CN108131556A - 一种设置有密封结构的高压复合容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种置有密封结构的高压复合容器，所述容器包括塑料内胆，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈；所述颈部件包括圆筒部分和圆片部分，其中圆筒部分与塑料内胆开口内壁贴合，圆片部分与容器开口周围的内壁贴合，当容器内部充入高压介质时，压力将颈部件向塑料内胆内壁压紧，以内部增压的方式增强了颈部件与塑料内胆间的密封；整个方案采用在吹塑塑料内胆时置入颈部件的成型方式，避免了在塑料内胆成型后再进行安装，从而降低了塑料内胆的结构、工艺等要求，减少开发制造成本。

Description

一种设置有密封结构的高压复合容器
技术领域
本发明涉及一种复合容器，具体涉及一种设置有密封结构的高压复合容器，属于油箱结构部件技术领域。
背景技术
大部分出租车改装压缩天然气(CNG)以代替燃油，一般CNG高压气瓶的工作压力为20MPa；部分车辆生产制造商已推广CNG或CNG与燃油混用的车辆，如奥迪、通用等。采用了氢燃料电池汽车也是当前的热点，储氢高压气瓶的工作压力一般为35MPa、70MPa，且70MPa的IV型瓶(高压塑料内胆复合容器)是当前的研发热点。除了车用，高压气瓶在其他领域也得到充分的应用，例如欧洲的部分液化石油气采用塑料内胆复合容器(工作压力2MPa)。大量的高压容器在日常生活中得到广泛使用，传统的纯金属或金属内衬复合容器存在重量偏大的问题，不易运输；且存储压力越高，金属内胆生产工艺越复杂，成本越高，还存在被高压气体腐蚀的风险。为了满足轻量化的要求，高压塑料内胆复合容器产生，因为塑料的特性，该类产品具备耐腐蚀、耐疲劳等优越性能，主要生产厂商为丰田、Hexagon(挪威)、Quantum(美国)等。相对于纯金属或金属内衬复合容器，高压塑料内胆复合容器的密封性的保证更为苛刻，主要原因是塑料内胆与金属端头的材料不同，在反复的使用过程中，塑料内胆与金属端头连接会松动，密封性能下降。
鉴于现状，金属端头与塑料内胆的连接成为了研究的热点与难点。图7所示为一个高压塑料内胆复合容器，金属端头1安装在塑料内胆2上，之后通过纤维复合材料层3进行缠绕包裹形成。图8对端面的密封结构进行说明：金属端头1与塑料内胆的大面接触在工艺上是不可行的，即使可行成本也是高昂的；该结构未考虑金属端头1与塑料内胆2轴线上的限位；该结构未考虑缠绕时塑料内胆的内压不断改变的充压，会导致金属端头1及塑料内胆连接处产生缝隙引起泄漏；该结构未考虑瓶口承受安装扭矩时的限位，安装后导致金属端头1与复合层3的结合强度降低；该结构中压缩气体的逃逸路径P较短，会增加压缩气体逃逸的风险，尤其是小分子气体氢气、氦气；因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种设置有密封结构的高压复合容器，该技术方案设计巧妙、结构紧凑，整个方案采用在吹塑塑料内胆时置入颈部件的成型方式，避免了在塑料内胆成型后再进行安装，从而降低了塑料内胆的结构、工艺等要求，减少开发制造成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种设置有密封结构的高压复合容器，所述容器包括塑料内胆，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈，颈部件自身设有容纳连接附件的结构。该方案避免了在塑料内胆成型后再进行安装，从而降低了塑料内胆的结构、工艺等要求，减少开发制造成本。
作为本发明的一种改进，本发明中压力容器由塑料内胆、优选铝合金制造的金属颈部件、缠绕在塑料内胆外表面的纤维支承罩构成。所述金属颈部件包括圆筒部分和圆片部分，颈部件中的安装螺纹孔用于安装阀门、接头等附件，此外颈部件的安装螺纹孔与塑料内胆的容器开口同轴设置。
作为本发明的一种改进，所述容器优先选用挤出吹塑成型获得塑料内胆，所述塑料内胆由增强纤维构成的纤维支承罩包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中。作为用于塑料内胆2的材料，考虑采用尼龙、HDPE、PP、POM、聚酯或类似物。
作为本发明的一种改进，所述纤维支承罩由碳纤维、玻璃纤维或类似物构成。优先选用以树脂浸润的纤维或丝线来对塑料内胆进行缠绕制造纤维支承罩。该过程本身是公知的。
作为本发明的一种改进，所述颈部件在塑料内胆吹塑成型时由工装夹具置于其内部开口处，在闭模时与塑料内胆压紧贴合，其中圆筒部分与塑料内胆的开口内表面压紧，圆片部分与塑料内胆开口附近的容器内表面压紧。另外置于颈部件与塑料内胆之间的密封部件在放入颈部件之前，安装于颈部件上。
作为本发明的一种改进，此外颈部件圆片部分上，周向布置有多个通孔，在塑料内胆成型时，其材料被挤入通孔内，定型后可防止颈部件相对于容器塑料内胆的转动。
作为本发明的一种改进，在颈部件圆筒部分的中部外表面，设计有圆弧状凹槽，在闭模成型时将塑料内胆的材料压入凹槽内，增强密封性以及防止颈部件的上下窜动；在颈部件圆筒部分的中下部分的外表面，及上述圆弧形凹槽的下方设计有两道方形凹槽，方形凹槽用于安装密封圈，设计采用O型密封圈，当然容易想到也可使用Y型、T型等其他截面形状的密封圈，只需相应的改变凹槽形状。此外凹槽与密封圈的数量根据实际容器尺寸也可增加或者减少。在颈部件圆筒部分外侧，设计安装一个套环，套环的下表面与颈部件圆片部分上表面接触，套环上表面不超过圆弧形凹槽，套环内径能够达到装入时使密封圈产生一定的压缩量，这样颈部件和套环之间就可以通过密封圈形成了密封效果；套环外表面设计成截面为三角形的周向凸台，套环的材料可选用类似于塑料内胆的材料，套环采用注塑成型，在吹塑闭模成型时塑料内胆的材料料胚是两百多度的高温，其与套环凸台压紧时，热量会传递给套环的三角形凸台，使之温度升高达到熔融状态，由于两者属于同种材料，熔融状态的内胆材料料胚会和熔融状态的套环的三角形凸台相互熔接，冷却后达到相互熔合密封的效果。通过密封圈密封以及塑料内胆料胚与套环三角形凸台的熔接，使两个潜在的气体逃逸泄漏路径就都可以被有效地密封，颈部件和内胆形成了有效的密封效果，也就是整个内胆总成形成了有效的密封整体。
作为本发明的一种改进，在颈部件圆筒部分外表面，有多个截面为三角形的周向凹槽，凹槽上方有一个凸台，在闭模成型时塑料容器内表面料胚被压入凹槽内，与颈部件紧密连接，增强密封性的同时防止了颈部件的窜动。在颈部件圆筒部分的根部装配有一个套环，套环外圈安装有一个U型密封圈，密封圈采用可与塑料内胆熔接的材料，套环与颈部件通过螺栓进行连接，在闭模成型时塑料内胆材料料胚是两百多度的高温，其与套环外圈的密封圈压紧时，热量会传递给密封圈，使之温度升高达到熔融状态，由于两者的材料可相互熔接，熔融状态的内胆材料料胚会和熔融状态的密封圈相互熔接，冷却后达到相互熔合密封的效果，极大增强了塑料内胆与颈部件之间的密封性。颈部件圆片部分与塑料内胆的表面贴合，同时在圆片部分的表面设计有多个圆周分布的圆形通孔，在颈部件的圆筒部分的外表面设计有三角形凹槽，在凹槽的上方设计有一个凸台，在塑料内胆成型时，其材料被挤压进入凹槽并包裹凸台。在颈部件圆筒部分的根部安装有一个套环，套环的外圈箍有一个密封圈，套环通过螺栓与颈部件连接，在塑料内胆成型时，材料挤压套环，并与密封圈熔接，该方案通过密封圈密封以及塑料内胆料胚与密封圈的熔接，使潜在的气体逃逸泄漏路径被有效地密封，颈部件和内胆形成了有效的密封效果，也就使整个内胆总成形成了有效的密封整体。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案利用在塑料内胆挤出吹塑成型时置入颈部件的方式，实现了压力容器颈部结构的一次成型，不再需要在塑料内胆成型后进行焊接或装配等工序，从而降低结构、工艺等要求，减少开发制造成本,并且由于采用内置颈部件的方式，高压容器端口部分的结构具有更强的稳定性，同时本发明提出了两种密封方案，在简化工序和结构的同时，实现塑料内胆与颈部件之间的良好密封性；该方案提供了两种密封圈密封的方案，实现了颈部件的高效密封。
附图说明
图1为本发明压力容器的俯视图，
图2为本发明实施例6纵向剖面结构示意图，
图3为图2局部放大图；
图4为本发明实施例7纵向剖面结构示意图；
图5为图4局部放大图；
图6为图5局部放大图；
图7为现有的压力容器结构示意图；
图8为现有的密封结构视图。
图中：1、压力容器，2、塑料内胆，3、纤维支承罩，4、颈部件，5、颈部件圆筒部分，6、颈部件圆片部分，7、圆弧形凹槽，8、方形凹槽，9、密封圈，10、套环，11、凸台，12、通孔，13、附件安装螺纹孔，14、三角形凹槽，15、凸台，16、套环，17、密封圈，18、螺栓。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1—图6,一种设置有密封结构的高压复合容器，所述容器包括塑料内胆2，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件4，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩3，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈，颈部件自身设有容纳连接附件的结构，由图2及图3中可以看到，本发明中压力容器1由塑料内胆2、优选铝合金制造的金属颈部件4、缠绕在塑料内胆外表面的纤维支承罩3构成，所述金属颈部件包括圆筒部分5和圆片部分6，其中圆筒部分与塑料内胆开口内壁贴合，圆片部分与容器开口周围的内壁贴合，当容器内部充入高压介质时，压力将颈部件向塑料内胆内壁压紧，以内部增压的方式增强了颈部件与塑料内胆间的密封，颈部件4中的安装螺纹孔13用于安装阀门、接头等附件，此外颈部件4的安装螺纹孔13与塑料内胆2的容器开口同轴设置。
实施例2：作为本发明的一种改进，所述容器1优先选用挤出吹塑成型获得塑料内胆2，所述塑料内胆2由增强纤维构成的纤维支承罩3包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中。该方案中，塑料内胆通过挤出吹塑成型获得，已知的吹塑成型会出现壁厚变化，在吹塑后进行焊接或装配时对配合面或密封面有较高的尺寸稳定性要求，该方案在成型过程中置入颈部件可以保证配合面和密封面的完全紧密贴合。在挤压吹塑成型塑料内胆的同时将颈部件利用工装夹具置于模具中间，在闭模时使得容器开口内壁以及开口附近内胆的腔体内壁与颈部件完全紧密贴合，对于塑料内胆，考虑目前商业中经常应用的热塑性塑料，例如尼龙、HDPE、聚酯、PP、POM等，同时塑料内胆可以采用多层结构，在中间加入阻隔层，防止氢气分子等小分子的渗透。
实施例3：参见图3—图6,作为本发明的一种改进，所述纤维支承罩3由碳纤维、玻璃纤维或类似物构成。优先选用以树脂浸润的纤维或丝线来对塑料内胆进行缠绕制造纤维支承罩。
实施例4：参见图2—图5,作为本发明的一种改进，所述颈部件4在塑料内胆2吹塑成型时由工装夹具置于其内部开口处，在闭模时与塑料内胆2压紧贴合，其中圆筒部分5与塑料内胆2的开口内表面压紧，圆片部分6与塑料内胆2开口附近的容器内表面压紧。另外置于颈部件4与塑料内胆2之间的密封部件在放入颈部件4之前，安装于颈部件4上。
实施例5：参见图4,作为本发明的一种改进，颈部件圆片部分与塑料内胆的表面贴合，同时在圆片部分的表面设计有多个圆周分布的圆形通孔，在闭模成型时，塑料内胆的材料会被挤压进入圆孔内，冷却定性后可以加固颈部件与塑料内胆的连接，同时防止颈部件相对于塑料内胆周向转动。此外，圆形通孔的数量及尺寸可以根据实际需要进行调整，也容易想到，通孔形状也可设计成方形或者十字型等。此外颈部件圆片部分6上，周向布置有多个通孔12，在塑料内胆2成型时，其材料被挤入通孔12内，定型后可防止颈部件4相对于容器塑料内胆2的转动。极大增加塑料内胆与颈部件的密封性，如附图4，通过密封圈密封以及塑料内胆料胚与套环三角形凸台的熔接，使两个潜在的气体逃逸泄漏路径就都可以被有效地密封，颈部件和内胆形成了有效的密封效果，也就是整个内胆总成形成了有效的密封整体。
实施例6：参见图2、图3,作为本发明的一种改进，在颈部件圆筒部分的中部外表面，设计一个圆弧状凹槽结构，在闭模成型时将塑料内胆的材料压入凹槽内，增强密封性以及防止颈部件的上下窜动，在颈部件圆筒部分的中下部分的外表面，及上述圆弧形凹槽的下方设计有两道方形凹槽，此处凹槽用于安装密封圈，设计采用O型密封圈，当然容易想到也可使用Y型、T型等其他截面形状的密封圈，只需相应的改变凹槽形状。此外凹槽与密封圈的数量根据实际容器尺寸也可增加或者减少，该方案中，具体参见图3的压力容器，根据已标出的介质分子的逃逸路径，在颈部件4的圆筒部分5的外表面，设计有圆弧形凹槽7，在闭模成型时，构成塑料内胆2的高分子材料会被挤入凹槽7内，同样在圆筒部分5的外表面有用于安装密封圈9的方形凹槽8，外侧安装有套环10，套环10的内表面压紧密封圈9,套环10的外表面有截面为三角形的凸台11，套环10选用与塑料内胆2类似的高分子热塑性材料，在塑料内胆2成型时其材料与套环10外表面的凸台11熔接。
实施例7：参见图4、图5,作为本发明的一种改进，在颈部件圆筒部分外侧，设计安装一个套环16，套环的下表面与颈部件圆片部分上表面接触，套环上表面不超过圆弧形凹槽，套环内径能够达到装入时使密封圈产生一定的压缩量，这样颈部件和套环之间就可以通过密封圈形成了密封效果；套环外表面设计成截面为三角形的周向凸台，套环的材料可选用类似于塑料内胆的材料，套环采用注塑成型，在吹塑闭模成型时塑料内胆的材料料胚是两百多度的高温，其与套环凸台压紧时，热量会传递给套环的三角形凸台，使之温度升高达到熔融状态，由于两者属于同种材料，熔融状态的内胆材料料胚会和熔融状态的套环的三角形凸台相互熔接，冷却后达到相互熔合密封的效果。具体参见图5，根据已标出的介质分子的逃逸路径，在颈部件4的圆筒部分5的外表面设计有三角形凹槽14，在凹槽14的上方设计有一个凸台15，在塑料内胆2成型时，其材料被挤压进入凹槽14并包裹凸台15。在颈部件圆筒部分5的根部安装有一个套环16，套环16的外圈箍有一个密封圈17，套环16通过螺栓18与颈部件4连接，在塑料内胆2成型时，材料挤压套环16，并与密封圈16熔接，如此极大增强了结构的密封性能。如附图5，通过密封圈密封以及塑料内胆料胚与密封圈的熔接，使潜在的气体逃逸泄漏路径被有效地密封，颈部件和内胆形成了有效的密封效果，也就是整个内胆总成形成了有效的密封整体。
本发明还可以将实施例2、3、4、5、6或7所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (8)

1.一种设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述容器包括塑料内胆，所述塑料内胆具有一个与塑料内胆连接的颈部件，以及一个至少部分包围塑料内胆和颈部件的支承罩，所述颈部件设置在容器颈部的开口区域，在颈部件与塑料内胆之间设有至少一种密封圈。
2.根据权利要求1所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述颈部件包括圆筒部分和圆片部分，其中圆筒部分与塑料内胆开口内壁贴合，圆片部分与容器开口周围的内壁贴合，当容器内部充入高压介质时，压力将颈部件向塑料内胆内壁压紧，以内部增压的方式增强了颈部件与塑料内胆间的密封。
3.根据权利要求2所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述容器选用挤出吹塑成型获得塑料内胆，所述塑料内胆由增强纤维构成的纤维支承罩包围，纤维嵌入由合成树脂构成的基体中。
4.根据权利要求3所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述纤维支承罩由碳纤维、玻璃纤维或类似物构成。
5.根据权利要求4所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，所述颈部件在塑料内胆吹塑成型时由工装夹具置于其内部开口处，在闭模时与塑料内胆压紧贴合，其中圆筒部分与塑料内胆的开口内表面压紧，圆片部分与塑料内胆开口附近的容器内表面压紧。
6.根据权利要求5所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，颈部件圆片部分上，周向布置有多个通孔，在塑料内胆成型时，其材料被挤入通孔内，定型后可防止颈部件相对于容器塑料内胆的转动。
7.根据权利要求2或3或4或5或6所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，在颈部件圆筒部分的中部外表面，设计有圆弧状凹槽，在闭模成型时将塑料内胆的材料压入凹槽内，增强密封性以及防止颈部件的上下窜动；在颈部件圆筒部分的中下部分的外表面，及上述圆弧形凹槽的下方设计有两道方形凹槽，方形凹槽用于安装密封圈，在颈部件圆筒部分外侧，设计安装一个套环，套环的下表面与颈部件圆片部分上表面接触，套环上表面不超过圆弧形凹槽，套环外表面设计成截面为三角形的周向凸台，套环的材料可选用类似于塑料内胆的材料，熔融状态的内胆材料料胚会和熔融状态的套环的三角形凸台相互熔接，冷却后达到相互熔合密封的效果。
8.根据权利要求2或3或4或5或6所述的设置有密封结构的高压复合容器，其特征在于，在颈部件的圆筒部分的外表面设计有三角形凹槽，在凹槽的上方设计有一个凸台，在塑料内胆成型时，其材料被挤压进入凹槽并包裹凸台，在颈部件圆筒部分的根部安装有一个套环，套环的外圈箍有一个密封圈，套环通过螺栓与颈部件连接，在塑料内胆成型时，材料挤压套环，并与密封圈熔接。
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