CN101509553B

CN101509553B - 部件的密封组件

Info

Publication number: CN101509553B
Application number: CN2009100043769A
Authority: CN
Inventors: M·林纳
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: DE102009008051B4; US20090200757A1; CN101509553A; DE102009008051A1; US7857159B2

Abstract

本发明涉及一种部件的密封组件。具体地，提供了一种密封组件，包括支撑构件、第一密封部、与第一密封部间隔分开的第二密封部、和第三密封部，其中，当被密封部件的内部遇到低于预定温度和低于预定压力这两种情况中的至少一种情况时，第一密封部阻碍流体泄漏，而当被密封部件的内部遇到高于预定温度和高于预定压力这两种情况中的至少一种情况时，第二密封部和第三密封部阻碍流体泄漏。

Description

部件的密封组件

技术领域

本发明涉及一种用于存储流体的部件。更具体地，本发明是指适于与部件配合的密封组件，当部件内部遭受各种温度和压力时该密封组件阻碍流体泄漏。

背景技术

目前存在多种压力容器被开发用于各种应用，例如，被设计来容纳用于燃料电池中的气体。燃料电池作为一种清洁、高效、环保的能源已经被计划应用到电动车辆和其他各种应用。燃料电池的一个例子是质子交换膜(PEM)燃料电池。在PEM类型的燃料电池中，氢作为燃料被供给到燃料电池的阳极，而氧作为氧化剂被供给到燃料电池的阴极。氢是无色无味的，燃烧时不会产生可见火焰或辐射热，且很难贮藏。用于存储氢的常规技术是将其放入轻便、抗漏气的高压容器内。

这种容器通常分为四种类型。I型容器是金属容器。II型容器也是金属容器，这种容器具有设置在其圆柱段之上的外复合壳体。III型容器包括内衬和外复合壳体，该内衬由金属材料制成(例如，钢和铝)，外复合壳体包围内衬并防止对其的损害。IV型容器与III型容器基本上相同，其中内衬由塑料制成。此外，概念上的V型容器逐步发展起来，其中该容器由复合材料制成。每种类型的容器都包括设置在其上的至少一个突起部，以接收阀门。

通常，设置在突起部内的阀门包括具有外部槽的阀门壳体，该外部槽终止于环形凸缘处。该凸缘形成在临近槽的阀门壳体上以与容器的内衬邻接。具有内表面和外表面的O型环被装在阀门壳体的槽内，以阻碍流体来自容器的流体泄漏。O型环的内表面适于与槽邻接以在两者之间形成基本上封住流体的密封。外表面适于与内衬邻接以在两者之间形成基本上封住流体的密封。在工作期间，容器内部会遇到低于预定温度的温度，例如在放出燃料的期间。低于预定温度的温度会使O型环径向地朝着阀门壳体向内收缩。据此，通道形成在O型环的外表面和内衬之间，这促使了流体穿过其间而泄漏。

在WO2007079971中，公开了一种用于存储液体或气体介质的压力容器，在此以引用的方式将其全部内容并入本文。该压力容器包括具有至少一个颈部的塑料芯。该芯的颈部被设置在连接环和支撑凸缘之间。该连接环包括在其上形成的，以接收O型环的环形槽。O型环被适配成被密封地压紧到该芯的颈部，以响应容器内部压力上的变化。该压力容器的不足在于，在较低温度时O型环收缩会形成在其间的通道，从而允许介质从该通道泄漏。

需要制造一种密封组件，其能够在预定温度和预定压力以上及以下的各种温度和压力情况下阻碍流体泄漏，且其中使其效率和可靠性被最大化而其成本被最小化。

发明内容

依照并根据本发明，令人惊讶地发明了一种密封组件，其能够在预定温度和预定压力以上及以下的各种温度和压力情况下阻碍流体泄漏，且其中效能和可靠性被最大化而其成本被最小化

在一个实施例中，密封组件包括具有外表面的支撑构件；设置在支撑构件的外表面上的第一密封部，该第一密封部具有内密封表面和外密封表面；以及与第一密封部相间隔分离的第二密封部，且在两者之间形成间隙，该第二密封部具有内密封表面和外密封表面，该间隙适于在其中接收被密封部件。

在另一个实施例中，密封系统包括被密封部件，该部件具有内表面和外表面；以及适于与被密封部件相配合的密封组件，该密封组件进一步包括：包括第一部分和第二部分的支撑构件，该第二部分被设置在第一部分的外表面上；设置在支撑构件的第一部分的外表面上的第一密封部，该第一密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，内密封表面被适配成与支撑构件的第一部分的外表面相邻接，以便在两者之间形成基本封位流体的密封，以及响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，外密封表面被适配成与被密封部件的内表面相邻接，以便在两者之间形成基本封住流体的密封；与第一密封部间隔分开的第二密封部，且两者之间形成有间隙，第二密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，内密封表面被适配成与被密封部件的外表面相邻接，以便在两者之间形成基本封住流体的密封，该间隙适于在其中接收被密封部件。

在另一个实施例中，用于压力容器的密封系统包括：容器，该容器包括至少一个突出部，该突出部具有形成在其上的环形凹槽；阀门，该阀门具有形成在其上的环形凹槽，并且该阀门被设置在所述至少一个突出部之内；内衬，该内衬具有形成在其上的至少一个颈部，并且该内衬被设置在该容器内以用于贮存流体，该至少一个颈部具有内表面和外表面；和适于与内衬和阀门配合的密封组件，该密封组件进一步包括：支撑构件，其包括第一部分和第二部分，该第二部分被设置在第一部分的外表面上；设置在该支撑构件的第一部分的外表面上的第一密封部，该第一密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，内密封表面被适配成与支撑构件第一部分的外表面相邻接，以便在两者之间形成基本封住流体的密封，以及响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，外密封表面被适配成与该内衬的至少一个颈部的内表面相邻接，以便在两者之间形成基本封住流体的密封；设置在至少一个突出部的环形凹槽内的第二密封部，该第二密封部与第一密封部间隔分开以便在两者之间形成有间隙，第二密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，内密封表面被适配成与该内衬的外表面相邻接，以便在两者之间形成基本封住流体的密封，以及响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，外密封表面被适配成与该至少一个突出部的环形凹槽相邻接，以便在两者之间形成基本封住流体的密封；设置在阀门的环形凹槽内的第三密封部，该第三密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，内密封表面被适配成与阀门的环形凹槽相邻接，以在两者之间形成基本封住流体的密封，以及响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，外密封表面被适配成与该至少一个突出部相邻接，以在两者之间形成基本封住流体的密封。

附图说明

通过结合附图来阅读下述本发明的详细描述，本发明的上述特征对于本领域技术人员来说会变得容易理解，其中：

图1是根据本发明的实施例，其内设置有密封组件的压力容器的部分剖视图，其中，当遇到低于预定温度和低于预定压力这两种情况中的至少一种情况时，该密封组件的第一密封部阻碍压力容器的泄漏。

图2是图1所示的压力容器的部分剖视图，其中，当遇到高于预定温度和高于预定压力这两种情况中的至少一种情况时，该密封组件的第二密封部和该密封组件的第三密封部阻碍压力容器的泄漏。

具体实施方式

下述详细的说明和附图描述并阐明了本发明的实施例。说明和附图起到能够使本领域技术人员制作和使用本发明的作用，而并非以任何的方式来限制本发明的范围。

图1和图2示出了根据本发明的实施例，适于与被密封部件8配合使用的密封组件6。在所示实施例中，密封组件6设置在诸如IV型容器和V型容器的压力容器10中。容器10包括适于容纳加压流体(未示出)的内衬14，和包围内衬14并防止其损坏的外部复合壳体16。在所示实施例中，被密封部件8是内衬14的至少一个颈部18。该被密封部件8包括内表面20和外表面22。虽然所示实施例中的被密封部件8是由塑料材料制成，但是容易理解的是，所期望的其它材料也可被使用。

容器10提供了用于在其中接收阀门25的至少一个突出部24。该至少一个突出部24包括形成在其内的环形凹槽26。该至少一个突出部24可以由任意常规材料制成(例如，金属)，其中，该材料具有的热膨胀系数比用于制造被密封部件8的材料的热膨胀系数更小。容易理解的是，此处术语“热膨胀系数”是指材料随加热而膨胀的比率和材料随冷却而收缩的比率。密封组件6被设置在与阀门25相邻的突出部24内。

密封组件6包括环形支撑构件29、第一密封部30和第二密封部32。第二密封部32与第一密封部30间隔开来，以便在两者之间形成间隙34。间隙34适于在其中接收被密封部件8。支撑构件29具有基本上圆环形的横截面形状，在其上具有穿过该构件而形成的通道36，以便于容器10的内部28和阀门25之间的流体连通。支撑构件29可以由任意常规材料制成(例如，金属)，其中，该材料具有的热膨胀系数比用于制造被密封部件8的材料的热膨胀系数更小。支撑构件29包括第一部分38和适于与之接合的第二部分42。容易理解的是，第一部分38和第二部分42可以通过任意常规手段结合在一起，例如，紧固件、粘合、螺纹连接等等。

支撑构架29的第一部分38包括外表面39，在其上形成有环形凸缘44。外表面39结束于具有外圆周的环形肩部45，该外圆周适于与被密封部件8邻接。外表面39适于接收第一密封部30和其上的支撑构件29的第二部分42。环形凸缘44包括第一表面46和第二表面48。第一表面46适于与被密封部件8邻接，第二表面48适于与阀门25邻接。如图1所示，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，环形缝隙G形成在环形凸缘44的第一表面46和被密封部件8之间。在所示实施例中，预定温度在-80摄氏度到85摄氏度之间的范围内，预定压力在0.1MPa到87.5MPa的范围内。容易理解的是，预定温度可以是所需的任意温度，预定压力可以是所需的任意压力。支撑构件29的第二部分42适于阻碍第一密封部30的位移。

第一密封部30具有基本上圆环形的形状，并且适于被接收于支撑构件29的外表面39上。第一密封部30包括具有内密封表面52的内表面和具有外密封表面54的外表面。如图1所示，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，第一密封部30的内密封表面52被适配成与支撑构件29的外表面39邻接，以在两者之间形成基本封住流体的密封。响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，第一密封部30的外密封表面54被适配成与其上的被密封部件8邻接，以在两者之间形成基本封住流体的密封。

如图2所示，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，第一密封部30的内密封表面52被适配成与支撑构件29的外表面39邻接。响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，环形缝隙H形成在第一密封部30的外密封表面54和被密封部件8之间。在所示实施例中，第一密封部30由金属材料制成，该金属材料具有的热膨胀系数比用于制造被密封部件8的材料的热膨胀系数更小。容易理解的是，第一密封部30可以由所期望的任意常规材料制成。

第二密封部32具有基本上圆环形的形状，并且适于被至少一个突出部24的环形凹槽26所接收。第二密封部32包括具有内密封表面56的内表面和具有外密封表面58的外表面。如图1所示，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，第二密封部32的内密封表面56被适配成与被密封部件8邻接。响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，环形间隙J形成于第二密封部32的外密封表面58和该至少一个突出部24的环形凹槽26之间。

如图2所示，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，第二密封部32的内密封表面56被适配成与被密封部件8邻接，以在两者之间形成基本封住流体的密封。响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，第二密封部32的外密封表面58适于与至少一个突出部24的环形凹槽26邻接，以在两者之间形成基本封住流体的密封。在所示实施例中，第二密封部32由塑料材料制成，该塑料材料具有的热膨胀系数与用于制造被密封部件8的材料的热膨胀系数相同。容易理解的是，第二密封部32可以由所期望的任意常规材料制成。

在所示实施例中，阀门25包括在其内形成的环形凹槽60。环形凹槽60适于在其中接收第三密封部62。第三密封部62具有基本上圆环形的形状，并且包括具有内密封表面64的内表面和具有外密封表面66的外表面。如图1所示，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，第三密封部62的内密封表面64被适配成与阀门25的环形凹槽60邻接。响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，环形缝隙K形成于第三密封部62的外密封表面66和至少一个突出部24之间。

如图2所示，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，第三密封部62的内密封表面64被适配成与阀门25的环形凹槽60邻接，以在两者之间形成基本封住流体的密封。响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，第三密封部62的外密封表面66被适配成与至少一个突出部24邻接，以在两者之间形成基本封住流体的密封。在所示实施例中，第三密封部62由塑料材料制成，该塑料材料具有的热膨胀系数与用于制造被密封部件8的材料的热膨胀系数相同。容易理解的是，第三密封部62可以由所期望的任意常规材料制成。

图1和图2描述了使用中的密封组件6。在所示实施例中，至少一个颈部18由高密度聚乙烯(HDPE)制成，其具有0.000059到0.000125英寸/英寸/摄氏度的热膨胀系数。此外，突出部24、支撑构件29、和第一密封部30由钢材制成，其具有0.000010到0.000020英寸/英寸/摄氏度的热膨胀系数。第二密封部32和第三密封部62由塑料材料制成，其具有0.000025到0.000200英寸/英寸/摄氏度的热膨胀系数。

据此，如图1所示，当压力容器10的内部28遇到低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况时，这会导致内衬14的至少一个颈部18、第二密封部32、第三密封部62相比突出部24、支撑构件29、第一密封部30更加紧缩。因而，至少一个颈部18的收缩导致在支撑构件29的环形凸缘44和至少一个颈部18之间会形成缝隙G。从而使至少一个颈部18的内表面20与第一密封部30的外密封表面54邻接，进而阻碍了容器10的流体泄漏。与此同时，第一密封部30的收缩使第一密封部30的内密封表面52与支撑构件29的外表面39邻接，进而阻碍了容器的流体泄漏。此外，第二密封部32的收缩导致在第二密封部32的外密封表面58和至少一个突出部24的环形凹槽26之间会形成缝隙J。也使第二密封部32的内密封表面56与内衬14的至少一个颈部18邻接。如上所述，第三密封部62的收缩导致在第三密封部62的外密封表面66和至少一个突出部24之间会形成缝隙K。也使第三密封部62的内密封表面64与阀门25的环形凹槽60邻接。

如图2所示，当压力容器10的内部28遇到高于预定温度和高于预定压力这两种情况中的至少一种情况时，这会导致内衬14的至少一个颈部18、第二密封部32、第三密封部62相比突出部24、支撑构件29、第一密封部30更加膨胀。因此，至少一个颈部18的膨胀导致在第一密封部30的外密封表面54和至少一个颈部18之间会形成缝隙H。也使第一密封部30的内密封表面52与支撑构件29的外表面39邻接。与此同时，第二密封部32的膨胀使第二密封部32的外密封表面58与至少一个突出部24的环形凹槽26邻接，进而阻碍了容器10的流体泄漏。也使第二密封部32的内密封表面56与内衬14的至少一个颈部18邻接，进而阻碍了容器10的流体泄漏。此外，第三密封部62的膨胀使第三密封部62的内密封表面64与阀门25的环形凹槽60邻接，进而阻碍了容器10的流体泄漏。也使第三密封部62的外密封表面66与至少一个突出部24邻接，进而阻碍了容器10的流体泄漏。

本领域普通技术人员从上述描述中可以轻易地确定本领域的本质特征，并可以在不脱离其精神和范围的情况下作出对本发明的各种改变和修改，以使其适应于各种应用和情况。

Claims

1.一种密封组件，包括：

具有外表面的支撑构件；

设置在支撑构件的外表面上的第一密封部，所述第一密封部具有内密封表面和外密封表面；和

与所述第一密封部相间隔分开的第二密封部，并在所述第一密封部与所述第二密封部之间形成有间隙，所述第二密封部具有内密封表面和外密封表面，所述间隙适于在其中接收被密封部件。

2.如权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述支撑构件包括第一部分和第二部分，所述第二部分被设置在所述支撑构件的外表面上。

3.如权利要求1所述的密封组件，其特征在于，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述第一密封部的外密封表面被适配成与所述被密封部件邻接，以在所述第一密封部的外密封表面与所述被密封部件之间形成封住流体的密封。

4.如权利要求3所述的密封组件，其特征在于，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述第二密封部的内密封表面被适配成与所述被密封部件邻接，以在所述第二密封部的内密封表面与所述被密封部件之间形成封住流体的密封。

5.如权利要求3所述的密封组件，其特征在于，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述第一密封部的内密封表面被适配成与所述支撑构件邻接，以在所述第一密封部的内密封表面与所述支撑构件之间形成封住流体的密封。

6.如权利要求3所述的密封组件，其特征在于，所述预定温度在-80摄氏度到85摄氏度的范围以内，所述预定压力在0.1MPa到87.5MPa的范围以内。

7.如权利要求1所述的密封组件，进一步包括适于与所述被密封部件相配合的阀门，所述阀门具有形成在其内且用于接收第三密封部的环形凹槽。

8.如权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述支撑构件由热膨胀系数比用于制造所述被密封部件的材料的热膨胀系数更小的材料制成。

9.如权利要求8所述的密封组件，其特征在于，所述支撑构件、所述第一密封部、所述第二密封部、和所述被密封部件由金属和塑料中的至少一种制成。

10.如权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述被密封部件为容器的内衬。

11.一种密封系统，包括：

被密封部件，该部件具有内表面和外表面；和

适于与所述被密封部件配合的密封组件，所述密封组件进一步包括：

包括第一部分和第二部分的支撑构件，所述第二部分设置在所述第一部分的外表面上；

设置在所述支撑构件的第一部分的外表面上的第一密封部，所述第一密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述内密封表面被适配成与所述支撑构件的第一部分的外表面相邻接，以在所述内密封表面与所述支撑构件的第一部分的外表面之间形成封住流体的密封，以及响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述外密封表面被适配成与所述被密封部件的内表面相邻接，以在所述外密封表面与所述被密封部件的内表面之间形成封住流体的密封；和

与所述第一密封部间隔分开的第二密封部，且在所述第一密封部与所述第二密封部之间形成有间隙，所述第二密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述内密封表面被适配成与所述被密封部件的外表面相邻接，以在所述内密封表面与所述被密封部件的外表面之间形成封住流体的密封，所述间隔适于在其中接收所述被密封部件。

12.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，所述被密封部件为压力容器的内衬。

13.如权利要求11所述的密封系统，进一步包括适于与所述被密封部件配合的阀门，所述阀门具有形成在其内且用于接收第三密封部的环形凹槽。

14.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，所述预定温度在-80摄氏度到85摄氏度的范围以内，所述预定压力在0.1MPa到87.5MPa的范围以内。

15.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，所述支撑构件由热膨胀系数比用于制造所述被密封部件的材料的热膨胀系数更小的材料制成。

16.如权利要求15所述的密封系统，其特征在于，所述支撑构件、所述第一密封部、所述第二密封部、和所述被密封部件由金属和塑料中的至少一种制成。

17.一种用于压力容器的密封系统，包括：

容器，所述容器包括至少一个突出部，所述突出部在其内形成有环状凹槽；

阀门，所述阀门具有形成在其内的环状凹槽，并且所述阀门被设置在所述至少一个突出部内；

内衬，所述内衬具有形成在其上的至少一个颈部，并且所述内衬被设置在所述容器内用于贮存流体，所述至少一个颈部具有内表面和外表面；和

适于与所述内衬和所述阀门配合的密封组件，所述密封组件进一步包括：

设置在所述支撑构件的第一部分的外表面上的第一密封部，所述第一密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述内密封表面被适配成与所述支撑构件的第一部分的外表面相邻接，以在所述内密封表面与所述支撑构件的第一部分的外表面之间形成封住流体的密封，以及响应低于预定温度和低于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述外密封表面被适配成与所述内衬的至少一个颈部的内表面相邻接，以在所述外密封表面与所述内衬的至少一个颈部的内表面之间形成封住流体的密封；

设置在所述至少一个突出部的环形凹槽内的第二密封部，所述第二密封部与所述第一密封部间隔分开以在所述第二密封部与所述第一密封部之间形成有间隙，所述第二密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述内密封表面被适配成与所述内衬的外表面相邻接，以在所述内密封表面与所述内衬的外表面之间形成封住流体的密封，以及响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述外密封表面被适配成与所述至少一个突出部的环形凹槽相邻接，以在所述外密封表面与所述至少一个突出部的环形凹槽之间形成封住流体的密封；和

设置在所述阀门的环形凹槽内的第三密封部，所述第三密封部具有内密封表面和外密封表面，其中，响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述内密封表面被适配成与所述阀门的环形凹槽相邻接，以在所述内密封表面与所述阀门的环形凹槽之间形成封住流体的密封，以及响应高于预定温度和高于预定压力两种情况中的至少一种情况，所述外密封表面被适配成与所述至少一个突出部相邻接，以在所述外密封表面与所述至少一个突出部之间形成封住流体的密封。

18.如权利要求17所述的密封系统，其特征在于，所述支撑构件和所述至少一个突出部均由热膨胀系数比用于制造所述容器内衬的材料的热膨胀系数更小的材料制成。

19.如权利要求18所述的密封系统，其特征在于，所述支撑构件、所述第一密封部、所述第二密封部、所述第三密封部、所述至少一个突起部、和所述内衬由金属和塑料中的至少一种制成。

20.如权利要求17所述的密封系统，其特征在于，所述预定温度在-80摄氏度到85摄氏度的范围以内，所述预定压力在0.1MPa到87.5MPa的范围内。