本发明尤其涉及压缩气体的海上气体运输。由于现有海上气体运 输系统的复杂性，因而随之就会产生昂贵的成本，这就使得许多项目 很不经济。因此，目前正需要限定如下的压缩气体所用的储存系统， 它能够容装大量的压缩气体，能够简化复杂歧管和阀系统，并且还能 够降低建造成本。这种特定系统意欲全部实现以上三点。本文所述的 这种结构为对1998年11月24日发布的美国专利US patent 5,839,383 中所公开的结构的改进方案。

在所公开的许多容器结构设计方案中，多个盘管环形成多个层， 包括至少一个第一层和一个第二层。管在各层之间形成接头。在一个 实施例中，第一层中的盘管的盘旋方式不同于第二层中的盘管。在另 一个实施例中，至少有一层中的盘管形成有具有不同曲率半径的部 段。在另一个实施例中，至少有一层中的盘管形成有形成嵌套的完全 圆的部段。在另一个实施例中，至少有一层中的盘管形成有具有不同 曲率中心的部段。在另一个实施例中，连接管在非相邻层之间形成接 头。在另一个实施例中，管提供有由环绕着各管层的不同流体的混合 物形成的支承基质。在另一个实施例中，支承基质包括一种比重大于 1的流体。在另一个实施例中，支承基质由与管相适合的塑料材料构 成。在另一个实施例中，管形成锥体形。在另一个实施例中，管为碳 纤维管。这些特征的各种可行组合可以形成不同的实施例。
在本发明的另一个方面中，提供了一种容器结构，它包括一根形 成于至少一个第一层和一个位于第一层之上的第二层中的连续盘管， 除了第一过渡区之外，第二层中的盘管直接安放于第一层中的盘管之 上并且优选地与其对齐，在第一过渡区中，第一层中的盘管升高以形 成第二层的一部分及第一层中的交叉盘管。
在本发明的另外一个方面中，提供了一种形成容器结构的方法， 包括在至少一个第一层和一个位于第一层之上的第二层中形成一根连 续盘管，除了第一过渡区之外，第二层中的盘管直接安放于第一层中 的盘管之上并且与其对齐，在第一过渡区中，第一层中的盘管升高以 形成第二层的一部分及第一层中的交叉盘管。
在本发明的另外一个方面中，提供了一种容器结构，它包括一根 形成于由交替的恒定半径圆部段构成的单层中的连续恒定直径盘管， 其中每个圆部段覆盖360/n度，每个随后的圆部段的半径比前一个圆 部段的半径大1/n管直径，其中n大于1。
本发明的容器结构尤其适用作气体储存系统，尤其适用于大量压 缩气体在轮船上(在其货舱内，在二级容器内)或者在简易驳船上(在 其甲板上方或者下方，在二级容器内)的运输。盘管优选地由各个主 要呈圆形曲线的长部段的小直径钢管形成。管口径通常小于8英寸， 它可以在简单的圆形容器中按特定方式盘旋。
在一个实施例中，容器的直径约为50英尺而高度约为10英尺。 大约10英里或者更长的管可以在这种容器内盘旋并叠放。盘旋为连 续方式并且从盘管的始端到末端没有阀或者中断。
在本发明的一个方面中，可以看到管从底层的内部开始盘旋。它 按照恒定曲率恒定半径的部段，优选半圆部段，而向外螺旋，这些部 段分别将其曲率及其曲率中心突然改变其总曲率和半径的很小百分 比。通过这种方法，对弯曲辊的编程和质量控制就可以比较长期地保 持恒定性和简便性。当管到达容器的外侧时，容器的几何形状就会迫 使它向上爬到第二层然后开始一圈向内螺旋。在两个半圆弧之后，管 按照过渡曲线前行大约12管的距离，该过渡曲线使其跨过直接位于 其下方的两根管。这段距离比较短因此在交叉点处的垂直叠放应力减 至最小。通过在下方的两根管的过渡以及随后其中一根管向外旋回， 这样在第一及随后的奇数层的上方，就得到一根管的净向内螺旋增 益。这样，奇数层就向外螺旋，而偶数层就向内螺旋。当在偶数层中 管到达圆形容器的内侧时，它就升高至上方的奇数层并且其投影平面 几何形状与第一层的几何形状相同。这样，奇数层就完全由半圆组成， 而偶数层则由带有很短过渡区的半圆组成。
本发明包括由分层式盘管所产生的容器结构，除了过渡区之外这 些盘管直接安放于彼此上方，以及将管盘旋以得到这种结构的方法。
本发明的气体储存系统具有许多优点，其中一些已在由发明人中 的两个较早提交的专利(美国专利United States patent no.5,839,383 和5,803,005)中指出。第一，管口径很小而发生故障的严重性大大降 低。可能发生故障的可能性也得以降低。第二，生产长直管以及恒定 曲率的管的技术众所周知并且成本不高。第三，这种系统可以利用内 部清管器进行连续不断地检查。第四，大约97％的盘旋长度上没有复 杂的弯曲特征。第五，盘旋状布局和垂直叠放方案将重力应力和轮船 运动应力减小至管能力的很小部分，即使叠放约20至30层高。所有 这些特征都使得成本大大降低。
在观察附图和阅读详细描述时，可以清楚了解本发明的其它特征 和优点。

现在将参照附图对本发明的优选实施例进行描述，但只是对本发 明进行示例说明而非对本发明的范围进行限制，图中同样的数字表示 同样的元件，其中：
图1示出了一个管层的平面图；
图1A示出了沿图1的1A-1A线的剖面图；
图1B为图1的详图；
图2为图1的外侧过渡部分的放大平面图；
图3为图1的内侧过渡部分的放大平面图；
图4A、4B、4C、4D、4E、4F和4G为标记于图2和3上的一组 部段的剖面图；
图5为用来准确限定图1B的几何形状、线和坐标的计算机程序 的复制；更具体而言，为用来限定过渡曲线的数学简化机理；
图5A和5B示出了连续变化曲率的右旋和左旋螺旋；
图6A和6B示出了各个管部段，其中曲率半径按一定增量增加的 各个部段形成多圆形螺旋；
图7A示出了带有步进式圆形螺旋的管；
图7B示出了位于一个两中心向外多圆形螺旋上的一个双向内步 长；
图7C示出了位于一个两中心向外多圆形螺旋上每圈有两个单向 内步长的管；
图8a示出了形成为一种四中心正方形螺旋的管的一层；
图8B示出了形成为一种两中心正方形螺旋的管的一层；
图8C示出了形成为一种四中心正方形螺旋的管的一层；
图9A示出了两个螺旋的直接叠放；
图9B示出了两个圆形螺旋的叠放，其中一个螺旋相对于另一个 旋转了180度；
图9C示出了两个相同的螺旋，其中一个螺旋额外长出了半圈， 从而使得二者的末端都位于盘旋的同一侧以便于连接，并且示出了连 接相邻层的管接头；
图9D示出了绕着螺旋平面中的轴线翻转过的一个第二螺旋；
图9E示出了跟在图7A之后的一个纯圆形螺旋；
图10A示出了一个矩形管层，其中管接头介于内螺旋之间；
图10B示出了一个矩形管层的平面图，其中两个矩形螺旋在转过 180度之后叠放；
图11A示出了一个连接相邻层的S形弯头部分；
图11B示出了一个位于叠层的外侧的介于相邻层之间的S形弯头 部分；
图12示出了一叠如图9B和9C和10A和1B中所示的螺旋对可 以连接起来以形成一根管；
图12A示出了一种锥体形管结构，其中后一层的宽度比前一层减 小；以及
图13为甲烷的T-P曲线图。

请看图，现在对优先实施例进行描述，其中贯穿各个不同的图中， 对应的同样零件利用相同的数字来指示。还应当理解，用来制造管及 其接头的材料在所提出的工作温度下应当为展性而不能为脆性。管及 其接头可以利用通常为X70的标准钢来制作。词“包括”为包括在内 的意思，而并不排除存在其它特征。不定冠词“a”并不排除多于一 个元件存在。盘管的半径一般指绕圈的半径。当提到管的横截面直径 时，则指的是管的直径。应当理解，一根连续盘管应当由焊接在一起 从而保持连续的多根管制成。
图1-4示出了包括本发明的某些方面的一个特定实施例。图1 和1B详细示出了基本为圆形的连续长度小口径管的底下两层的部分 的平面图。其它管层接着安放于这些底层上并且它们的平面投影线如 果该层为奇数层，落在第一层上，如实线所示，或者如果该层为偶数 层，则落在虚线过渡线和实线上。除了将要描述的过渡区之外，后一 层的盘管直接安放于前一层的盘管上并与其对齐。因此在后面的层中 的管之间就存在一个线性接触带，在该线性接触带上管的重量按照优 化方式分布。
第一层10由内半径Rmin12的小口径管开始并画了一半圆。然后 曲率中心突然移动半个管径并且半径也增大半个管径。这就使得管的 内侧与管螺旋10的始端的外侧准确相切，如16处所示。这样，利用 两个特定的半圆，每转过360度，管的路径就外移一个管直径。这就 将传送指定弯曲曲率的弯曲辊的输入的复杂性降低至两个常数。底层 按照这种方式向外进行，不断增加半个圆。当管到达容器18的外侧 时，管就被迫升高并直接到达层一20的外侧之上，然后它作为层二 继续环绕前行直到它到达过渡区22的始端为止。然后，沿着如图2、 3和5中所画轮廓的由指定的数学公式所确定的路径，它按照水平相 切的方式离开正位于其下方的管并且紧靠位于下方的管的上方相切地 升入，但是向内移两个管直径。
示为A、B、C的这种过渡在一段大约12管直径的距离上完成并 且在点B处受到交叉点支承。
这样短的过渡长度意味着只有3％的盘旋部段上具有连续变化的 曲率。箭头26示出了如何通过向内移动两个管直径然后向外移回一 个管直径，而使得偶数层具有一个净向内的螺旋过渡的方式，即使偶 数层在94％的时间内都直接安放于一个向外螺旋上并与之对齐。以下 为与图1相关的一些汇总：
●奇数层向外螺旋而偶数层向内螺旋。
●奇数层没有过渡区。
●偶数层具有一个长度约为12管直径的过渡区。
●大约97％的盘旋使用纯圆形曲率。
●过渡区之外大约占总盘旋的94％，在过渡区之外，每层中的所 有的管都直接安放于彼此之上，(大约40层或者更多)。
●在遍及整个盘旋系统中，不论过渡区内外，曲率半径都大于大 约11个管直径。这也适用于层从一个转换到另一层的地方。 因此，最大弯曲应变不会超过某个大约为5％的规定极限。
●在下面一层升高至上面一层处，不论内外侧，也都使用过渡方 程式(图5中)。然而，在垂直平面内，它与由一条切线连起 来的两个短反向圆弧组合使用，以便容纳升高及侧向平移。
●在外侧，升高的层从奇数层向偶数层升高，而在内侧，升高的 层从偶数层向奇数层升高。
●在奇数层中，每180度，曲率半径突然改变半个管直径大小。 此外，曲率中心改变同样的大小，从而使得在经过360度之后 总径向平移量为一个管直径。
通过在最下层中插入过渡区，可以互换对偶数层和奇数层的参考 关系，但这会带来些微不利影响，因为最底层就会在最低的交叉点上 受到比它们处于第二层中时更大的应力。
图2为过渡区域的外侧部分的放大图。基础过渡综合方程式28 已给出并且求解机理30示于图5中。在图2中还示出了简单函数32， 它描绘了组成97％盘旋几何的纯半圆。图中还示出了位置横截面A、 B、C，随后在图4中可以看到它们的轨迹以便完成三维图象。图2还 示出了容器的外壁18及其伴随的过渡特性。
图3为过渡区域的内侧部分的放大图。图中还示出了剖面位置D、 E、F、G并且随后在图4中继续示出。综合过渡函数28与图2完全 相同，然而常数的具体值的数值大小并不相同。这种数值差异产生的 过渡曲线并不具有反向曲率，如同外侧过渡曲线的情况一样。
图4A-4G示出了位于盘旋容器的内侧和外侧的底部4或5层。 例如，管号6的轨迹示出了前三个图中所示的路径A、B、C和D、E、 F、G。剖面A、B、C中的管号4的轨迹示出了第一层如何改变成第 二层的方式。在这里可以看到在外侧只有奇数层升高的原因。同样， 可以观察到在内侧只有偶数层升高。
以下为对图4A-4G的更详细描述。可以看到管盘旋的始端位于 剖面F中的数字1处于其中心的管处。紧靠上方的剖面G示出了管号 1并且管的这部分的安放位置在剖面F中的部分的稍后处。管的下一 部分的安放位置可以在剖面D中看到并且在其中心标有数字2。在其 后的下一部分在剖面图E中并且在其中心标有数字2。因此管在底层 或第一层的始端处的安放位置顺序可以描述为F1(意思是说剖面F， 管号1)、G1、D2、E2、F2、G2、D3、E3、F3、G3、D4、E4、F4、 G4。这个程序每次向外一个管直径继续进行直到到达剖面A中的位 置A1为止。第一层的最后安放位置顺序可以描述为A1、B1、C1、A2、 B2、C2、A3、B3、C3和A4。这样，这就描述了向外盘绕的第一层 的安放位置。然后管升高并开始在第二层中向内移动。顺序由B4、C4、 A5、B5、C5、A6、B6、C6、A7、B7、C7、A8、B8和C8给定。这 个程序每次向内一个管直径继续进行直到到达剖面D中的位置D5为 止。第二层的最后安放位置顺序可以描述为D5、E5、F5、G5、D6、 E6、F6、G6。然后管在D7处升高并在E7处到达第三层，这时向外 移动的顺序变为F7、G7、D8、E8、F8、G8、D9、E9、F9、G9。盘 旋的剩余部分按照以下顺序向内向外以同样的方式继续进行：A9、B9、 C9、A10、B10、C10、A11、B11、C11、A12、B12、C12、A13、B13、 C13、A14、B14、C14、A15、B15、C15、A16、B16、C16、.........D10、 E10、F10、G10、D11、E11、F11、G11、D12、E12、F12和G12。 在图4A-4G中只示出了前五层。这种模式可以自己重复进行所需要 的许多层，通常为20或30层。
图5示出了一个简短的程序，用basic语言编写，它描述了前三 个图中所示的几何形状。打印函数为图形，但是输出可以易于在数值 坐标系统中表达。在190行和400行之间的程序30的主要特征为对 过渡方程式所用的常数求解方法的数学描述。这种求解方法基本上为 对标准高斯化简方法的一种变化。实际的一般方程式28为这种盘旋 方法所独有。本方程式中所用的指数(D，在240行)也为独有，因 为它可用作调节参数以在过渡区中提供管的几乎完全的嵌套。
因此应当理解，本发明的这个实施例提供：一种盘旋小直径管的 特定方法和系统，其中小直径管具有大约为10英里的较长连续长度 (直径大约为5至8英寸)。97％左右的管在跨过大约180度的弧的 间隔范围内弯曲成恒定曲率(这种恒定曲率的简便性大大降低了制造 成本)。一种独有的过渡方法(用于大约3％的盘旋长度)使得大约94 ％的管直接位于另一管的下方或者上方。这种叠放模式大大降低了局 部弯曲应力和交叉应力，因而降低了管的总壁厚并且提高了每个容器 中的容许叠放高度。一种盘旋管的方法，管的总长度的约97％按照步 进式恒定曲率来连续地向外和向内盘旋。一种用于描述特定盘旋几何 的数学方法。
尽管所示的盘旋按照恒定半径的半圆来进行，但是也可为360/n 度的弓形部段，每部段的直径增大1/n管直径，其中n大于1，但是 n次与2次相比，每次增大就增加了管弯曲设置的数目，因而并不优 选。在通过这种方法所产生的容器结构中，对于任一第k部段而言， 除了形成容器结构的外边界的那些部段之外，每个第k部段中的盘管 贴靠着第k+n部段中的盘管，因而形成一种无隙结构。尽管在所示的 一个实施例中，过渡区占12个管直径，仍然认为当过渡区占的长度 小于50个管直径时，就可以获益。
盘管形成了一种容器结构，它通常将在管的任一端带有阀37。盘 管适用于气体的容器。盘管优选地封闭于容器18中，该容器18优选 地进行密封以便提供一种二级容器结构，并且装有检漏设备。
现在对本发明的更多实施例进行描述，从由多个平螺旋组成的各 种不同盘旋叠层开始。
图5A和5B示出了带有连续变化曲率的螺旋。因术语起见，图5A 示出了一种左旋螺旋而图5B示出了一种右旋螺旋。左旋或右旋通过 保持拇指朝上并观察哪个手的手指遵循管的前行方向来确定。图5B 通过将图5A翻转而得到，也就是说，绕着盘旋平面的轴线转动180 度。
图6A和6B示出了多圆形螺旋。图6A示出了一个通过相隔D/2 的距离的位于垂直轴线上的两个中心C1和C2所产生的2中心多圆 形螺旋，其中D为管的直径。弧A1.1以中心C1半径R画过180度 绘出，弧A2.1以中心C2半径R+D/2画过180度绘出，弧A1.2以中 心C1半径R+D画过180度绘出，等等。图6B示出了通过相距D/4 的四个中心所产生的4中心螺旋，其中恒定半径的弧长90度而相邻 弧之间的半径增大D/4。也可以使用许多其它多圆形螺旋。对这种变 型的兴趣在于连续变化的曲率对于卷绕机来说难以准确产生。
图7A示出了一种步进式圆形螺旋。在这种螺旋中，除了包括由 半径为最小弯曲半径的正、负弧组成的S形弯头的小过渡区之外，管 为嵌套的完全圆，半径按步长D增大。这些弧的位置使得在各弧之间 或者弧与圆之间转换的位置处不存在曲率变化。过渡区将这组圆变成 向外的螺旋(沿顺时针方向)。除了向外步进之外，过渡区可为向内 步进，如图7B所示。在这里，基础螺旋为2中心向外多圆形螺旋。 过渡区形成了一个双向内步长，从而形成有效的向内螺旋。图7C采 用同样的2中心向外多圆形螺旋并且通过每次旋转采用两个单向内步 长也将向外螺旋转变成向内螺旋。尽管现在有两个过渡区，但是优点 在于它们比各自的双过渡区短。
图8A示出了矩形盘旋的一个实例，在本例中为正方形盘旋。各 个角全部为管的90度部段，其中曲率半径非常小，例如为最小弯曲 半径。这些角由长度逐渐增大的直管部段连接起来，以便使得管的外 环紧绕着内环螺旋。这种螺旋可以通过将直部段焊接于角上而构造。 在这种情况下，角应当为足够短的管件从而使得它们能够使用一根心 轴在旋转模具折弯机上进行弯曲，这将能够产生非常紧固的弯曲而不 会使管扁化。没有两个管部段长度相同，它们比前一部段增大1/2的 管直径。本例为4中心正方形螺旋的一个实例，它也概略示于图8C 中。图8B示出了一种2中心正方形螺旋，它的优点包括半个直管部 段具有与前一部段相同的长度，从而具有可能带有制造优点的多个不 同管长。如果正方形的两个平行边中的所有管部段的长度按照固定增 量增大，则所产生的图形将是一个矩形螺旋。如果矩形的长边相当长， 则所焊接的角的数量相对于盘旋的总体积就会减小，因此提高了经济 性。同时，角的半径可以减至大约2D，这时盘旋内部的空间损失将 会降至最低。组合效果就是产生一种能够有效填充矩形空间的低成本 盘旋。
现在所述的是成对地叠放并连接前面部分中所述的水平螺旋。对 于实际应用，盘旋叠层将需要为许多层高，例如20层。然而，由于 一层只与其下方和上方的层交互作用，因而我们应将以下讨论限制于 两个相邻层以及可将它们连成一对的方法。
如图9A所示，一个第二相同螺旋直接安放于第一螺旋之上。结 果得到完全立方形堆积(cubic packing)，但是连接比较不便，因为 各个管端相邻并且指向同一方向。连接装置为简单的环。我们不相信 这种构型能够证明是值得考虑的。
图9B示出的一个实施例中，一个第二相同螺旋在叠放之前在其 自身的平面内旋转了180°。两层以完全六方形堆积(hexagonal packing)的方式接合在一起。内端可以通过焊接一个S形弯头装置 而连接在一起，该S形装置由于很短，因而如果需要可以利用心轴进 行紧固地弯曲。不论是对于圆形螺旋还是矩形螺旋，这种构型像是值 得考虑，其中平螺旋形的螺旋的卷绕的效果并不比利用连续管的沿一 个方向的盘旋叠层的连续式卷绕差多少。
除了第二层长半圈以便两个外侧端在盘旋的同一侧结束之外，图 9C示出的设计方案与图9B类似。如果象例如矩形盘旋那样，使得所 有的内层连接装置(“耳部”)位于盘旋叠层的同一侧能够得益，则这 种方式可能比较有用。
在图9D中，第二相同螺旋被翻转过来，就是说在叠放之前绕着 其平面中的轴线旋转180度。现在我们就具有一种可以通过沿一个方 向连续地盘绕管而产生的“入/出”构型。在酌留出水平差异之后，使 得端部彼此相对并且可易于连接起来。连接可以通过S形弯头装置进 行，或者，在连续盘绕的情况下，通过将管沿垂直尺寸弯成S形弯头 构型而进行。然而，由于两层的叠放既非立方形也非六方形，因此就 存在严重的管支承问题。第二层上的管只在相隔180度的位置处与第 一层中的管相交，并且在其间基本上并未得到支承。这种情况是不能 接受的，它可以通过利用下文中所讨论的步进式螺旋而得以解决。
在图9E中，两个相同的圆形步进式螺旋，第二螺旋经过翻转。 它们为图7A的螺旋。由于这些螺旋的绝大多数绕圈都是完全的圆， 因此当第二螺旋翻转过来之后，其管将直接安放于第一螺旋的管之 上，从而形成立方形堆积。只有过渡区不会呈现立方形堆积，但是它 们很短因而不存在管未受支承的严重问题。由于第二螺旋已经过翻 转，现在我们就具有入/出构型，并且这些对可以利用连续式管通过机 器沿一个方向盘绕而产生，只要它能够利用处于最外侧和最内侧的第 三维中的S形弯头而实现从一个螺旋向相邻螺旋的水平变化。
在图9F中，第一螺旋为图5A、6A或6B的螺旋中的一种，而所 叠放的螺旋为图7B中所示的这种类型的双向内步进式螺旋，条件是 后者的基础螺旋与第一螺旋相同。请看图9F。除了第二螺旋未经翻转 之外，这种情形与以上的图9E非常相似。由于它为与下方的螺旋相 同的螺旋，因此除了过渡区域之外，就形成立方形堆积。双交叉将向 外螺旋转变成向内螺旋从而使得，象在图9E中那样，端部易于利用 第三维中的小S形弯头而连接到两个相邻螺旋。这样，利用适当的机 器，就能够由连续式管而盘绕成这种层组。
在图10a中，第一螺旋为带有两个或者四个中心的矩形，而所叠 放的螺旋为同样的螺旋但是在其自身的平面内转过180度。除了圆形 螺旋由矩形螺旋代替以便重新具有六方形堆积之外，这种情形直接类 似于图9B。由于两个螺旋都是向外，因此它们必须利用大S形弯头 装置在内部连接起来，该大S形弯头装置也在第三维中升高一个管直 径。双层的外侧端出现于相对的两侧。
在图10B中，除了其中一层再加长了两部段，180°，以便使得 两个外侧端出现于矩形的同一侧之外，所示的情形与图10A相同。这 可用于改进相邻矩形或正方形之间的堆积，或者使得所有的外部管连 接都出现于矩形的一端上，而这可能适用于例如驳船的情况。
现在对螺旋对及其连接的叠放进行描述。前一部分所考虑的是在 图5A、5B、6A、6B、7A、7B、7C、8A、8B和8C中所标出的螺旋 如何可以组成对以便满足一定叠放准则的方法，例如，该叠放准则是 所产生的对应当主要具有立方形堆积或六方形堆积。由于平螺旋从其 一侧相对于另一侧对称，因此如果利用六方形堆积时螺旋B适合安放 于螺旋A之上，则利用六方形堆积时螺旋A也适合安放于螺旋B之 上。继续按照这种方式进行，利用六方形堆积将许多相同的对叠放起 来就会全部具有六方形堆积。
叠放相同的对当然将会产生一个沿垂直方向的柱形阵列。然而上 部的层不需要具有与下部的层一样多的圈数。如果每层具有的圈数比 其下方的层少一圈，则对于六边形叠层而言，叠层将会与垂直方向向 内偏离成30度角，而对于立方形叠层而言，则与垂直方向偏离成45 度角。这就形成了一个锥形叠层。锥形叠层对其容器结构的要求显然 比柱形叠层要少，而这在某些情况下可能很有利。
在前一部分所讨论的螺旋对中，图9E和9F(步进式圆形)的设 计方案具有立方形堆积的属性(过渡区除外)。它们还具有相邻层为 左旋右旋方向相反的螺旋这种属性。而这又意味着一个螺旋的末端处 的管朝向与下一个螺旋的始端处的管相反的方向，这就意味着它们能 够易于通过从一层升高至另一层的S形弯头来进行连接。这还意味着 如果一种连续盘绕过程具有制造沿第三维的S形弯头的能力，则它们 可以在一次这种连续盘绕过程中产生。如果不具有这种能力，则S形 弯头必须为一种焊接于其中的装置。这些S形弯头在螺旋的内侧和外 侧都需要。这种情形示于图11A和11B中。
在前一部分所讨论的螺旋对中，图9B和9C(圆形)及图10a和 10B(矩形)具有六方形堆积的属性。它们具有这种属性的原因在于 两个螺旋都具有相同的左旋右旋方向，这意味着一个螺旋的末端处的 管与相邻螺旋的末端处的管朝向相同的方向。要将彼此连接起来，就 需要一种转过180度的管环。可以使用一种简单的环来连接相邻的管。 如果遵守最小弯曲半径的准则，则这些环可能比较难用并且可能会不 能良好地靠在叠层的垂直侧面上封装。然而，如果存在远离叠层的空 间，这可能正好符合按照立方形方式堆积的圆形叠层的情况，则这些 180度的环可能基本上与这些螺旋共面并且向侧面伸出。这种情形示 于图9B和图9C中，其中在图9B中，环在叠层的一侧连接着每个第 二层而类似的环位于叠层的另一侧(图中未示出)，而在图9C中，环 连接着相邻的层。相邻或下一个相邻层的这些水平连接环可能适合管 中存在液相并且需要考虑液体的蓄存处理这种情形的需要，其中在结 构中存在凹处，因为这种类型的环不提供蓄存位置。
在许多其它情形中，特别是对于矩形螺旋的情况，叠层要紧密堆 积这一点非常重要，而不希望环伸出叠层之外。邻接的层的环可以扭 成垂直状并压在叠层上以便改进堆积情况，但是通过放弃连接相邻的 层就可以得到一种更好的解决方案。这种情形在图12A中概略示出， 其中利用最小弯曲半径的环来连接离开垂直方向至少六个管直径的管 端，在本例中最小弯曲半径被假定为3D。这些环(“耳部”)位于与 叠层的垂直壁平行的垂直平面中，其中垂直平面位于叠层外一个管直 径的距离处以便使得所有的环必须从位于将其向外移动一个管直径的 螺旋的平面中的S形弯头开始。在本实例中，采用图9B和10A的设 计型式的12对螺旋叠放在一起，而12根管末端位于每一侧。示意图 示出了它们如何可以由位于两侧的耳部连接起来从而提供一条通过所 有24个螺旋的连续式管路径的方式。在这里，在每一侧损失的体积 仅为一个管直径的厚乘10个管直径的宽。如果这些对采用图9C和10B 的型式，则并不是半个耳部出现于叠层的另一侧，而是两组耳部可以 彼此相邻地出现于叠层的同一侧。这点在紧密堆积很重要时非常有吸 引力。例如，如果两组耳部出现于矩形叠层的一侧上，则为了提供这 些连接，只需要对叠层的长度上另外增加一个管直径即可。
假定所要填充的空间为矩形的话，则上述带有图10B型式的对的 矩形叠层、六方形堆积以及紧密配合耳部组合起来为本文所述的任何 一种设计方案都能提供最高的管密度。
上文所引用的美国专利US patent No.5,839,383详细描述了设计 用来支承图11A和11B的叠层的钢结构。通过适当的改型，类似的钢 结构可以用于支承本文中所述的其它型式的叠层。
该专利还提出利用基质填充各管之间的空间作为一种方法来为管 提供支承从而减小扁化的趋势，而这种趋势将会促使疲劳产生。所提 出的基质的一种形式为水，其比重利用其它添加剂而进行调整以便使 其接近管的比重。未提及的想法是基质应当具有高热容以便降低加载 和卸载期间管壁中的温度摆动并且另外还增大容器整体的热质量。热 性能的显著提高可以通过使用水与普通乙二醇的混合物以获得较高密 度(比重1.1)和较高温度(凝固点为-40华氏度左右)而实现，或者 使用水和甲醇的混合物以获得较低密度(.9)和较低温度(-40--80 华氏度)而实现。水非常有吸引力，因为它既具有高比热又具有高熔 化热。
对于基本为固态的基质，理想的性能是低成本低密度和紧密适合 管的能力以便提供最大支承。这就建议使用低成本的塑料例如聚乙烯 或者混合的塑料碎片，其中在各层之间利用适当数量的塑料完成盘旋 叠层之后，可以利用例如将蒸汽通过管中而升高温度，从而使得塑料 基质得以软化并与管相适合。还可以考虑的一种具有类似性能的产品 为由煤或石油得到的沥青，其可以或者可以不经过氧化。任何一种这 些基质在环境温度下的有效粘度都应当非常非常高，并且根据所有的 实用目的考虑应当为固体。如果需要，通过增加纤维材料可以增大粘 度。尽管利用这些产品来支承钢管可能看上去很奇怪，但是应当指出 它们在使用时完全处于压缩状态并且压力不是非常高，例如至多为10 至20psi。
随着转到更高强度的材料用来制造管时，对基质支承的需要变得 更加重要，下一部分中将对此进行描述，而这就促使转用更薄壁的管， 因为管对扁化的阻力随着壁厚的三次幂而变化。
处于压缩状态的天然气的运输的商业价值中的一个最重要因素为 其密度。有两种基本方法来提高气体的密度，即提高压力和降低温度。 在压缩天然气运输的情况中，压力容器系统的成本为首要问题。每吨 钢的更高成本阻碍着从低成本的传统管线转向低镍低温钢，例如申请 PCT/US98/12726中所述的。这也适用于复合管，特别是与管线管具 有相同压力等级的碳纤维复合连续管。根据经验，对于相同的压力等 级，碳纤维管的成本为普通钢管的1 1/2倍。低镍在这里指的是按重 量计算镍的含量约为1％至5％。
在环境温度例如30至50华氏度下，在低压例如1000至1500psi 和高压例如3000至4000psi之间，气体密度存在非常大的差异。但是 当温度接近气体临界点的20华氏度范围之内时，差异就显著降低。 因此，在环境温度下，在比如1000psi压力下与3000psi压力下相比， 可以得到相同甚至更高的气体密度。在这个压力范围内，碳纤维管每 英尺的成本约为普通管线的一半。利用只有一半成本的管，可以供给 使用两倍的管线因而可以运输两倍吨位的气体。在轮船成本和管线成 本大体相同而货物两倍的情况下，节省多于抵消冷藏所增加的成本， 这种成本由压缩方面降低的成本来抵消。
因此，令人惊奇的结果是通过转用更贵的容器材料，可以提高船 运的经济性。
当温度降低至临界点区域时，气体常常被称作“密相”气体。在 临界温度之下，它通常被称作液体，尽管并不存在其性能急剧改变的 点。在临界压力下的相包络中，在一定温度范围内，压缩气体伴有这 种液体。气体的这几种形式都可通过以上容器系统来处理，并且为了 本专利文件所用，我们将所有形式都称作“压缩流体”。
用来制造管的材料可为：
1.普通API管线钢。
2.淬火钢和回火钢。
3.镍含量低于百分之三的高强度低温钢，也可进行淬火和回火。
4.利用高抗拉加强纤维例如碳纤维或高抗拉钢丝基本上只沿环绕 方向盘绕的钢管。这是一种在成本和重量增加最小的情况下使 管的压力能力加倍的方法。
5.由高强度纤维的螺旋绕组构成的复合管，纤维绕着较低强度的 芯管嵌于一种基质中，理论上对甲烷具有很低的渗透性。
6.尽管以上材料最受注意，但是也可使用许多其它材料，例如挤 制铝材、挤制定向聚烯烃、陶瓷纤维加强金属、等等。 制造盘旋叠层的考虑因素包括：
1.易制造性和制造速度，例如连续盘绕、高效的测试。
2.易维修性：在叠放的情况下，这有利于水平平螺旋的盘旋容许 泄漏的平螺旋并联环绕。
3.检查能力：对于经受腐蚀的钢管，这意味着它必须可以通过一 种智能清管器贯穿整个盘旋进行检查，而这意味着内径基本恒 定并且清管器能够通过弯角，例如弯角的半径大于2D。
4.操作因素：在将会形成大量产生的液体的情况下，不应当存在 可能造成蓄存的低凹处，并且在将要利用流体推力的情况下， 管直径应当足够小以便使得流体的过载或者不满载情况减至最 小。
5.空间填充：通常，可用于填充的空间的考虑应当有利于管的最 大密度，这意味着矩形盘旋通常将会更为有利并且盘旋内部应 当避免出现凸缘。
6.安全性：疲劳裂化的防止就要求将管的扁化保持到最低水平， 而这又意味着由辊弯制的管必须为某个最小半径，并且为了将 可能由于任何原因引起的裂化的后果降至最低，管直径应当为 适度的尺寸以便使得通过较大裂缝的气体的流率由适度的管直 径实现自阻。
现在已经参照优选实施例对本发明进行了描述，并且本领域的普 通技术人员现在应当已经清楚零件的替换及其它改型。对示例说明的 内容进行的非本质变型都在本发明的范围之内。