内衬编织多个纤维优于以重叠的螺旋模式缠绕纤维，如美国公开文本2016/363265中所公开的。
[0008]此外，第一种已知的方法要求，内复合结构与内衬的外表面直接接触。特别是如果内衬包括波纹状的柔性连接器部分，将内复合结构施加成与内衬直接接触会沿着内衬外表面捕获气泡。对于某些压力容器，并且特别是对于具有波纹状的连接器部分的细长的可适形压力容器，由于树脂可能部分地且不均匀地填充柔性连接器部分的波纹空间，将内复合结构直接布置在压力容器内衬上是不太期望的。因此，对于细长的可适形压力容器，期望一种管理渗透气体的可替换方法，该方法不要求包括多孔层、内聚合物层、外聚合物层和复合壳体，其中多孔层、内聚合物层、外聚合物层和复合壳体中的每一个由以重叠的螺旋模式单组连续缠绕纤维形成。此外，期望一种管理渗透气体的可替换方法，其不要求将内复合结构直接施加到聚合物内衬上。
[0009]管理气体从压力容器渗透的第二种已知方法在美国专利10,415,753中公开，其中压力容器通常包括覆盖有气体通风层(即，“透气层”)的聚合物内衬和外复合壳体结构。压力容器包括构造为致使气体流入和流出内衬的杆。在压力容器的杆和外复合壳体之间形成气体排出端口，使得从内衬渗透到外层的气体通过气体排出端口排出到大气。气体排出端口由在杆的外径和外复合壳体中的开口的内径之间的间隙形成。
[0010]此外，第二种已知方法公开了，通过以第一卷绕密度将未浸渍树脂的纤维材料卷绕到内衬上而形成透气层。通过将浸渍有树脂的纤维材料以第二卷绕密度卷绕到透气层的外周上，来形成外复合壳体。第二种方法将卷绕密度定义为在卷绕目标区域中每单位表面积卷绕的纤维材料的卷绕数，并且要求第一卷绕密度低于第二卷绕密度。另外，第二种已知的方法要求透气层和外复合壳体都由单一类型的纤维材料形成。
[0011]然而，对于某些压力容器，特别是细长的可适形压力容器，由于对于某些可适形压力容器，编织的纤维束更容易与内衬的不同直径保持一致，期望围绕内衬编织多个纤维束而不是以螺旋模式围绕内衬卷绕纤维束。由于纤维不以螺旋模式围绕内衬卷绕，编织的纤维束本身不具有卷绕密度。就包括变化的外径的内衬而言，这进一步复杂化。对于围绕内衬编织的给定数量的纤维束，每单位内衬表面积的纤维密度取决于在每一个束中的纤维数量、在编织图案中的束数量和内衬的外径。因此，对于具体数量的纤维束，随着内衬外径的增加，每单位表面积的纤维密度将减小。
[0012]而且，如第二种已知方法所要求的，在透气层和外复合壳体中使用相同的纤维材料对于某些压力容器来说比使用不同的纤维材料以用于透气层和外复合结构中的每一个是不太期望的。一些类型的纤维，例如碳纤维，通常用作外复合壳体的一部分。其它类型的纤维可以具有比碳纤维更低的成本和/或更低的重量。此外，对于某些应用，基于纤维性质、纤维外径、纤维的透气性、编织纤维层的孔隙率和/或期望的性能性质，期望可选地选择与外复合壳体不同的纤维材料用于透气层。
[0013]因此，期望提供一种通过改进透气层的孔隙率，使得其高于螺旋地缠绕与用于外复合壳体的纤维相同的纤维的干纤维层的孔隙率，来管理气体从IV类细长的可适形压力容器渗透的方法。此外，期望提供一种管理气体渗透的方法，用于具有由较小外径区段间隔开
的较大外径区段的可适形压力容器。还期望在制造过程期间防止液态树脂侵入到透气层中。最后，期望并入可透气且不可渗透液体的透气层。

技术实现思路

[0014]提供了一种IV类可适形压力容器，其包括内聚合物内衬、布置在内衬上的透气层、以及布置在透气层上的外复合壳体结构。透气层是可透气的、不可渗透液体的，并且为由透气层收集的透过内衬壁的气体提供流动通路。外复合壳体由一层或更多层的第一纤维类型的纤维和树脂形成。从内衬的内部空间渗透的气体由透气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种压力容器，用于容纳压力下的液体和/或气体，所述压力容器包括：聚合物内衬，其包括由细长的圆柱形壁限定的中空本体，所述圆柱形壁具有在所述内衬的第一终端和第二终端之间延伸的外表面；透气层，其围绕所述圆柱形壁的所述外表面并且在所述内衬的所述第一终端和所述第二终端之间延伸，所述透气层是可透气的并且是不可渗透液体的，所述透气层为由所述透气层收集的透过所述圆柱形壁的气体提供流动通路；以及外复合壳体，其包括树脂和第一纤维类型的纤维，所述外复合壳体围绕所述透气层的外周，并且在所述内衬的所述第一终端和所述第二终端之间延伸；其中由所述透气层收集的透过所述圆柱形壁的所述气体导向在所述压力容器上的预定的出口位置。2.根据权利要求1所述的压力容器，其中：所述第一纤维类型包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、硼纤维、聚芳酰胺纤维、高密度聚乙烯纤维(HDPE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、ZylonTM聚(对亚苯基
‑
2，6
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苯并二唑纤维(PBO)、聚芳酰胺纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)、尼龙纤维(PA)、聚酯纤维(PL)、聚丙烯纤维(PP)和/或聚乙烯纤维(PE)中的一种或多种；所述聚合物内衬包括尼龙(PA)、乙烯
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醋酸乙烯酯(EVA)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯乙烯醇(EYOH)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)和/或聚氯乙烯(PVC)中的一种或多种；以及所述树脂包括环氧树脂、热塑性树脂、乙烯基酯树脂、聚酯树脂和/或氨基甲酸乙酯中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的压力容器，其中：所述透气层包括线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚硅氧烷、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙、合成橡胶、硅酮、三元乙丙橡胶(EPDM)、聚乙烯(DPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、丁腈橡胶(腈类)、和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的压力容器，其中所述透气层是胶带、膜、片材、缠绕物和/或模制橡胶中的一种或多种。5.根据权利要求2所述的压力容器，其中：所述透气层包括第二纤维类型的一层或更多层堆叠的编织纤维层；所述第二纤维类型包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、硼纤维、聚芳酰胺纤维、高密度聚乙烯纤维(HDPE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、Zylon
TM
聚(对亚苯基
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2，6
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苯并二唑纤维(PBO)、聚芳酰胺纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)、尼龙纤维(PA)、聚酯纤维(PL)、聚丙烯纤维(PP)和/或聚乙烯纤维(PE)中的一种或多种；以及所述第二纤维类型与所述第一纤维类型在材料组成和/或纤维外径中的一个或更多个方面不同。6.根据权利要求5所述的压力容器，其中所述第二纤维类型的所述纤维的外径比所述第一纤维类型的所述纤维的外径更大。7.根据权利要求4所述的压力容器，其中：
所述透气层包括围绕所述圆柱形壁的所述外周缠绕的玻璃纤维编织织物和/或玻璃纤维非编织织物中的一个或更多个。8.根据权利要求2所述的压力容器，其中：所述压力容器包括至少一个非结构金属膜层，所述至少一个非结构金属膜层围绕所述圆柱形壁的所述外周并且沿着所述圆柱形壁的至少一部分纵向延伸；所述至少一个非结构金属膜层与所述圆柱形壁、所述透气层和/或所述外复合壳体中的一个或更多个直接接触；以及所述至少一个非结构金属膜层包括金属化膜和/或金属箔中的一个或更多个。9.根据权利要求2所述的压力容器，其中：所述外复合壳体包括延伸穿过所述外复合壳体的至少一个通气孔；以及所述至少一个通气孔将所述透气层流体地连接到外部大气，使得渗透到所述透气层中的气体通过所述透气层流入所述至少一个通气孔中，流过所述至少一个通气孔，并且分散到所述外部大气中。10.根据权利要求2所述的压力容器，其中：所述内衬包括在所述内衬的所述第一终端附近的入口开口；所述压力容器包括杆和套环；所述杆具有圆柱形凸台，所述圆柱形凸台在纵向方向上延伸并且构造为插入到所述内衬的所述入口开口中，所述杆包括安装脊部，所述安装脊部从所述圆柱形凸台突出并且围绕所述杆的外周周向地延伸；所述杆插入所述内衬的所述入口开口中，使得所述内衬的所述入口开口周向地围绕与所述安装脊部相邻的所述圆柱形凸台；以及所述套环将所述安装脊部固定地联接到所述外复合壳体。11.根据权利要求10所述的压力容器，其中：所述安装脊部包括在所述杆与所述内衬组装时朝向所述内衬定向的内衬安装表面和远离所述内衬定向的相对的安装表面；所述安装脊部包括在所述内衬安装表面和所述相对的安装表面之间延伸的通气槽；以及所述通气槽将所述透气层流体地联接到外部大气，使得渗透到所述透气层中的气体通过所述透气层流入所述通气槽中，流过所述通气槽，并且分散到所述外部大气中。12.根据权利要求11所述的压力容器，其中：将所述套环压接到所述杆的所述安装脊部而形成穿过所述通气槽的轴向孔；以及流过所述通气槽的所述气体流过所述轴向孔。13.根据权利要求10所述的压力容器，其中：至少一个通气孔延伸穿过所述套环和所述外复合壳体；以及所述至少一个通气孔将所述透气层流体地连接到外部大气，使得渗透到所述透气...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森，
申请(专利权)人：莱纳玛公司，
类型：发明
国别省市：